青海橋涵病害與自然環境因果關系

劉宏偉，方詩圣

（1.合肥工業大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009；2.青海民族大學交通學院，青海 西寧 810002）

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青海橋涵病害與自然環境因果關系

劉宏偉1，2，方詩圣1

（1.合肥工業大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009；2.青海民族大學交通學院，青海 西寧 810002）

以青海民族大學青年項目《高海拔地區橋梁病害研究》為依托，在充分調研青海全區氣候、水文、地質資料等方面后，分別調查G227、G109、G315、G214的局部段的實地調查資料和歷年病害整治統計資料為基礎，分析橋涵病害與所處自然環境之間存在的客觀聯系，不同的地質、氣候環境下病害有各自的特點。然而，實際橋涵的病害是在各種因素下綜合作用的結果。青海南北線公路涎冰淤塞、橋面鋪裝破壞、斷板是最主要的病害類型，東西線由于雨水較少橋面路面的耐久性性能較好。青海全區常見的橋涵病害有2類12項。

橋涵病害；自然環境；病害類型；多年凍土

0　引論

橋梁病害是全國的普遍現象，但各區域的病害由于經濟發展、環境的不同有明顯的差異性。目前，國內比較成熟的評估橋梁病害程度的方法有外觀調查法、檢算評定法、荷載試驗法[1]，其中外觀調查法是最基礎、最普遍也是成本最低的方法，是展開后兩種方法的最基本的方法。本課題從外觀調差法獲取的基礎材料，分析橋梁病害與環境之間的相互關系；事實證明橋梁病害產生是多方面綜合因素作用的結果，這種因素按大類分可以分為兩類：自然因素、社會因素。其中規避病害產生的不利因素，使橋梁在服役期間安全工作是大家所希望的，產生病害的原因中有些要素是可控，可提前預測的，有些是不可控的。比如：社會因素中有人為設計、施工、社會發展因素，修筑橋梁前設計方會對30年～50年后的交通情況做預判斷，但這種判斷離預判期的實際還是比較遠，以50年以后交通能力預估設計施工的橋梁，隨著國內機械加工能力的不斷提升，車輛的性能變化，或許在不到20年的時間，橋梁表現出輸送和承載能力不足，此外，在人為設計、施工過程中可能存在不可避免的缺陷，這些因素一般是不可控、甚至是不可預知的。但在橋梁設計施工前，認真踏勘，對橋梁所處環境有所了解，并熟知不同的自然環境下有可能存在什么樣的病害，然后進行有效的規避，減少病害發生的可能性十分必要。從而對于橋梁病害可以做到“預防為主，整治為輔”的原則。

橋梁的病害與橋梁所處自然環境有明顯的關聯性。本文通過對青海北、中、南，處在不同氣候、水文地質的橋梁病害做系統分析的基礎上，分析總結病害與環境的關聯性。

1　青海自然環境

青海省自古有 “海藏咽喉”的稱謂。省名因省內有內陸最大的咸水湖——青海湖而得名。青海省位于青藏高原東北部，東西長約1200km，南北寬800km，地處于東經28°27～103°04’和北緯31°33’～39°19’之間，總面積72萬km2，與甘肅、四川、西藏、新疆四省區相鄰，平均海拔在3000m[2]。境內山峰一般都在4500m以上。昆侖山橫貫中部，唐古拉山峙立于南，祁連山矗立于北，中部為柴達木盆地。巴顏喀拉山和阿尼瑪卿高山是青海著名的山峰，其中還有青海境內最高峰格拉丹東海拔6621m。省內河流、湖泊眾多，集水面積在500km2以上的河流有276條，水面面積大于1km2以上的湖泊266個，其中淡水湖151個，咸水湖85個，鹽湖30個。青海湖面積4573km2，平均水深18m。青海省是長江、黃河、瀾滄江的發源地，省內分布有高山、丘陵、平原等地形，鹽漬土區域達全省面積的1/20，多年凍土區涉及全省2/3的區域，季節性凍土全省境內基本全覆蓋。

2　青海公路病害與氣候、地形、地質的關系

2.1青海公路病害與氣候關系

青海省溫度按年均溫度分為3個區Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（下圖所示）。Ⅱ區包含柴達木盆地和河湟谷地，G109、G315穿過此區域，此區域多見季節性凍土，多年凍土較為少見。從降水量看越往西側，降水量越少，所以此區域常見病害為斷板露筋、橋面鋪裝破壞，在鹽湖附近容易發生橋墩內鋼筋銹蝕，涵洞常見橋頭跳車。Ⅰ、Ⅲ屬于極寒區，冬夏、早晚溫差較大，分布有大面積的多年凍土區。G214穿越第Ⅰ區，G227、S204穿越第Ⅲ溫度區，多發的病害主要有：涎冰淤塞、橋面鋪裝破壞、橋下襯砌破壞、翼墻等附屬設施凍脹開裂傾覆倒塌、板間鉸接縫滲水脫落、橋頭跳車等。

