公路混凝土箱涵技术状况评定方法探讨

徐建武，李照奇（.浙江省交通工程建设集团，浙江 杭州 3005；.西安公路研究院，陕西 西安 70054）

公路混凝土箱涵技术状况评定方法探讨

徐建武1，李照奇2
（1.浙江省交通工程建设集团，浙江 杭州 310051；2.西安公路研究院，陕西 西安 710054）

在应用现行的公路桥涵技术状况评定规范对混凝土箱涵结构进行技术状况评定时，存在结构类型划分模糊、评定依据不全面和客观性不足等问题。为克服上述弊端，借鉴《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）（以下简称《评定标准》）的评定思路和构件评定细则，结合箱涵的结构特点进行层次划分和权重设置，采用缺陷扣分法、分层综合评定法，在现有规范体系下对箱涵的技术状况评定做进一步细化。缺陷扣分法把箱涵作为一个整体考虑，按照单项缺陷扣分的方式，引入《评定标准》的量化评定指标，根据桥梁检测的实际病害缺陷，实现对箱涵技术状况的简易快速评定；分层综合评定法是将箱涵按“构件层”、“部位层”、“结构”进行层次划分，然后参照《评定标准》的计算方法开展涵洞结构的技术状况评估。经实际工程应用，缺陷扣分法评估简易、快速，评估精度基本满足要求，而分层综合评定法虽然计算及评定过程稍显复杂，但由于其理论依据充分，因此评定结果也更加客观、准确。

桥梁；箱涵；技术状况评估；缺陷扣分法；分层综合评定法

0　引言

表1《公路桥涵养护规范》（JTG H11—2004）中的桥涵技术状况评定方法

评定方法综合评定法重要部件最差缺损评估法标准对照法原则根据缺损程度(大小、多少或轻重)、缺损对结构使用功能的影响程度(无、小、大)和缺损发展变化状况(趋向稳定、发展缓慢、发展较快)等3方面，以累加评分方法对各部件缺损状况做出等级评定根据重要部件（上部结构主要承重部件、墩台及基础等）的缺损情况进行评估对照规范的桥梁技术状况评定标准，结合定期检查，评定桥梁等级特点部件权重可根据实情调整，但应经过批准认可；影响结构安全性的权重不宜减小突出安全因素的影响，但不反映桥梁的整体技术状况以定性评估为主，不能给出定量损伤程度；评定结果易受评定者自身素质影响

作为行业标准，《养护规范》在指导我国公路桥涵养护管理工作中发挥了很大的作用。但在应用过程中，上述桥涵技术状况评定方法均存在一定的缺陷和不足，突出表现在：评定的主观性过强，对评定人员的技术要求较高，易造成评定结果的偏差比较大，某些情况下难以真正、完整地反映结构的实际状态[2-3]。加之近年来公路建设发展迅猛，为适应新形势，根据公路工程标准规范体系的要求，交通运输部将《养护规范》中的桥梁评定内容扩充编写为《公路桥梁技术状况评定标准》[4]（JTG/T H21—2011），以下简称《评定标准》），单独成册。《评定标准》规定对桥梁的技术状况评定按分层综合评定法和5类桥单控指标法这两种方法进行（如表2所示），其中分层综合评定法较《养护规范》的综合评定法更优化、合理，如上部结构部件按桥型分类并加以细化，更具可操作性和实施性，因此其评定结果准确性更高，更接近于桥梁实际状况[5-7]。

表2《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）中的桥梁技术状况评定方法

评定方法分层综合评定法5类桥单控指标法原则桥梁上部结构各构件技术状况桥梁下部结构各构件技术状况桥梁下部结构各部件技术状况桥梁上部结构各部件技术状况桥梁上部结构技术状况桥梁下部结构技术状况桥面系各部件技术状况桥面系技术状况桥面系各构件技术状况桥梁总体技术状况符合本部分规定的任一情况时，即将整座桥技术状况评定为5类特点较《养护规范》的综合评定法更优化、合理，评定结果准确性高；上部结构部件按桥型分类并加以细化，更具有可操作性和实施性保证公路桥梁结构的安全运营

在现行规范体系内，《养护规范》（JTG H11— 2004）属于行业标准，《评定标准》（JTG/T H21-2011）属于行业推荐性标准，因此，在现阶段日常桥梁评定工作中，可根据项目实际情况及委托单位要求，对于两本规范任选其一[8]。

因高速公路两侧交通及排水需要，钢筋混凝土整体埋置式箱涵被大量使用，由于建设质量、荷载及其他原因，部分箱涵结构出现了严重的病害[9]。在进行技术状况评估时，由于《养护规范》对涵洞结构关注较少，《评定标准》主要针对桥梁而不涉及涵洞结构，因此目前尚无更为细化、具体的涵洞评定标准，实际工程检测中评定箱涵结构技术状况时，存在以下问题：

①公路混凝土箱式通道（箱涵）从跨径上划分属于涵洞（跨径小于5m），但其主要是作为通道使用，与排水涵洞的基本功能完全不同，因此套用《养护规范》中的涵洞检查评定办法在一定程度上并不适合；

