圬工结构

定义

圬工结构指以砖、石材、砂浆、混凝土等非金属材料砌筑或整体浇筑而成、不配置钢筋的承重结构^[1]。工程上把砖、石同砂浆或小石子混凝土砌筑成的砌体称作砖石结构，把用砂浆砌筑的混凝土预制块、整体浇筑的混凝土以及片石混凝土称作混凝土结构，二者合称圬工结构^[1]。在英文文献中，圬工结构通常写作 masonry structure，该词也用于指砌体结构^[5]。

按上述界定，圬工结构把钢筋混凝土、预应力混凝土与钢结构排除在外，专指由纯混凝土或砖石砌体材料建造的结构^[6]。另有工具书从施工方式角度说明：在石块空隙内填入水泥砂浆、石灰、粘土砂浆或细骨料混凝土等胶结料，把单个石块粘结成整体而成的建筑物称为浆砌石建筑物，也称圬工^[2]。就材料范围而言，砖、石、混凝土等建筑材料被统称为圬工^[3]。

原理

圬工结构的力学行为取决于所用材料的性质。砌体与素混凝土能承受较大压力，但抗拉强度不足，因而这类结构适合做成以受压为主的构件^[3]。拱式结构是发挥这一特性的典型形式：在外荷载作用下，主拱圈拱脚既产生竖向支承反力，也产生水平推力，各截面弯矩由此减小，拱圈基本处于受压状态，材料抗压性能好的优势得以利用^[7]。

实际受力中，桥面系与拱上填料直接接触并共同传递荷载，拱上侧墙和填料又同拱圈直接接触，从而形成拱上建筑与拱圈的联合作用，仅按裸拱圈进行验算并不全面^[7]。通常以主拱圈的受力情况判断整座拱桥的承载能力^[7]。

发展历程

用圬工材料修建拱桥的做法历史悠久，古罗马时期的 Roto 桥、隋代的赵州桥以及现代的丹河大桥都属于圬工拱桥在不同时期的代表^[3]。由于受力简洁、造价低廉，这类桥梁在世界各地被大量建造^[3][4]。

20 世纪 50 年代建造的空腹式圬工拱桥，有的在检测中被判定为危桥并进行加固维修，也有因拱圈开裂等病害而拆除重建的例子^[8]。

在标准规范方面，行业标准《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61—2005)于 2005 年 11 月 1 日起施行，取代了此前的《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022—85)^[9]。新版规范 JTG 3361—2025 由交通运输部于 2025 年发布，并从 2025 年 10 月 1 日开始执行。

针对安全事故，2007 年 8 月 17 日，时任交通部部长李盛霖要求各地在建的圬工拱桥一律暂停施工、进行整顿，由交通主管部门组织技术力量逐座检查^[10]。

应用

圬工拱桥是圬工结构在桥梁工程中最常见的应用形式，其主要承重构件是主要承受轴向压力的拱圈或拱肋^[3]。这类桥型对钢筋的使用量较低，建筑上具有较高的审美性，适用于城乡结合部的小跨度桥涵^[4]。此外，重力式墩台等下部结构也常以圬工材料砌筑^[11]。

在水利工程中，圬工砌体用于堤坝、护坡与涵洞等构筑物。填土与圬工砌体或山坡相接的部位在高水位下渗漏会加剧，细小土粒被水流带走，形成管涌^[12]。涵洞的日常养护也包括修理洞口圬工接缝、处理渗漏水等工作^[13]。

维修与加固是既有圬工工程中的常见任务。圬工拱桥的维修主要是修补拱圈和拱上结构砌体中开裂、局部变形等损伤部分，以恢复结构的整体作用，主拱圈则是最常被加固的承重构件^[14]。湖南临湘长安桥的维修加固工程即对主拱圈圬工结构病害进行修补，并通过植筋与浇筑自密实混凝土加设套筒，同时以聚合物砂浆修补砌缝^[15]。文物建筑中也有同类结构，永顺老司城遗址小德政碑影壁墙为石灰浆砖砌圬工结构，2019 年实施了整体扶正^[16]。

局限

圬工结构最突出的短板是抗拉、抗弯强度低，整体性与抗震性能较差，同时自重大、对地基要求高，施工期长、机械化程度低^[1][17]。由于不配置钢筋，墙体抗剪强度低，属于典型的脆性结构，在自身重力与外荷载作用下存在突然垮塌的可能^[16]。

材料强度得不到充分发挥也是其固有缺陷，例如大体积混凝土内部的应力远低于设计强度^[1]。对既有圬工拱桥而言，砌体与填料均为非线性材料，力学性能复杂且受外部环境影响，精确模拟难度较大^[7]。世界各地早年修建的大量圬工拱桥虽有不少沿用至今，但已存在垮塌隐患^[3]。

正因如此，有关部门曾要求在建筑圬工拱桥暂停施工并逐座排查^[10]，桥梁养护中也把拱圈变形、侧墙异常等情况列为检查重点，发现后需查明原因并加以修理与加固^[14]。

参见

• 圬工拱桥 —— 以圬工材料建造、以拱圈或拱肋承压过桥的桥型，是圬工结构最典型的应用形式。

• 砌体结构 —— 由砖、石等块体与砂浆砌筑而成的承重结构，属于圬工结构的组成部分。

• 拱桥 —— 依靠拱圈受压传力的桥型，其受力特点与圬工材料抗压性能好的性质相契合。

• 挡土墙 —— 依靠自身重量维持稳定的支挡结构，重力式挡土墙常用圬工材料砌筑。

• 涵洞 —— 公路与水利工程中常见的过水构筑物，多采用圬工结构修建。