山区公路涵洞病害调查分析及对策（王玲,陈明非）

 

［摘 要］基于某山区公路沿线全部涵洞的调查，首次采用数理统计的方法对病害进行分类，并系统地描述涵洞常见病害的特征。分别从设计、材料、施工、养护、运营、环境等六个方面分析涵洞病害产生的原因。针对性地提出相应的预防措施等技术建议，对今后涵洞的设计施工具有积极的指导意义。

 

［关键词］涵洞 病害调查 数理统计 成因分析 技术建议

 

1 引言

 

涵洞作为山区公路的主要结构物之一，对交通运输、排洪灌溉起到十分重要的作用，涵洞的损坏将对公路的正常、安全运营造成严重威胁。据有关资料介绍：涵洞工程数量约占桥涵总数的60％～70％，平原地区，每公里约有l～3座，山岭重丘区 ，每公里平均约有4～6座。但从现有的文献看，相关资料仅对涵洞单个病害和常见病害进行描述，都缺乏对涵洞的总体病害的概括、分类及统计。本文则从数理统计的角度对涵洞的病害进行分类统计，并对主要病害进行成因分析，提出整治涵洞病害合理的建议，为以后涵洞的设计与施工提供可借鉴的基础资料。

 

2 涵洞病害调查

 

2.1 病害调查

 

通过对某山区公路采取实地踏勘、相关部门了解与查阅资料相结合的方法，从涵洞结构形式、使用功能、病害特征及破坏程度等方面展开统计、分析，通过对600多个涵洞的调查发现近85%以上的涵洞存在不同程度的病害。涵洞具体病害可总结为：

 

（1）洞身部分：①涵洞出现纵、横向裂缝；②涵洞渗水、风化、泛碱；③涵身铺砌沉降、开裂、破损；④沉降缝拉开、错位，沥青麻絮脱落；⑤涵洞基础开裂、沉降；⑥洞身铺砌堆积淤泥等杂物。

 

（2）涵洞洞口部分：①端墙、翼墙外倾、外鼓或外移；②洞口铺砌层破裂、下沉，铺砌层下渗流；③八字墙或一字墙出现裂缝，涵洞洞口顶挡墙出现裂缝；④护坡开裂、沉降或缺失；⑤洞口杂草蔓延，淤泥等杂物堆积。

 

2.2 病害统计

 

采用数理统计的方法对该高速公路涵洞出现的各类病害情况进行汇总，分别从出现病害涵洞的数量，及该量所占总涵洞数量的百分比进行统计，具体如表1所示。

从表1中可以直观看出：

 

（1）高速公路涵洞病害分布比较普遍，且种类多样化；

 

（2）涵洞出现涵身风化、泛碱、渗水病害占有百分比较大，达25.5%。其它常见病害为：洞内铺砌堆积淤泥等杂物；八字墙或一字墙出现裂缝，涵洞洞口顶挡墙出现裂缝；涵身出现纵、横、环向裂缝病害的数量都占总量10%以上。

 

2.3 常见病害统计

 

此调查的高速公路涵洞从结构形式上分板涵、拱涵、管涵、箱涵四种类型。以下分别对各类结构形式的涵洞常见病害进行统计、分析。具体情况见图1。

从图1中可以看出：

 

（1）涵身风化、泛碱、渗水在四类涵洞中最为常见，出现的数量都已经超过病害总量的55%以上；

 

（2）翼墙及洞口顶挡墙开裂的病害，板涵较为常见，而洞内铺砌堆积淤泥等杂物在其它类型的涵洞中普遍存在。

 

2.4 病害状况发展分析

 

在对出现的涵洞病害进行分析，并查阅了相关部门的资料，总结出病害数量随时间变化的趋势。图2绘出几种常见病害数量随时间的变化趋势。

 

从图2中可以看出：

（1）五种常见病害数量随时间变化呈现出明显增加的趋势，而且后期增加的幅度越来越大。

 

（2）涵身风化、泛碱、渗水病害增加的幅度远大于其他病害，其直接导致的后果是涵身承载能力下降。

 

