沿海地區(qū)高速公路涵洞病害成因及防治對(duì)策

王偉廣

(天津市市政公路工程質(zhì)量監(jiān)督站)

沿海地區(qū)高速公路涵洞病害成因及防治對(duì)策

王偉廣

(天津市市政公路工程質(zhì)量監(jiān)督站)

摘 要:在沿海地區(qū)高速公路既有涵洞病害調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析高速公路涵洞常見(jiàn)病害的成因，并根據(jù)涵洞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出了合適的處理措施，為既有涵洞的養(yǎng)護(hù)及新建涵洞防病提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞:涵洞;沿海地區(qū);高速公路;病害原因;防治措施

1 引言

涵洞是公路工程中的重要組成部分之一，無(wú)論是在工程數(shù)量還是在工程造價(jià)上，都占有相當(dāng)?shù)谋戎?，而且涵洞的穩(wěn)定與否將直接影響公路的正常使用。據(jù)天津有關(guān)資料介紹，涵洞工程數(shù)量約占橋涵總數(shù)的60% ～70%，每公里平均約有1～3道，涵洞工程造價(jià)約占到橋涵總額的40%左右。隨著公路交通運(yùn)輸任務(wù)日益繁重，涵洞作為公路的基本構(gòu)筑物，在大自然環(huán)境(風(fēng)、霜、雨、雪、冰凍、高溫、水流沖擊)和車(chē)輛荷載(尤其是超載車(chē)輛)作用下易產(chǎn)生病害，使其功能性及安全度有所降低，對(duì)公路的正常安全通行造成威脅，甚至?xí)o社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大危害。為保證其處于完好的受力工作狀態(tài)，延長(zhǎng)使用年限，保證車(chē)輛安全通行，急需維修加固和技術(shù)改造。

對(duì)天津市沿海地區(qū)某高速公路上二百多座既有涵洞進(jìn)行了詳細(xì)科學(xué)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在的主要病害有:(1)涵洞口、洞內(nèi)淤塞;(2)洞口翼墻病害;(3)涵身施工接縫病害;(4)涵身混凝土外觀差;(5)涵身混凝土結(jié)構(gòu)裂縫;(6)涵洞兩側(cè)跳車(chē)。

根據(jù)這些外業(yè)檢測(cè)項(xiàng)目結(jié)果，對(duì)病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行了細(xì)致的分析，并提出了病害有效處理措施及涵洞養(yǎng)護(hù)對(duì)策。

2 涵洞的病害調(diào)查內(nèi)容

(1)洞口、洞內(nèi)是否堵塞或沖刷，洞口、洞身鋪砌有無(wú)裂縫、漏水;(2)洞身接縫處是否完好;(3)洞頂填土有無(wú)沉陷、護(hù)坡或翼墻是否完好;(4)各部圬工的表面是否發(fā)生風(fēng)化、剝落、裂縫和鋼筋外露等病害;(5)洞內(nèi)有無(wú)積水、積物;(6)涵洞有無(wú)變形、位移和斷裂;(7)涵洞的位置和孔徑是否恰當(dāng)或偏小;(8)涵洞頂部路面病害情況，如裂縫、塌陷形成的跳車(chē)等。

3 病害特征和成因分析

3.1 涵洞口、洞內(nèi)淤塞

在檢測(cè)中我們發(fā)現(xiàn)，有此類(lèi)病害的涵洞以圓管涵為主，占整個(gè)涵洞數(shù)量的15%左右，亦有少部分蓋板涵也存在此類(lèi)病害。涵洞進(jìn)出水口有植物生長(zhǎng)、淤積泥砂堵塞涵洞口，影響涵洞的過(guò)水能力，洞內(nèi)淤泥淤砂且有積水，實(shí)際過(guò)水能力減小。個(gè)別涵洞淤塞較嚴(yán)重，涵內(nèi)淤塞泥砂達(dá)1.5 m以上，嚴(yán)重影響了涵洞的過(guò)水能力。此類(lèi)病害主要原因有以下兩點(diǎn):

(1)由于天津市夏季降雨量較多，又地處沿海，地勢(shì)低洼，雨水將泥沙等淤積物沖入洞內(nèi)，加之養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，久而久之造成淤塞物堆積，洞內(nèi)堵塞，涵洞過(guò)水能力下降;

(2)沿海軟基地段涵洞整體或中部或產(chǎn)生沉降，造成涵底標(biāo)高位置降低，出水口標(biāo)高相對(duì)增大，洞內(nèi)積水及泥砂無(wú)法自行排出，形成淤塞。

