穿堤建筑物常見病害及原因初步分析

李桂卿，黃朝峰，胡美玲

（湖南省水利水電勘測設(shè)計規(guī)劃研究總院有限公司，湖南 長沙 410007）

1 簡 介

穿堤建筑物是指穿過堤防的建筑物及構(gòu)筑物或設(shè)施，主要有：水閘、倒虹吸、泵站、各類管道、交通涵洞等，其中，以水閘最為多見。洞庭湖作為長江的天然調(diào)蓄湖泊，在整個長江防洪體系中有著不可替代的作用，是長江防洪體系的重要組成部分[1]。作為水流疏浚通道的堤防穿堤建筑物在防洪抗旱過程中起著至關(guān)重要的作用，并且穿堤建筑物的安全直接影響大堤的安全。因此對穿堤建筑物進行病害的識別與判斷，并分析其產(chǎn)生的原因，不僅可以對堤防度汛提供指導(dǎo)，也為后期對建筑物和堤防的安全檢測和鑒定提供參考。

2 穿堤建筑物的常見病害類型

穿堤建筑物病害的類型主要有功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷。

1）功能性缺陷主要是由人類活動、水流搬運作用導(dǎo)致的建筑物內(nèi)淤積、沉積、堵塞、障礙物、植物根系侵入等。功能性缺陷導(dǎo)致的結(jié)果是過水?dāng)嗝婵s小，過水能力下降，建筑物使用效率的降低，見圖1。

圖1 穿堤涵管的淤積和堵塞

淤積和障礙物會改變水流的流速和流向，造成水流動力特性的異常?？赡軐?dǎo)致水流的渦流和紊亂，增加河道侵蝕和岸線侵蝕的風(fēng)險，并對周邊水域和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響，會導(dǎo)致水流的阻塞和堵塞，使得洪水在穿堤建筑物處的積聚和決口的風(fēng)險增加。這會給下游地區(qū)帶來洪水威脅和危害，對人員安全和財產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

2）結(jié)構(gòu)性缺陷主要是建筑物材料或結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)的損壞或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，例如裂縫材料脫落、脫節(jié)、沉降、鋼筋裸露、空洞、背后脫空等，見圖2。這些結(jié)構(gòu)性缺陷可能會導(dǎo)致穿堤建筑物的強度下降、承載能力減小、結(jié)構(gòu)變形或破壞，最終危及其安全性和可靠性。

圖2 穿堤建筑物結(jié)構(gòu)性缺陷

結(jié)構(gòu)破壞：結(jié)構(gòu)性缺陷可能導(dǎo)致穿堤建筑物的部分或整體結(jié)構(gòu)破壞，包括裂縫、斷裂、變形或垮塌等。這會直接危及穿堤建筑物的結(jié)構(gòu)安全性，并可能對周圍環(huán)境和人員造成傷害和損失。

功能喪失：結(jié)構(gòu)性缺陷可能導(dǎo)致穿堤建筑物無法正常發(fā)揮其設(shè)計功能。例如，滲漏和漏水可能導(dǎo)致水流控制失效，沉降和變形可能導(dǎo)致通行和導(dǎo)流功能受阻。這將影響穿堤建筑物的使用效果和工程運行。

穿堤建筑物的結(jié)構(gòu)性缺陷不僅會影響建筑物本身的安全和功能，還可能對周邊環(huán)境和社會造成重大影響。

3 產(chǎn)生病害的原因分析

3.1 發(fā)展原因

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和氣候變化，堤防改造加固中多次加高培厚。對原有的箱涵結(jié)構(gòu)進行內(nèi)外接長，新舊箱涵的接駁處成了病險的多發(fā)點。在改造過程中，上方填土增加了原穿堤建筑物結(jié)構(gòu)的荷載。同時也增加了安全隱患。

修建穿堤建筑物時，沒有充分考慮城市化進程如此之快，包括對車輛、箱涵的負載變化情況缺乏充分研究。一些人行或農(nóng)用車標(biāo)準(zhǔn)的箱涵成了大型機動車通道。在超過箱涵自身承載能力的情況下，導(dǎo)致箱涵頂板平衡被破壞而塌陷[2]。

3.2 技術(shù)原因

1）建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低。很多穿堤建筑物興建于20 世紀(jì)90 年代初，限于技術(shù)原因，年久老化，地下箱涵局部破壞造成滲漏，汛期周邊土體被帶入箱涵內(nèi)水流沖刷帶走，從而在箱涵破裂處上部或周邊土層中形成空洞，最終發(fā)生坍塌或管涌等險情[2]。

2）施工工藝不佳。在建設(shè)初期，對地基的處理不夠完善，地基土的物理和力學(xué)性質(zhì)對建筑物的承載能力和穩(wěn)定性影響較大。當(dāng)?shù)鼗翆佑捎谒缮ⅰ⒖蓧嚎s或可液化等特性而缺乏足夠的承載能力時，建筑物可能會發(fā)生沉降和變形。在汛期，外河長期處于高水位，地基受地下水影響，當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r，地基土可能會變得飽和和松弛；當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r，地基土可能會干燥和收縮。導(dǎo)致箱涵的基礎(chǔ)不均勻沉降，從而引起箱涵本體的沉降拉裂，接縫處止水破損或混凝土出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致滲水。