3 涵洞病害成因分析

 

3.1 病害成因综述

 

从以上调查的情况来看，目前公路涵洞的病害较为普遍，部分情况还非常突出，严重影响了涵洞的使用寿命。通过实地观察和查阅大量的资料，涵洞出现病害的成因可以概括为如下几个方面。

 

3.1.1 设计原因

 

（1）涵洞的形式，如压力涵和无压力涵的断面型式选择不当；

 

（2）涵洞设计时混凝土强度、钢筋配置不合理；

 

（3）涵节与涵节之间的平直对接形式，中间缝隙用沥青麻袋填塞，其侧向抗剪力相对来说很小，当涵两侧路基土在填筑或夯实不均匀时在行车荷载的作用下，使某些涵节与涵节之间发生侧向位移而产生错台；

 

（4）洞口铺砌面短，特别是出水洞口，一般都没有超过翼墙尾端，而且隔水墙外也没对沟渠底进行有效加固，造成涵洞的底部冲刷由此处发生；

 

（5）翼墙、端墙厚度偏小，墙背面坡比小，墙体自重轻，抗倾覆能力低，在墙外填土压力作用下，特别是当涵洞偏短，路基边坡较陡，路面上有车辆行驶时，致使墙体向外倾斜，直至倒塌；

 

（6）墙体基础埋深浅，对最大冲刷和最大冻深考虑不周，从而造成墙体的破坏。

 

3.1.2 材料原因

 

（1）涵洞防水材料通常有防水混凝土、沥青、油毡等，这些防水材料不能满足要求，导致防水能力下降，最终导致渗漏的发生；

 

（2）所采用的砌石或混凝土强度达不到设计要求。

 

3.1.3 施工原因

 

（1）不按施工规范和设计文件的要求施工。突出表现在：没有采用渗透性材料回填；回填时未采取洞身两侧对称均衡分层填筑压实，并未达到设计要求的压实度；盲目赶进度而过早通车或单向单侧通车；

 

（2）施工时偷工减料，使水泥砂浆和混凝土标号低于设计要求，基础埋深未达到设计要求的深度等；

 

（3）对护坡、洞口铺砌及隔水墙等附属结构施工不重视，施工质量差；

 

（4）施工时不重视对混凝土的后期养护，造成混凝土的收缩徐变过大最终导致混凝土开裂；

 

（5）对基础开挖后的地基承载力未进行检测，造成地基承载力不能满足设计要求；

 

（6）为节省费用加快工程进度，施工单位对已破损的涵管不予更换，对涵洞安全使用留下隐患。

 

3.1.4 养护原因

 

管养单位和人员忽视规范的日常检查工作，不能及时发现病害和隐患，以致产生不良后果。

 

3.1.5 运营原因

 

在运营中，汽车的超速、超载造成并加剧病害发展、恶化。

 

3.1.6 环境影响

 

由于涵洞都处在恶劣的自然环境（雨、雪、风、霜、冰冻、高温、地震、水流冲击）下，难免受到不同程度的影响。尤其在遭遇地震时，由于地形地貌产生剧烈变化（如地裂、断层等），致使涵洞结构难以抵抗巨大的压力而导致破坏；地基失效致使基础急剧下沉或不均匀下沉也是引起涵洞结构破坏的的主要原因。

 

3.2 常见严重病害机理分析

 

基于本次的调查，对涵洞的安全构成威胁的常见病害主要有：涵身出现的横向、纵向及环向裂缝；沉降缝的拉开、错位等。为此，现从力学机理方面，对上述两种常见严重病害加以分析。

 

（1）结构外荷载对涵洞的作用机理

 

对涵洞作用的外荷载分为：中土柱自重引起的竖向压力、外土柱自重引起的竖向及侧向压力、外加荷载（活载+路面材料等恒载）等。涵洞与外载的作用机理如图3中所示。

 