3.2 洞口翼墻病害

檢查中發(fā)現(xiàn)，約有17%的涵洞存在洞口翼墻病害，且以蓋板涵為主，主要為墻體上部水平裂縫、斜裂縫，少量中部豎向裂縫或與涵臺(tái)脫開(kāi)。墻體上部水平裂縫、斜裂縫特征表現(xiàn)為:上寬下窄，裂縫寬度一般不超過(guò)0.15 mm，此種裂縫形成的主要原因如下:

(1)涵臺(tái)上部填土不密實(shí)，車(chē)輛沖擊荷載作用下產(chǎn)生側(cè)向壓力過(guò)大;

(2)涵臺(tái)與臺(tái)背翼墻之間的縫隙被頂死，從涵體蓋板上傳遞來(lái)的過(guò)大推力引起翼墻的剪切裂縫。翼墻豎向裂縫大多沒(méi)有貫穿，且裂縫寬度在0.2 mm以?xún)?nèi)，主要原因是由于混凝土的收縮和溫差所致。個(gè)別涵洞存在翼墻與涵臺(tái)脫開(kāi)的病害，主要原因是墻體局部地基軟弱，臺(tái)背土壓力過(guò)大，墻體相對(duì)涵臺(tái)產(chǎn)生不均勻沉降。

3.3 涵身施工接縫病害

涵身施工接縫處主要病害為開(kāi)裂和滲水，由于結(jié)構(gòu)及施工方法的差異，此類(lèi)病害比較普遍，在圓管涵與蓋板涵中特征有所不同，具體如下。

(1)圓管涵中此類(lèi)病害主要表現(xiàn)為涵洞管節(jié)施工接縫處填縫料落、施工接縫過(guò)寬且未封閉，部分涵洞管節(jié)接縫處存在滲水、滲砂現(xiàn)象。病害原因是由本身施工質(zhì)量不良或涵洞部分節(jié)段的地基較薄弱，導(dǎo)致各節(jié)段間不均勻沉降，引起施工接縫開(kāi)裂、錯(cuò)臺(tái);涵洞節(jié)段施工接縫過(guò)大，防水處理有缺陷所造成。

(2)蓋板涵中此類(lèi)病害主要表現(xiàn)為蓋板與涵臺(tái)(或帽梁)交接處滲水結(jié)晶，此類(lèi)病害較為普遍。涵臺(tái)身出現(xiàn)漏水滲水現(xiàn)象，嚴(yán)重處的涵臺(tái)身常年有水跡且長(zhǎng)有青苔，主要發(fā)生在涵臺(tái)身與蓋板交界處。系因路面的雨水滲入涵上填土中，加之涵臺(tái)身附近填土排水不暢，導(dǎo)致涵頂填土的含水量過(guò)大，而防水設(shè)施不完善，以至于填土積水從涵臺(tái)身處滲出。

3.4 涵身混凝土外觀較差

約有20%的涵洞混凝土結(jié)構(gòu)外觀較差，主要表現(xiàn)為圓管涵管內(nèi)壁和蓋板涵蓋板底部局部混凝土表面粗糙不平、蜂窩麻面、破損、剝落露筋。這種病害在混凝土結(jié)構(gòu)物中較為常見(jiàn)，主要是由于混凝土施工質(zhì)量差所致，鋼筋保護(hù)層厚度不夠且混凝土振搗不密實(shí)，以至混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕，體積產(chǎn)生膨脹，造成銹蝕鋼筋周?chē)炷羷兟洹?/p>

3.5 涵身混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

檢查中發(fā)現(xiàn)約有53%涵洞存在不同程度的涵身混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂情況，此類(lèi)病害的表現(xiàn)形式主要有以下幾種。

(1)圓管涵管內(nèi)壁縱向開(kāi)裂。本次檢查的圓管涵中，管節(jié)普遍存在不同程度的縱向裂縫，主要分布在頂部或腰部?？v向裂縫可分為兩種，一種是管節(jié)表面裂縫，這種裂縫寬度較小，一般小于0.2 mm，未貫通管節(jié)，主要是由于施工時(shí)養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，混凝土干縮引起;另一種是管節(jié)通長(zhǎng)縱裂，且寬度較大，最寬的達(dá)1.7 mm，系由于管涵周?chē)钔撩軐?shí)性差，管涵的側(cè)向約束不足，涵上填土壓力過(guò)大、管節(jié)承載力不足造成，或施工時(shí)涵上填土碾壓時(shí)，過(guò)大的壓力造成。

(2)蓋板涵蓋板底部橫向裂縫。這類(lèi)裂縫可分為三種:①表面短細(xì)裂縫，主要是由于溫度影響和混凝土收縮引起。②整體現(xiàn)澆板在荷載作用下產(chǎn)生較大的縱向彎矩，超過(guò)了板體的縱向抗彎能力，從而引起板體出現(xiàn)橫向裂縫，個(gè)別裂縫寬度較大，最寬處達(dá)2.0mm。③涵臺(tái)沉降縫處蓋板未采取相應(yīng)的變形措施，對(duì)應(yīng)處存在橫向裂縫，這主要是由于涵臺(tái)身出現(xiàn)了沉降差異而導(dǎo)致蓋板產(chǎn)生剪切裂縫。

