沿海地区高速公路涵洞病害成因及防治对策

2011-08-15王伟广

黑龙江交通科技 2011年6期

关键词：沿海地区涵洞防治措施

王伟广

(天津市市政公路工程质量监督站)

沿海地区高速公路涵洞病害成因及防治对策

王伟广

(天津市市政公路工程质量监督站)

摘要:在沿海地区高速公路既有涵洞病害调查的基础上，分析高速公路涵洞常见病害的成因，并根据涵洞的结构特点提出了合适的处理措施，为既有涵洞的养护及新建涵洞防病提供借鉴和参考。

关键词:涵洞;沿海地区;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组成部分之一，无论是在工程数量还是在工程造价上，都占有相当的比重，而且涵洞的稳定与否将直接影响公路的正常使用。据天津有关资料介绍，涵洞工程数量约占桥涵总数的60% ～70%，每公里平均约有1～3道，涵洞工程造价约占到桥涵总额的40%左右。随着公路交通运输任务日益繁重，涵洞作为公路的基本构筑物，在大自然环境(风、霜、雨、雪、冰冻、高温、水流冲击)和车辆荷载(尤其是超载车辆)作用下易产生病害，使其功能性及安全度有所降低，对公路的正常安全通行造成威胁，甚至会给社会经济和人民生命财产造成重大危害。为保证其处于完好的受力工作状态，延长使用年限，保证车辆安全通行，急需维修加固和技术改造。

对天津市沿海地区某高速公路上二百多座既有涵洞进行了详细科学的检测，发现存在的主要病害有:(1)涵洞口、洞内淤塞;(2)洞口翼墙病害;(3)涵身施工接缝病害;(4)涵身混凝土外观差;(5)涵身混凝土结构裂缝;(6)涵洞两侧跳车。

根据这些外业检测项目结果，对病害产生的原因进行了细致的分析，并提出了病害有效处理措施及涵洞养护对策。

2 涵洞的病害调查内容

(1)洞口、洞内是否堵塞或冲刷，洞口、洞身铺砌有无裂缝、漏水;(2)洞身接缝处是否完好;(3)洞顶填土有无沉陷、护坡或翼墙是否完好;(4)各部圬工的表面是否发生风化、剥落、裂缝和钢筋外露等病害;(5)洞内有无积水、积物;(6)涵洞有无变形、位移和断裂;(7)涵洞的位置和孔径是否恰当或偏小;(8)涵洞顶部路面病害情况，如裂缝、塌陷形成的跳车等。

3 病害特征和成因分析

3.1 涵洞口、洞内淤塞

在检测中我们发现，有此类病害的涵洞以圆管涵为主，占整个涵洞数量的15%左右，亦有少部分盖板涵也存在此类病害。涵洞进出水口有植物生长、淤积泥砂堵塞涵洞口，影响涵洞的过水能力，洞内淤泥淤砂且有积水，实际过水能力减小。个别涵洞淤塞较严重，涵内淤塞泥砂达1.5 m以上，严重影响了涵洞的过水能力。此类病害主要原因有以下两点:

(1)由于天津市夏季降雨量较多，又地处沿海，地势低洼，雨水将泥沙等淤积物冲入洞内，加之养护不及时，久而久之造成淤塞物堆积，洞内堵塞，涵洞过水能力下降;

(2)沿海软基地段涵洞整体或中部或产生沉降，造成涵底标高位置降低，出水口标高相对增大，洞内积水及泥砂无法自行排出，形成淤塞。

3.2 洞口翼墙病害

检查中发现，约有17%的涵洞存在洞口翼墙病害，且以盖板涵为主，主要为墙体上部水平裂缝、斜裂缝，少量中部竖向裂缝或与涵台脱开。墙体上部水平裂缝、斜裂缝特征表现为:上宽下窄，裂缝宽度一般不超过0.15 mm，此种裂缝形成的主要原因如下:

(1)涵台上部填土不密实，车辆冲击荷载作用下产生侧向压力过大;

(2)涵台与台背翼墙之间的缝隙被顶死，从涵体盖板上传递来的过大推力引起翼墙的剪切裂缝。翼墙竖向裂缝大多没有贯穿，且裂缝宽度在0.2 mm以内，主要原因是由于混凝土的收缩和温差所致。个别涵洞存在翼墙与涵台脱开的病害，主要原因是墙体局部地基软弱，台背土压力过大，墙体相对涵台产生不均匀沉降。

