沿海地區高速公路涵洞病害成因及防治對策

王偉廣

(天津市市政公路工程質量監督站)

沿海地區高速公路涵洞病害成因及防治對策

王偉廣

(天津市市政公路工程質量監督站)

摘 要:在沿海地區高速公路既有涵洞病害調查的基礎上，分析高速公路涵洞常見病害的成因，并根據涵洞的結構特點提出了合適的處理措施，為既有涵洞的養護及新建涵洞防病提供借鑒和參考。

關鍵詞:涵洞;沿海地區;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，無論是在工程數量還是在工程造價上，都占有相當的比重，而且涵洞的穩定與否將直接影響公路的正常使用。據天津有關資料介紹，涵洞工程數量約占橋涵總數的60% ～70%，每公里平均約有1～3道，涵洞工程造價約占到橋涵總額的40%左右。隨著公路交通運輸任務日益繁重，涵洞作為公路的基本構筑物，在大自然環境(風、霜、雨、雪、冰凍、高溫、水流沖擊)和車輛荷載(尤其是超載車輛)作用下易產生病害，使其功能性及安全度有所降低，對公路的正常安全通行造成威脅，甚至會給社會經濟和人民生命財產造成重大危害。為保證其處于完好的受力工作狀態，延長使用年限，保證車輛安全通行，急需維修加固和技術改造。

對天津市沿海地區某高速公路上二百多座既有涵洞進行了詳細科學的檢測，發現存在的主要病害有:(1)涵洞口、洞內淤塞;(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)涵身混凝土結構裂縫;(6)涵洞兩側跳車。

根據這些外業檢測項目結果，對病害產生的原因進行了細致的分析，并提出了病害有效處理措施及涵洞養護對策。

2 涵洞的病害調查內容

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

3 病害特征和成因分析

3.1 涵洞口、洞內淤塞

在檢測中我們發現，有此類病害的涵洞以圓管涵為主，占整個涵洞數量的15%左右，亦有少部分蓋板涵也存在此類病害。涵洞進出水口有植物生長、淤積泥砂堵塞涵洞口，影響涵洞的過水能力，洞內淤泥淤砂且有積水，實際過水能力減小。個別涵洞淤塞較嚴重，涵內淤塞泥砂達1.5 m以上，嚴重影響了涵洞的過水能力。此類病害主要原因有以下兩點:

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

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

3.2 洞口翼墻病害

檢查中發現，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脫開。墻體上部水平裂縫、斜裂縫特征表現為:上寬下窄，裂縫寬度一般不超過0.15 mm，此種裂縫形成的主要原因如下:

(1)涵臺上部填土不密實，車輛沖擊荷載作用下產生側向壓力過大;

(2)涵臺與臺背翼墻之間的縫隙被頂死，從涵體蓋板上傳遞來的過大推力引起翼墻的剪切裂縫。翼墻豎向裂縫大多沒有貫穿，且裂縫寬度在0.2 mm以內，主要原因是由于混凝土的收縮和溫差所致。個別涵洞存在翼墻與涵臺脫開的病害，主要原因是墻體局部地基軟弱，臺背土壓力過大，墻體相對涵臺產生不均勻沉降。

3.3 涵身施工接縫病害

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

(1)圓管涵中此類病害主要表現為涵洞管節施工接縫處填縫料落、施工接縫過寬且未封閉，部分涵洞管節接縫處存在滲水、滲砂現象。病害原因是由本身施工質量不良或涵洞部分節段的地基較薄弱，導致各節段間不均勻沉降，引起施工接縫開裂、錯臺;涵洞節段施工接縫過大，防水處理有缺陷所造成。

(2)蓋板涵中此類病害主要表現為蓋板與涵臺(或帽梁)交接處滲水結晶，此類病害較為普遍。涵臺身出現漏水滲水現象，嚴重處的涵臺身常年有水跡且長有青苔，主要發生在涵臺身與蓋板交界處。系因路面的雨水滲入涵上填土中，加之涵臺身附近填土排水不暢，導致涵頂填土的含水量過大，而防水設施不完善，以至于填土積水從涵臺身處滲出。