(3)蓋板涵涵臺(tái)身開(kāi)裂。這類(lèi)裂縫分為豎向、水平兩種，它的存在會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性造成嚴(yán)重影響，因?yàn)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的裂縫與鋼筋的腐蝕是相互作用的。鋼筋腐蝕與混凝土的碳化、氯離子侵蝕以及水分、氧氣的存在條件是分不開(kāi)的，而提供這種條件的通道一個(gè)是毛細(xì)孔道，另一個(gè)是裂縫，其中裂縫對(duì)鋼筋腐蝕的影響更大?；炷灵_(kāi)裂后，鋼筋的腐蝕速度將大大加快。鋼筋腐蝕后，生成的腐蝕物體積膨脹，產(chǎn)生順筋裂縫，由于裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展提供了使侵蝕破壞作用逐級(jí)升級(jí)、混凝土耐久性不斷下降的渠道，形成導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)一步退化的惡性循環(huán)。

3.6 涵洞兩側(cè)跳車(chē)

通道、涵洞兩側(cè)主要的病害現(xiàn)象有:瀝青混凝土路面的不均勻沉陷、裂縫、開(kāi)裂，嚴(yán)重者出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，造成在涵洞處跳車(chē)。造成通道、涵洞兩側(cè)不均勻沉陷導(dǎo)致跳車(chē)的主要原因有的主要原因?yàn)?

(1)涵洞兩側(cè)及上方回填壓實(shí)不夠，造成涵上路基沉陷，出孔洞，涵頂跳車(chē);

(2)涵洞上方填土過(guò)少、填土過(guò)薄;

(3)由于管底基礎(chǔ)承載力低，造成涵洞沿涵管縱向整體下沉。天津市軟弱地基分布廣泛，是造成公路涵洞跳車(chē)的主要原因之一。軟基使涵洞在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)出現(xiàn)不均勻下沉、開(kāi)裂，甚至墻體倒塌等病害;

(4)沿海地區(qū)良性回填土匱乏，使用具有高塑性、壓縮性的回填土;

(5)涵洞兩側(cè)及頂部的施工通常在這些構(gòu)造物基本完成后才進(jìn)行，這種施工工藝因施工場(chǎng)地小，致使大型壓實(shí)設(shè)備不能使用，而小型設(shè)備施工能力有限，填筑壓實(shí)不易達(dá)到規(guī)定的要求，還容易積水。

4 病害防治對(duì)策

4.1 涵洞口、洞內(nèi)淤塞處理

及時(shí)清除洞口洞內(nèi)淤積的泥砂，以增加過(guò)水?dāng)嗝妫谶M(jìn)出水口設(shè)置沉砂井來(lái)防止泥砂淤積，疏通洞口附近排水通道，使洞口鋪砌于上下游水槽平順合適。降低出水口的標(biāo)高，以利于洞內(nèi)積水的排出，并加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)，尤其在臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)后。

4.2 施工接縫病害處理

對(duì)施工接縫脫開(kāi)的管節(jié)用干燥麻絮浸透瀝青后填實(shí)封閉，及時(shí)將涵頂路基填土空洞填實(shí);對(duì)接縫錯(cuò)臺(tái)、開(kāi)裂的涵洞進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于病害嚴(yán)重且有進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)的涵洞節(jié)段進(jìn)行地基壓漿補(bǔ)強(qiáng)，提高地基承載能力修復(fù)存在破損的路面，完善路面防排水系統(tǒng)，對(duì)涵臺(tái)身進(jìn)行防排水處理，增設(shè)泄水設(shè)施。

4.3 混凝土剝落露筋等外觀病害處理

根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》的要求，對(duì)混凝土的空洞、蜂窩、麻面、剝落露筋等應(yīng)先將松動(dòng)的保護(hù)層鑿去并清除鋼筋銹跡，然后修復(fù)保護(hù)層，如損壞面積不大可用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，如損壞面積過(guò)大可用噴射高強(qiáng)度等級(jí)水泥砂漿的方法修補(bǔ)。

4.4 混凝土裂縫處理

修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的目的在于使結(jié)構(gòu)恢復(fù)因開(kāi)裂而降低的功能，保證結(jié)構(gòu)的耐久性。對(duì)于一般較細(xì)的裂縫，對(duì)梁的強(qiáng)度影響不大。當(dāng)裂縫較多且寬度較大時(shí)，梁的剛度要相應(yīng)降低，同時(shí)鋼筋受有害介質(zhì)的侵蝕結(jié)構(gòu)物的壽命也要縮短。所以鋼筋混凝土構(gòu)件，應(yīng)視裂縫的大小，分別采用采用下列方法處理:

(1)裂縫寬度δ≤0.2 mm時(shí)應(yīng)進(jìn)行封閉處理，一般涂刷水玻璃或環(huán)氧樹(shù)脂膠。

(2)裂縫斷度δ＞0.2 mm時(shí)應(yīng)采用壓力灌漿法或注環(huán)氧樹(shù)脂膠。修補(bǔ)裂縫的主要材料為環(huán)氧樹(shù)脂和水泥，修補(bǔ)時(shí)應(yīng)注意使用材料及其配合比，修補(bǔ)常用方法有表面封閉和壓力灌漿。

4.5 涵洞兩側(cè)跳車(chē)處治

(1)提高結(jié)構(gòu)物填土厚度

瀝青混凝土路面，對(duì)構(gòu)造物上的填土厚度小于1.0m的，在構(gòu)造物的兩側(cè)換填基層或底基層的材料;對(duì)于構(gòu)造物深入到基層的橋涵，要求進(jìn)行高程調(diào)整，保證構(gòu)造物上的基層或底基層的厚度不小于0.15 m。

(2)提高材料性能要求

瀝青層厚度一般不小于 0.15 m，基層厚度不小于0.3 m，瀝青混凝土與基層的模量之比要求小于2.0，上土層模量要求不小于50 MPa，要求盡量采用塑性變形小的材料;臺(tái)背填料采用透水性好的材料，用非滲水土填筑時(shí)，其 CBR值要大于8%，并且要求對(duì)土質(zhì)進(jìn)行改善處理，提高臺(tái)背回填強(qiáng)度和減少雨水的滲入;從構(gòu)造物到正常路段，材料要有一個(gè)漸變的過(guò)程。

(3)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量

要求穩(wěn)定涵臺(tái)周邊的填土，并且每隔2～4層填土鋪設(shè)土工布進(jìn)行加固處理;為保證填土的壓實(shí)質(zhì)量，在比較寬闊的部位盡量使用大型壓實(shí)機(jī)械，只是在臨近構(gòu)筑物邊緣及涵頂50 cm內(nèi)，才使用小型夯實(shí)機(jī)分薄層夯壓密實(shí)，保證涵洞兩側(cè)及頂部填土的壓實(shí)度不低于95% 要求采取兩側(cè)對(duì)稱(chēng)均勻回填的方法，以保證涵洞、管道缺口填土的質(zhì)量;施工中防止雨水流入，對(duì)已有積水應(yīng)挖溝或用水泵將其排除，對(duì)于地下滲水，應(yīng)設(shè)置盲溝引出，當(dāng)不得不采用非滲水土填筑時(shí)，應(yīng)設(shè)置橫向盲溝或用黏土等不透水材料封頂，路基邊坡設(shè)置擋土墻時(shí)，應(yīng)在墻背作好反濾層，使水順利從泄水孔排出;

原地基進(jìn)行處理，基礎(chǔ)回填用砂礫分層回填夯實(shí)至原地面，對(duì)于臺(tái)前、臺(tái)后有不良地質(zhì)的地段，先根據(jù)實(shí)際情況采取處理措施直至地基承載力和壓實(shí)度達(dá)到要求后，再填筑路堤;在客觀條件允許的情況下，盡量地先整體施工路堤，然后開(kāi)槽修筑構(gòu)造物，對(duì)于分段施工的，都在構(gòu)造物兩側(cè)預(yù)留了足夠的長(zhǎng)度，以便應(yīng)用大型碾壓設(shè)備整體碾壓。

5 結(jié)論

針對(duì)沿海地區(qū)高速公路既有涵洞的一些病害進(jìn)行分析，找出產(chǎn)生病害的原因，提出加固處理的具體辦法，實(shí)踐證明此修補(bǔ)措施是行之有效的。這對(duì)以后可能的加固工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)我國(guó)大量既有涵洞的加固改造有一定的參考價(jià)值。

:

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［2］張曄芝，趙博.某沿海高速公路涵洞病害成因及處理措施淺析［J］.西部探礦，2008，(12).

［3］康佐，楊曉華，謝永利，劉保健.高填路堤下涵洞病害機(jī)理［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，(2).

中圖分類(lèi)號(hào):U416.1

C

1008-3383(2011)06-0169-02

收稿日期:2011-03-11

作者簡(jiǎn)介:王偉廣(1979-)，男，河北保定人，工程師，從事市政公路工程質(zhì)量監(jiān)督管理工作。