3.3 涵身施工接缝病害

涵身施工接缝处主要病害为开裂和渗水，由于结构及施工方法的差异，此类病害比较普遍，在圆管涵与盖板涵中特征有所不同，具体如下。

(1)圆管涵中此类病害主要表现为涵洞管节施工接缝处填缝料落、施工接缝过宽且未封闭，部分涵洞管节接缝处存在渗水、渗砂现象。病害原因是由本身施工质量不良或涵洞部分节段的地基较薄弱，导致各节段间不均匀沉降，引起施工接缝开裂、错台;涵洞节段施工接缝过大，防水处理有缺陷所造成。

(2)盖板涵中此类病害主要表现为盖板与涵台(或帽梁)交接处渗水结晶，此类病害较为普遍。涵台身出现漏水渗水现象，严重处的涵台身常年有水迹且长有青苔，主要发生在涵台身与盖板交界处。系因路面的雨水渗入涵上填土中，加之涵台身附近填土排水不畅，导致涵顶填土的含水量过大，而防水设施不完善，以至于填土积水从涵台身处渗出。

3.4 涵身混凝土外观较差

约有20%的涵洞混凝土结构外观较差，主要表现为圆管涵管内壁和盖板涵盖板底部局部混凝土表面粗糙不平、蜂窝麻面、破损、剥落露筋。这种病害在混凝土结构物中较为常见，主要是由于混凝土施工质量差所致，钢筋保护层厚度不够且混凝土振捣不密实，以至混凝土内钢筋锈蚀，体积产生膨胀，造成锈蚀钢筋周围混凝土剥落。

3.5 涵身混凝土结构裂缝

检查中发现约有53%涵洞存在不同程度的涵身混凝土结构开裂情况，此类病害的表现形式主要有以下几种。

(1)圆管涵管内壁纵向开裂。本次检查的圆管涵中，管节普遍存在不同程度的纵向裂缝，主要分布在顶部或腰部。纵向裂缝可分为两种，一种是管节表面裂缝，这种裂缝宽度较小，一般小于0.2 mm，未贯通管节，主要是由于施工时养护不及时，混凝土干缩引起;另一种是管节通长纵裂，且宽度较大，最宽的达1.7 mm，系由于管涵周围填土密实性差，管涵的侧向约束不足，涵上填土压力过大、管节承载力不足造成，或施工时涵上填土碾压时，过大的压力造成。

(2)盖板涵盖板底部横向裂缝。这类裂缝可分为三种:①表面短细裂缝，主要是由于温度影响和混凝土收缩引起。②整体现浇板在荷载作用下产生较大的纵向弯矩，超过了板体的纵向抗弯能力，从而引起板体出现横向裂缝，个别裂缝宽度较大，最宽处达2.0mm。③涵台沉降缝处盖板未采取相应的变形措施，对应处存在横向裂缝，这主要是由于涵台身出现了沉降差异而导致盖板产生剪切裂缝。

(3)盖板涵涵台身开裂。这类裂缝分为竖向、水平两种，它的存在会对混凝土结构的耐久性造成严重影响，因为钢筋混凝土结构的裂缝与钢筋的腐蚀是相互作用的。钢筋腐蚀与混凝土的碳化、氯离子侵蚀以及水分、氧气的存在条件是分不开的，而提供这种条件的通道一个是毛细孔道，另一个是裂缝，其中裂缝对钢筋腐蚀的影响更大。混凝土开裂后，钢筋的腐蚀速度将大大加快。钢筋腐蚀后，生成的腐蚀物体积膨胀，产生顺筋裂缝，由于裂缝的进一步扩展提供了使侵蚀破坏作用逐级升级、混凝土耐久性不断下降的渠道，形成导致混凝土结构耐久性进一步退化的恶性循环。

3.6 涵洞两侧跳车

通道、涵洞两侧主要的病害现象有:沥青混凝土路面的不均匀沉陷、裂缝、开裂，严重者出现错台现象，造成在涵洞处跳车。造成通道、涵洞两侧不均匀沉陷导致跳车的主要原因有的主要原因为:

(1)涵洞两侧及上方回填压实不够，造成涵上路基沉陷，出孔洞，涵顶跳车;

(2)涵洞上方填土过少、填土过薄;

(3)由于管底基础承载力低，造成涵洞沿涵管纵向整体下沉。天津市软弱地基分布广泛，是造成公路涵洞跳车的主要原因之一。软基使涵洞在运营期内出现不均匀下沉、开裂，甚至墙体倒塌等病害;