2.2青海公路病害與地形關系

以G227為例，由于G227穿越了祁連山，該條線經過了大通城關十字至寶庫鄉12km的河谷區，寶庫鄉至鐵邁鄉51km高山重丘區，鐵邁鄉至大梁鄉63km平原微丘區，大梁鄉至俄堡鎮32km的山嶺區及俄堡鎮至扁都口32km的河谷區，根據每公里涵洞數量分布可以看出，河谷地區公路沿河床階梯行走時涵洞的技術最高每公里達到1.3～3.6道，通過回頭曲線在山嶺繞行時，即通過山嶺及高山重丘區時，涵洞每公里0.7～1.5道，平原微丘區在0.5～1道左右。經過對其他線路的比對分析，青海公路橋梁、涵洞分布編號以2開頭南北線和以3開頭的東西向有一定的規律，對后期公路預算有指導意義。

涎冰淤塞、鋪裝破壞、斷板、跳車、鋪砌破壞是最主要的病害類型。其中鋪裝破壞、涎冰淤塞是青海公路病害最高的病害類型。山谷多水區鋪裝破壞和涎冰淤塞較為嚴重。高山區跳車、涎冰淤塞、鋪裝破壞、斷板較嚴重，平原微丘區涎冰淤塞和斷板病害嚴重，峽谷少水區斷板病害較嚴重。

2.3青海公路病害與地質關系

G227在祁連山附近穿越了多年凍土帶，其上限是0.9m、下限是30m，在俄堡鎮、景陽嶺附近存在多年凍土，由于樁基、涵基礎對凍土的擾動較小，在這個區域沒有發現橋墩、橋臺凍脹的現象，相反在季節性凍土鐵邁鄉、盤坡、青石嘴鎮附近，發現了橋臺、涵臺、八字翼墻凍脹的現象。

G227在大通城關鎮至寶庫鄉段，經過了松散巖類空隙含水巖組富水程度強的區域，冬春季節更容易形成涵洞、橋梁涎冰淤塞，主要原因在于此段橋涵跨徑過小。寶庫至鐵邁鄉段經過了變質巖裂隙含水巖組富水程度中等區域，此段的病害主要以涎冰淤塞，鋪裝破壞。鐵邁鄉至大梁鄉段跨越了碎屑巖類空隙裂隙含水巖組富水程度中等區屬于季節性凍土區。主要病害為涎冰淤塞、橋涵斷板。大梁鄉至俄堡鎮碎屑巖類空隙裂隙含水巖組富水程度中等區域，并且為多年凍土區，此段主要病害為斷板裂縫，由于多年凍土，上限下移短時間內難以顯現，橋涵地基強度比較高。俄堡鎮至扁都口段跨越變質巖類裂隙含水巖組富水程度弱區。病害類型以斷板和附屬設施破壞為主。歸納總結以上G227及其他線路后，得出青海不同地質情況下高發病害類型情況見下表。

青海不同地質情況下高發病害類型

3　青海中、小橋病害類型統計

經過現有數據的總結歸納，橋涵常見病害可分為2類12項。根據是否影響橋涵結構的安全使用功能，把所有病害分為不滿足承載能力極限狀態病害和不滿足正常使用極限狀態病害。

4　小結

綜上所述，本章的內容可總結為如下幾點：

①以0.2的抽樣率抽取東、南、西、北（G214、G227、G315、G109）4條公路為樣本，分析橋涵及病害分布規律；

②橋涵的病害類型與氣候、地質、水文有一定的關聯性；

③青海橋涵病害類型分為2類12項。

[] 張宇峰,朱曉文.橋梁工程試驗檢測技術手冊[M].北京：人民交通出版社，2010.

[] 吳文飛,房建宏.青海省公路基層冷再生技術應用研究[J].青海交通科技,2015,27(5)：26-30.

[3]嚴莉華.高寒凍土地區橋梁病害機理及處理方法研究[D].西安：長安大學，2010.

[4]張豐帆.季節性凍土構筑物凍脹機理研究及應用[D].長春：吉林大學,2008.

U445.7+1

A

1007-7359(2016)03-0200-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.073

青海民族大學青年基金項目《高海拔地區橋梁病害研究》（2015XJZ19）的子課題。

劉宏偉（1984-），男，青海湟源人，碩士研究生，青海民族大學講師，主要從事寒區橋涵病害研究。