②采用《养护规范》推荐的考虑各部件权重的综合评定法时，箱涵作为一个整体构件，对部件划分没有做规定，操作性不强，评定结果偏差大；采用标准对照法（《养护规范》的表3.5.2-3）评定时，主要以目测结果为依据，要求检测工程师经验丰富，否则评定结果主观性很大，且该方法基本忽略客观试验检测结论（如一般桥梁检测涉及的强度、碳化深度、保护层厚度、氯离子含量等检测项目），其评定依据不够全面；

③如果借鉴《评定标准》的规定进行评定，由于箱涵结构的整体性特点，仍然存在构件、部件如何划分的问题，并导致无法采用分层综合评定法评定。

十八大以来，习近平总书记在多个场合强调科技创新的重要性，曾在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上强调：“要在我国发展新的历史起点上，把科技创新摆在更加重要的位置，吹响建设世界科技强国的号角。”还多次提到要掌握核心技术，并指出核心技术受制于人是最大的隐患，而核心技术靠化缘是要不来的，只有自力更生。

因此，客观上而言，目前公路混凝土箱涵的评定方式和方法存在一定的不合理之处，亟需在既有桥涵结构技术状况评价体系之内为箱涵结构的技术状况评估寻求一种新的更为科学的方法，对规范和标准进行补充完善，为公路基础设施的养护管理提供更加科学、合理的依据。

1　混凝土箱涵评估建议方法

1.1缺陷扣分法

由于箱涵构件少，只有一个主要构件，把箱涵作为一个整体考虑，按照单项缺陷扣分的方式，引入《评定标准》中相关的一些量化评定指标及标准，如混凝土蜂窝、麻面、剥落、空洞面积或比例，保护层厚度，锈蚀（钢筋自然电位、混凝土电阻率）等，根据实际病害缺陷及试验检测结果，结合《评定标准》的构件技术状况评分规定，可实现箱涵技术状况评定的简易、快速评定。建议箱涵技术状况评分按式（1）计算：

式中：Dr为箱涵技术状况评分；DPi为第i类缺陷（病害）的扣分值，根据构件各种检测指标的最高标度类别和实际标度确定，具体参照《评定标准》中表4.1.1和第5章、第9章、第10章的构件技术状况评定内容执行；ηi为第i类缺陷（病害）的扣分权重，考虑不同病害对结构安全、耐久性的影响程度，分别对各病害类型赋予相应扣分权重，理论上此权重参数需通过大量工程样本分析后得出，本文根据笔者经验给出相应的建议值，具体见表3。

表3　箱涵构件主要缺陷（病害）及扣分权重建议

1.2分层综合评定法

参照《评定标准》的分层综合评定法开展涵洞结构的技术状况评估。箱涵不存在类似桥梁的下部结构，但是同样存在冲刷、淤积等病害，因此箱涵的评定仍需考虑基础部位的技术状况。由于箱涵结构较桥梁结构简单，因此拟定评定层次为3层，即构件层、部位层、结构，省略《评定标准》中的部件层：先分别对箱涵各构件进行评定，再对结构、基础和路面3个部位分别评定，最后进行箱涵结构总体技术状况评定。《评定标准》中，部件层所规定的主、次要部件划分及其评定标度划分，在箱涵评定中均由部位层执行。评定指标层次如图1所示，具体评分按式（2）~式（4）计算。

图1　箱涵结构技术状况评定指标

式中：当x=1时，U1=DP1，当x≥2时，（其中，j=x，x取2，3，…，k），当k≥2时，Ux计算公式中的扣分值DPj按从大到小顺序排列；PMCIl为箱涵第l构件的得分，当存在多个构件时取平均值，即PMCIl=；U、x、y为引入的中间变量；DPj为第j类缺陷/病害的扣分值，同式（1）中的定义。

式中：SPCI为箱涵部位层的技术状况评分；wi为某构件的权重系数，详见表4；m为结构（基础或路面）的构件个数。

式中：Dr为箱涵总体技术状况评分；Wi为结构（基础或路面）的权重系数，详见表4。

表4　箱涵构件划分及权重建议

2　箱涵的裂缝缺陷评定标准及整体技术状况分类界限

箱涵的构件较桥梁结构的构件少很多，其相应的缺陷及病害形式也较为集中，评分时仅需部分引用《评定标准》第5~10章的构件状况评定的内容。其中，顶、侧板裂缝是混凝土箱涵最主要的病害，且从涵洞内壁观测，一般情况下底板裂缝是不易观测到的。各构件层中不同方向的裂缝（如顶板纵向裂缝和横向裂缝）的成因、对结构安全和耐久性的影响程度均有所区别，因此箱涵的裂缝评定应与《评定标准》中的表5.1.1-11、表5.1.1-12“梁桥的裂缝评定标准”有所区别，建议的裂缝评定标准如表5、表6所示。