涵洞变形模量较大，土的变形模量相对较小，于是涵洞上中土柱的竖向位移将小于两侧外土柱竖向位移。致使两侧填土下沉过程中将受到中、外土柱颗粒间摩擦而产生向上的托拽作用，致使涵顶受到外土柱所施加向下的附加垂直压力。更主要是过多超载车辆的原因，使得外加荷载增大，直接加大了垂直压力对涵洞的作用，间接引起向上的托拽作用，造成涵洞所受的竖向荷载作用力大于结构本身的承载能力，涵洞顶部弯矩过大而被压裂，引起涵洞顶部纵、横向裂缝。

 

（2）基础沉降对涵洞的作用机理

 

涵洞在后期的运营中，由于基础发生不均匀沉降，对于那些整体结构的涵洞（如拱涵、箱涵等），随着地基沉降的加大，其后果是结构受力不均匀和附加内力的增加，以至于结构外载应力超过材料的容许应力，导致涵洞的开裂及其它病害。

 

4 技术建议

 

通过对涵洞病害成因的分析，发现许多病害是可以避免和预防的，为此提出以下几条建议可供参考。

 

4.1 结构设计方面

 

（1）依据水文资料计算，使涵洞具有足够的宣泄能力，保证洪水的排泄，在无可靠水文资料的情况下，进行实地调查洪水痕迹，按经验选择孔径及形式；

（2）对于管涵将目前管节间的平口对接改为企口较接，在纵向连结构造的保证下，不产生错口和沉陷；

 

（3）洞口铺砌和隔水墙，用钢筋混凝土板代替目前的浆砌块（片）石，并保证与端墙、翼墙连接牢固，缝隙紧密；

 

（4）端墙、翼墙的厚度尺寸与墙背面坡度应以保证墙体具有足够的抗倾覆力矩，基础抗滑动力为控制数据；

 

（5）墙体基础埋置深度要按最大冲刷深度和当地标准冻深双因素确定；

 

（6）在隔水墙以外且抗冲刷能力弱的条件下，可采取简易、有效、可靠的铺砌或防护类型加以防护，防止水毁的发生；

 

（7）沉降缝位置是最薄弱、最易渗水的位置，在可能的情况下，尽量少设沉降缝。

 

4.2 新材料、新工艺方面

 

（1）使用耐腐、抗压橡胶（或塑胶）填塞管节接口的缝隙，可保证缝隙的密实，不使用或少使用沥青麻絮填塞工艺；

 

（2）使用涂玻璃纤维布防水层及钢纤维混凝土保护层等新材料、新工艺，其具有良好的延伸性、防水性能强、耐老化、耐腐蚀、耐热、抗冻、不污染环境等优点；

 

（3）隔水墙以外的防护铺砌，可应用土工布或土工格栅（2—3层），埋设在原地表面下10～20cm深处，提高其整体抗冲刷能力。

 

4.3 施工方面

 

（1）施工时若地质条件与设计文件不符，及时反馈设计人员进行修改，消除先天性隐患；

 

（2）改进施工方法，加强结构重要部位的施工及前后施工顺序的合理衔接；

 

（3）所用施工材料要严格按照设计要求选用，严把质量关，杜绝偷工减料和使用不合格材料；

 

（4）涵洞施工抓住：承载力要均匀、沉降缝要竖直、涵背填土要对称、出人口要及时铺砌疏通、碾压要均衡等环节。

 

4.4 日常养护方面

 

在涵洞的运营过程中，要加强管理和维护。及时清除洞口及洞内的淤积物，以保持洞内排水畅通。经常检查附属设施与涵洞结合的整体性，发现裂缝要及时观察观测，确定裂缝是否稳定或发展，发现问题及早处理，做到防患于未然。

 

5 结语

 

（1）采用数理统计方法对涵洞的病害进行分类整理，可对涵洞的总体病害情况有一个直观认识，了解各类病害的发展趋势，可为公路涵洞病害调查分析提供借鉴性参考。

 

（2）总结了涵洞病害的成因，为今后涵洞的设计施工提供依据。

 

（3）提出了涵洞新建及其病害预防合理的技术建议，为涵洞的设计施工及日常养护提供技术参考。

    

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