3）箱涵側(cè)墻受水體侵蝕加速自身老化。箱涵作為堤防中連接內(nèi)外河道的主要通道，長期處于浸泡之中?；炷粱蛏皾{由于受環(huán)境水的物理和化學(xué)作用，使硬化后的水泥石結(jié)構(gòu)逐步遭受破壞，強度降低。水泥石中的氫氧化鈣及其他成分，能夠一定程度溶解于水（特別是軟水）[2]。水泥石中的氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等，都是堿性物質(zhì)，若環(huán)境水中有酸類和某些鹽類物質(zhì)時，就會與上述組分發(fā)生反應(yīng)，生成新的化合物[3]。而新生成的化合物或易溶于水，或為松軟無黏結(jié)力的物質(zhì)，或結(jié)晶膨脹，引起有害的內(nèi)應(yīng)力而破壞水泥石結(jié)構(gòu)，最明顯表現(xiàn)為箱涵側(cè)墻墻腳破壞[4]。

3.3 使用階段的原因

1）水流沖刷。穿堤建筑物在使用過程中，長期處于水流高速沖刷狀態(tài)，混凝土或砂漿長期處于被沖蝕狀態(tài)，久而久之，造成表面的磨損脫落，當(dāng)脫落厚度大于鋼筋保護層厚度時，就會發(fā)生鋼筋的銹蝕，進一步降低了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2）維護不當(dāng)。堤防的穿堤建筑物應(yīng)按期進行檢查和保養(yǎng)維護，而由于管理原因，一些箱涵、管道的維護不到位，也缺乏自動化監(jiān)測系統(tǒng)，不能及時發(fā)現(xiàn)小的隱患，從而導(dǎo)致建筑物的病險不斷擴大，最終造成人身安全和生命財產(chǎn)損失。

4 預(yù)防和治理手段

在設(shè)計階段，需要充分考慮穿堤建筑物的使用條件，要與社會及經(jīng)濟的發(fā)展相結(jié)合。分析相關(guān)水文數(shù)據(jù)，充分考慮水流沖刷和侵蝕等因素。采用合適的結(jié)構(gòu)形式、尺寸和材料，以提高箱涵的抗沖刷和抗侵蝕能力。

在施工階段，應(yīng)嚴(yán)格把控質(zhì)量，采用信息化管理，加強施工期的原材料和結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測，在竣工后進行系統(tǒng)的竣工驗收，質(zhì)量合格后才能投入使用。

在使用階段，應(yīng)加強建筑物的監(jiān)測和維護，在汛期前后應(yīng)加強巡檢的頻次。定期檢查和維護箱涵的狀態(tài)，及時清理箱涵內(nèi)的淤泥、垃圾等雜物，確保暢通。修復(fù)箱涵內(nèi)的損壞部位，并采取必要的加固措施。對穿堤建筑物產(chǎn)生的裂縫應(yīng)及時修補，防止裂縫繼續(xù)擴大，導(dǎo)致滲漏。若建筑物滲漏、沉降超過規(guī)范允許范圍，應(yīng)對其進行安全檢測和安全鑒定，評定其等級，進行維修、除險加固或者拆除重建。

提高信息化管理水平，建立水文監(jiān)測系統(tǒng)，定期監(jiān)測箱涵周邊水位、水流速度等參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取措施。

5 結(jié) 語

穿堤建筑物作為重要的交通和水利工程，面臨著各種常見病害的挑戰(zhàn)。通過對這些病害及其成因的初步分析，我們可以更好地了解它們的產(chǎn)生機理，從而采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防和治理措施。在穿堤建筑物的常見病害中，包括沖刷和侵蝕、滲漏、結(jié)構(gòu)裂縫、結(jié)構(gòu)錯位和變形以及沉積物堵塞等問題。

這些病害的產(chǎn)生往往與結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工質(zhì)量、水文水動力特性、材料性能和老化以及環(huán)境因素和自然災(zāi)害等因素密切相關(guān)。在預(yù)防和治理這些病害時，需要綜合考慮這些因素，并采取相應(yīng)的措施，如加強結(jié)構(gòu)加固和維護、改善水流控制、提高防水能力、定期監(jiān)測和維護管理等。

此外，地基處理也是預(yù)防和治理穿堤建筑物病害的重要環(huán)節(jié)。地基的不穩(wěn)定性可能導(dǎo)致建筑物的沉降和變形，因此需要采取適當(dāng)?shù)牡鼗幚砑夹g(shù)，如地基改良、排水和抗?jié)B措施以及填筑和加固等，以增強地基的穩(wěn)定性和承載能力。

總之，對穿堤建筑物常見病害及其成因的初步分析為制定合理的預(yù)防和治理策略提供了重要參考。通過綜合考慮結(jié)構(gòu)、水文、材料和環(huán)境等多個方面的因素，并加強地基處理和定期維護，可以提高穿堤建筑物的穩(wěn)定性、耐久性和安全性，保障其正常運行和使用。在未來的研究和實踐中，應(yīng)繼續(xù)深入研究病害的機理和治理方法，不斷完善預(yù)防和治理技術(shù)，以應(yīng)對不斷變化的工程環(huán)境和需求。