表5　建议的箱涵裂缝评定标准

表6　建议的箱涵裂缝宽度限值

箱涵的技术状况等级划分同《评定标准》的规定，如表7所示。

表7　箱涵技术状况分类界限

3　箱涵结构技术状况评估方法的应用

以华东地区某高速公路桥涵定期检测报告[10]为例，检验箱涵技术状况评定方法。背景工程中某高速公路箱式通道，跨越地方机耕路，为1跨3m钢筋混凝土箱式结构。原箱涵左幅长18.83m，右幅长18.78m，总长37.61m，后对高速公路进行拓宽，左侧加长11.01m，右侧加长11.09m。拓宽部分结构型式与原结构相同。箱涵与下方道路夹角为55°，净高2.2m。原箱涵净跨径为3m，设计高度为2.3m，箱涵顶板、底板厚29cm，侧墙厚27cm。拓宽箱涵净跨径为3m，设计高度为2.3m，箱涵顶板、底板厚34cm，侧墙厚32cm。原箱涵和拓宽箱涵间未设置连接。经检查，该箱涵出现的病害问题如表8所示。

表8　背景工程箱涵的主要病害

分别按分层综合评定法和缺陷扣分法对该箱涵进行技术状况评定，并与原评定结果对比，如表9所示。

表9评定结果

从评分与评定等级来看，本文建议方法与原评定方法的结果区别主要在原箱涵的评定等级上。原方法采用的是对照《养护规范》中的表3.5.2-3进行评定，结论为二类结构物，但该表以目测项目为主，未充分考虑试验检测结论，如原箱涵的右幅顶板和侧墙保护层厚度不足，但“标准表3.5.2-3”忽略了此部分内容，因此评定等级过高。

使用过程中发现，缺陷扣分法评估简易、快速，结果精度基本满足要求，但其主要病害的扣分权重仍值得商榷，需要通过大量工程案例来验证和调整；分层综合评定法考虑因素细致、全面，理论依据充分，结果客观准确，但计算及评定过程稍显复杂。

4　结语

通过分析总结现行桥涵技术状况评估体系，发现公路混凝土箱涵技术状况评估存在的问题，通过研究提出两种新的箱涵技术状况评估方法：缺陷扣分法和分层综合评定法。经实际工程的验证，这两种新方法能避免原有评估体系中对箱涵结构类型划分模糊、评定依据不全面和主观性过强等弊端，评定结论客观、准确，能满足工程应用的需要。其中，分层综合评定法相对于缺陷扣分法，理论依据更为充分，因素考虑更为全面细致。但这两种方法中各类构件或病害的权重仍需通过大量工程案例加以验证。

[1]陕西省公路局，长安大学.JTG H11—2004公路桥涵养护规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

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[3]任晓辉，裴育.桥梁技术状况评定方法分析与比较[J].四川建筑科学研究，2014，40（4）：131-135.

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[5]宋永焕，韩帅，袁浩，等.基于《公路桥涵养护规范》与《公路桥梁技术状况评定标准》的桥梁技术状况评定结果对比分析[J].交通标准化，2012（2）：33-35，37.

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[7]耿超.浅析新老规范桥梁技术状况评定方法[J].公路交通科技：应用技术版，2012（7）：293-294，310.

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[9]王伟广.沿海地区高速公路涵洞病害成因及防治对策[J].黑龙江交通科技，2011（6）：169-170.

[10]西安公路研究院.浙江沪杭甬高速公路2012年嘉兴段桥梁检测报告[R].西安：西安公路研究院，2012.

Technical Condition Evaluation Methods of
Highway Concrete Culverts

XU Jian-wu1,LI Zhao-qi2
(1.Zhejiang Transportation Engineering Construction Group,Hangzhou 310051,China; 2.Xi′an Highway Institute,Xi′an 710054,China)

Some problems,such as fuzzy structure types,incomprehensive evaluation regulation and lack of objectivity,were existed in practical application of technical condition evaluation of concrete cul⁃verts according with current standards.To overcome the above drawbacks,hierarchical division of struc⁃tures and weight coefficient setting were put forward according to the ideas and detailed rules of compo⁃nent evaluation in"Standards for Technical Condition Evaluation of Highway Bridges",which was here⁃inafter referred to as"Evaluation Standards".Therefore,Defection Subtraction Method(DSM)and Layer⁃wise Summation Method(LSM)were used to refine the technical condition evaluation of culverts in exist⁃ing systems.According to DSM,a box culvert was considered as a whole structure and quantifying delib⁃erated index of"Evaluation Standards"was introduced to deduct points for defects detected,then rapid and easy technical condition evaluation of box culverts was achieved.While,according to LSM,a box culvert was subdivided into three layers—component layer,part layer and structure layer,then conditionevaluation of box culverts was developed referring to calculation methods of"Evaluation Standards". DSM is readily used for calculation and its degree of accuracy meet the basic requirement.While the cal⁃culation and evaluation process are more complicated,the evaluation of LSM is more objective and accu⁃rate for its sufficient theoretical basis.

bridge;box culvert;technical condition evaluation;defection subtraction method;layer⁃wise summation method

U449.82

A

2095-9931（2015）02-0076-05

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.02.014

2014-11-20

浙江省交通运输厅科技计划项目（2014H23）

徐建武（1986—），男，江苏如东人，工程师，主要从事公路基础设施的养护设计工作。E-mail:xjw_634@163.com。