(4)沿海地区良性回填土匮乏，使用具有高塑性、压缩性的回填土;

(5)涵洞两侧及顶部的施工通常在这些构造物基本完成后才进行，这种施工工艺因施工场地小，致使大型压实设备不能使用，而小型设备施工能力有限，填筑压实不易达到规定的要求，还容易积水。

4 病害防治对策

4.1 涵洞口、洞内淤塞处理

及时清除洞口洞内淤积的泥砂，以增加过水断面，在进出水口设置沉砂井来防止泥砂淤积，疏通洞口附近排水通道，使洞口铺砌于上下游水槽平顺合适。降低出水口的标高，以利于洞内积水的排出，并加强日常养护，尤其在台风等强对流天气过后。

4.2 施工接缝病害处理

对施工接缝脱开的管节用干燥麻絮浸透沥青后填实封闭，及时将涵顶路基填土空洞填实;对接缝错台、开裂的涵洞进行监测，对于病害严重且有进一步发展趋势的涵洞节段进行地基压浆补强，提高地基承载能力修复存在破损的路面，完善路面防排水系统，对涵台身进行防排水处理，增设泄水设施。

4.3 混凝土剥落露筋等外观病害处理

根据《公路桥涵养护规范》的要求，对混凝土的空洞、蜂窝、麻面、剥落露筋等应先将松动的保护层凿去并清除钢筋锈迹，然后修复保护层，如损坏面积不大可用环氧砂浆修补，如损坏面积过大可用喷射高强度等级水泥砂浆的方法修补。

4.4 混凝土裂缝处理

修补混凝土结构裂缝的目的在于使结构恢复因开裂而降低的功能，保证结构的耐久性。对于一般较细的裂缝，对梁的强度影响不大。当裂缝较多且宽度较大时，梁的刚度要相应降低，同时钢筋受有害介质的侵蚀结构物的寿命也要缩短。所以钢筋混凝土构件，应视裂缝的大小，分别采用采用下列方法处理:

(1)裂缝宽度δ≤0.2 mm时应进行封闭处理，一般涂刷水玻璃或环氧树脂胶。

(2)裂缝断度δ＞0.2 mm时应采用压力灌浆法或注环氧树脂胶。修补裂缝的主要材料为环氧树脂和水泥，修补时应注意使用材料及其配合比，修补常用方法有表面封闭和压力灌浆。

4.5 涵洞两侧跳车处治

(1)提高结构物填土厚度

沥青混凝土路面，对构造物上的填土厚度小于1.0m的，在构造物的两侧换填基层或底基层的材料;对于构造物深入到基层的桥涵，要求进行高程调整，保证构造物上的基层或底基层的厚度不小于0.15 m。

(2)提高材料性能要求

沥青层厚度一般不小于 0.15 m，基层厚度不小于0.3 m，沥青混凝土与基层的模量之比要求小于2.0，上土层模量要求不小于50 MPa，要求尽量采用塑性变形小的材料;台背填料采用透水性好的材料，用非渗水土填筑时，其 CBR值要大于8%，并且要求对土质进行改善处理，提高台背回填强度和减少雨水的渗入;从构造物到正常路段，材料要有一个渐变的过程。

(3)严格控制施工质量

要求稳定涵台周边的填土，并且每隔2～4层填土铺设土工布进行加固处理;为保证填土的压实质量，在比较宽阔的部位尽量使用大型压实机械，只是在临近构筑物边缘及涵顶50 cm内，才使用小型夯实机分薄层夯压密实，保证涵洞两侧及顶部填土的压实度不低于95% 要求采取两侧对称均匀回填的方法，以保证涵洞、管道缺口填土的质量;施工中防止雨水流入，对已有积水应挖沟或用水泵将其排除，对于地下渗水，应设置盲沟引出，当不得不采用非渗水土填筑时，应设置横向盲沟或用黏土等不透水材料封顶，路基边坡设置挡土墙时，应在墙背作好反滤层，使水顺利从泄水孔排出;

原地基进行处理，基础回填用砂砾分层回填夯实至原地面，对于台前、台后有不良地质的地段，先根据实际情况采取处理措施直至地基承载力和压实度达到要求后，再填筑路堤;在客观条件允许的情况下，尽量地先整体施工路堤，然后开槽修筑构造物，对于分段施工的，都在构造物两侧预留了足够的长度，以便应用大型碾压设备整体碾压。