3.4 涵身混凝土外觀較差

約有20%的涵洞混凝土結構外觀較差，主要表現為圓管涵管內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構物中較為常見，主要是由于混凝土施工質量差所致，鋼筋保護層厚度不夠且混凝土振搗不密實，以至混凝土內鋼筋銹蝕，體積產生膨脹，造成銹蝕鋼筋周圍混凝土剝落。

3.5 涵身混凝土結構裂縫

檢查中發現約有53%涵洞存在不同程度的涵身混凝土結構開裂情況，此類病害的表現形式主要有以下幾種。

(1)圓管涵管內壁縱向開裂。本次檢查的圓管涵中，管節普遍存在不同程度的縱向裂縫，主要分布在頂部或腰部。縱向裂縫可分為兩種，一種是管節表面裂縫，這種裂縫寬度較小，一般小于0.2 mm，未貫通管節，主要是由于施工時養護不及時，混凝土干縮引起;另一種是管節通長縱裂，且寬度較大，最寬的達1.7 mm，系由于管涵周圍填土密實性差，管涵的側向約束不足，涵上填土壓力過大、管節承載力不足造成，或施工時涵上填土碾壓時，過大的壓力造成。

(2)蓋板涵蓋板底部橫向裂縫。這類裂縫可分為三種:①表面短細裂縫，主要是由于溫度影響和混凝土收縮引起。②整體現澆板在荷載作用下產生較大的縱向彎矩，超過了板體的縱向抗彎能力，從而引起板體出現橫向裂縫，個別裂縫寬度較大，最寬處達2.0mm。③涵臺沉降縫處蓋板未采取相應的變形措施，對應處存在橫向裂縫，這主要是由于涵臺身出現了沉降差異而導致蓋板產生剪切裂縫。

(3)蓋板涵涵臺身開裂。這類裂縫分為豎向、水平兩種，它的存在會對混凝土結構的耐久性造成嚴重影響，因為鋼筋混凝土結構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的，而提供這種條件的通道一個是毛細孔道，另一個是裂縫，其中裂縫對鋼筋腐蝕的影響更大。混凝土開裂后，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，產生順筋裂縫，由于裂縫的進一步擴展提供了使侵蝕破壞作用逐級升級、混凝土耐久性不斷下降的渠道，形成導致混凝土結構耐久性進一步退化的惡性循環。

3.6 涵洞兩側跳車

通道、涵洞兩側主要的病害現象有:瀝青混凝土路面的不均勻沉陷、裂縫、開裂，嚴重者出現錯臺現象，造成在涵洞處跳車。造成通道、涵洞兩側不均勻沉陷導致跳車的主要原因有的主要原因為:

(1)涵洞兩側及上方回填壓實不夠，造成涵上路基沉陷，出孔洞，涵頂跳車;

(2)涵洞上方填土過少、填土過薄;

(3)由于管底基礎承載力低，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的主要原因之一。軟基使涵洞在運營期內出現不均勻下沉、開裂，甚至墻體倒塌等病害;

(4)沿海地區良性回填土匱乏，使用具有高塑性、壓縮性的回填土;

(5)涵洞兩側及頂部的施工通常在這些構造物基本完成后才進行，這種施工工藝因施工場地小，致使大型壓實設備不能使用，而小型設備施工能力有限，填筑壓實不易達到規定的要求，還容易積水。

4 病害防治對策

4.1 涵洞口、洞內淤塞處理

及時清除洞口洞內淤積的泥砂，以增加過水斷面，在進出水口設置沉砂井來防止泥砂淤積，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。降低出水口的標高，以利于洞內積水的排出，并加強日常養護，尤其在臺風等強對流天氣過后。

4.2 施工接縫病害處理

對施工接縫脫開的管節用干燥麻絮浸透瀝青后填實封閉，及時將涵頂路基填土空洞填實;對接縫錯臺、開裂的涵洞進行監測，對于病害嚴重且有進一步發展趨勢的涵洞節段進行地基壓漿補強，提高地基承載能力修復存在破損的路面，完善路面防排水系統，對涵臺身進行防排水處理，增設泄水設施。

4.3 混凝土剝落露筋等外觀病害處理

根據《公路橋涵養護規范》的要求，對混凝土的空洞、蜂窩、麻面、剝落露筋等應先將松動的保護層鑿去并清除鋼筋銹跡，然后修復保護層，如損壞面積不大可用環氧砂漿修補，如損壞面積過大可用噴射高強度等級水泥砂漿的方法修補。

4.4 混凝土裂縫處理

修補混凝土結構裂縫的目的在于使結構恢復因開裂而降低的功能，保證結構的耐久性。對于一般較細的裂縫，對梁的強度影響不大。當裂縫較多且寬度較大時，梁的剛度要相應降低，同時鋼筋受有害介質的侵蝕結構物的壽命也要縮短。所以鋼筋混凝土構件，應視裂縫的大小，分別采用采用下列方法處理:

(1)裂縫寬度δ≤0.2 mm時應進行封閉處理，一般涂刷水玻璃或環氧樹脂膠。

(2)裂縫斷度δ＞0.2 mm時應采用壓力灌漿法或注環氧樹脂膠。修補裂縫的主要材料為環氧樹脂和水泥，修補時應注意使用材料及其配合比，修補常用方法有表面封閉和壓力灌漿。

4.5 涵洞兩側跳車處治

(1)提高結構物填土厚度

瀝青混凝土路面，對構造物上的填土厚度小于1.0m的，在構造物的兩側換填基層或底基層的材料;對于構造物深入到基層的橋涵，要求進行高程調整，保證構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;臺背填料采用透水性好的材料，用非滲水土填筑時，其 CBR值要大于8%，并且要求對土質進行改善處理，提高臺背回填強度和減少雨水的滲入;從構造物到正常路段，材料要有一個漸變的過程。

(3)嚴格控制施工質量

要求穩定涵臺周邊的填土，并且每隔2～4層填土鋪設土工布進行加固處理;為保證填土的壓實質量，在比較寬闊的部位盡量使用大型壓實機械，只是在臨近構筑物邊緣及涵頂50 cm內，才使用小型夯實機分薄層夯壓密實，保證涵洞兩側及頂部填土的壓實度不低于95% 要求采取兩側對稱均勻回填的方法，以保證涵洞、管道缺口填土的質量;施工中防止雨水流入，對已有積水應挖溝或用水泵將其排除，對于地下滲水，應設置盲溝引出，當不得不采用非滲水土填筑時，應設置橫向盲溝或用黏土等不透水材料封頂，路基邊坡設置擋土墻時，應在墻背作好反濾層，使水順利從泄水孔排出;

原地基進行處理，基礎回填用砂礫分層回填夯實至原地面，對于臺前、臺后有不良地質的地段，先根據實際情況采取處理措施直至地基承載力和壓實度達到要求后，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，然后開槽修筑構造物，對于分段施工的，都在構造物兩側預留了足夠的長度，以便應用大型碾壓設備整體碾壓。

5 結論

針對沿海地區高速公路既有涵洞的一些病害進行分析，找出產生病害的原因，提出加固處理的具體辦法，實踐證明此修補措施是行之有效的。這對以后可能的加固工作具有重要的現實意義，對我國大量既有涵洞的加固改造有一定的參考價值。

:

［1］張衛兵，劉保健.西部山區高填路堤涵洞病害及其防治對策［J］.中外公路，2007，(1).

［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理［J］.長安大學學報，2006，(2).

中圖分類號:U416.1

C

1008-3383(2011)06-0169-02

收稿日期:2011-03-11

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