甘肃省黄土地区涵洞常见病害分析及设计防治措施

张小鹏 张瑜

摘  要：甘肃省黄土地区涵洞病害时有发生，为减少甘肃省黄土地区涵洞病害，本文基于甘肃省多条公路、城市道路的涵洞现场调查、实际工程设计经历，对甘肃省黄土地区涵洞常见病害进行归纳和总结，分析了黄土地区涵洞常见病害，探讨了黄土地区涵洞病害形成原因，并针对黄土地区涵洞常见病害从设计角度提出了涵洞设计工作中的防治措施。对今后黄土地区涵洞的设计有积极意义。

关键词：黄土地区;涵洞;病害;设计防治措施

中图分类号：U449.7    文献标识码：A     文章编号：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

涵洞是横穿道路的小型排水构造物，是道路排水系统重要的组成部分。多年工程实践表明，黄土地区涵洞病害是道路主要病害之一，并成为养护管理部门的棘手问题。本文基于甘肃省多条公路、城市道路涵洞现场调查，对甘肃省黄土地区涵洞常见病害进行归纳和总结，进一步加深对黄土地区涵洞病害的认识，得出病害形成原因，提出新建涵洞在设计过程中针对防治措施。对减少黄土地区涵洞病害具有积极意义。

1病害类型

1.1涵侧路基沉陷，路面开裂

通过调查发现，黄土地区的既有明涵及填土高度较小的涵洞，涵侧路基几乎均发生轻度沉陷或坍塌，涵顶路面常开裂，裂缝沿涵洞轴线方向贯通。车辆通过时有涵头跳车现象。造成这一问题的主要原因是涵洞与涵侧填土刚度不同，两部位间形成沉降差，造成行车不平稳，并导致路面开裂，如图1所示。

1.2基础沉降

黄土地区因黄土湿陷性，当涵洞基底未处理充分，基础易发生沉降，造成涵节错位，进出口结构物与涵身分离，沉降缝填料脱落，地表水下渗至地基，进一步降低地基强度，加剧了涵洞基础不均匀沉降，严重时造成涵洞破坏，如图2所示。

1.3进出口水毁破坏

在黄土地区，涵洞进出口水毁破坏为主要病害之一，水毁破坏的主要原因是地表水下渗造成构造物底部湿陷脱空，及暴雨径流的冲蚀造成涵洞及附属构造物水毁破坏，特别是跨越黄土冲沟的涵洞出口处，水毁破坏更为明显。

涵洞进口处水毁主要包括汇流设施破坏及进口冲刷。涵洞进口处边沟、跌井等汇流设施因缺失、淤积、沉陷、渗漏等原因，使汇流系统局部破坏，并相继发生湿陷、边坡冲洞，甚至冲毁。涵洞进口因上游水流速度过快、洞口设置不合理、洞口堵塞淤积等因素，水流无法顺畅进入涵洞，造成涵洞进口冲刷。

涵洞出口处水毁主要包括出口破坏及出口外排水设施的缺失破坏。涵洞出口处因开裂渗漏，导致涵洞出口坍塌。涵洞出口外急流槽等排水设施未将水流平顺引排至自然沟槽底部，常在陡坡、挑坎处形成跌水，在沟槽底部产生严重冲刷，排水设施掏蚀脱空，造成排水构造物断裂，坍塌，在原排水设施位置形成冲沟，造成水土流失，并由外向内，导致涵洞坍塌，破坏，严重影响涵洞稳定性。出口水毁，如图3所示。

1.4涵洞积水

通过调查发现，因部分涵洞设置标高不合理、进出口两侧均淤积致标高增加、地基下沉、错台等因素，造成涵洞内长期积水，积水通过沉降缝等下渗造成基础下沉，涵洞开裂错位等问题。

1.5涵洞淤积堵塞

黄土地区涵洞养护管理难度大，大部分涵洞均存在淤积现象，靠近农田的涵洞常被废柴草堆积，靠近村镇的涵洞常被生活垃圾堆积堵塞，设置于黄土冲沟的涵洞常被淤积泥沙堆积堵塞。涵洞被堵塞未及时清淤，严重影响了涵洞过水能力，当下一次暴雨来临时，涵前往往积水或漫出路面，路基浸泡于水中，严重影响路基的稳定性，严重时造成路基冲毁，道路中断，影响沟渠附近人民生命财产安全。涵前淤积导致涵侧路基冲毁，如图4所示。

1.6孔径偏小

调查中发现，黄土地区涵洞因孔径偏小，在暴雨期间发生水毁破坏极多。黄土地区沟壑纵横，地形起伏较大，暴雨常常具有“历时短汇流快”的特点，涵洞孔径偏小，无法满足暴雨时汇水導致水流冲蚀路基，造成涵洞及路基水毁。

1.7倒虹吸淤积堵塞

倒虹吸是道路工程中的常用构筑物之一。当道路工程与原有灌溉水系交叉，因受规划标高限制、技术标准及工程投资制约等因素的影响，当原有灌溉沟渠高度影响道路工程建设及使用，但因灌溉需求渠道必须使用时，穿越灌溉水系方案多采用倒虹吸形式。

黄土地区的灌溉水系在穿越农田、城镇、村庄后，泥沙含量明显增大，杂草杂物、生活垃圾、动物尸体均会混入灌溉水系，在倒吸虹进口出，水系杂物往往造成不同程度淤积堵塞，经常在进口处发生漫渠及供水中断等事故，竖井内泥沙杂物淤积速度快，倒虹吸通水不畅，养护成本及难度均较大。以2013年至2018年兰州新区建设项目交叉穿越“引大入秦”工程东二干渠的倒虹吸方案为例，总计倒虹吸形式穿越东二干渠14处，其中，13处倒虹吸多次发生过漫渠及中断供水等事故。严重威胁道路设施的安全。

切实解决倒虹吸淤积、堵塞问题，降低后期维护及运行管理难度成为倒虹吸设计必不可少的考虑因素。倒虹吸竖井淤积，如图5所示。

2 防治措施

经调查分析，对黄土地区涵洞病害的设计防治措施，可以从以下方面考虑：

（1）对涵侧路基沉陷，涵洞路面开裂等病害，应慎重选择涵侧过渡段回填材料，加强过渡段底部路基处理范围，严格依据规范确保涵侧过渡段长度，必要时涵侧可设置搭板，确保涵侧过渡段的均匀性和整体性。

（2）对涵洞基础沉降等病害。当涵洞基底地质为湿陷性等级较高的黄土时，为从根本上消除或减轻因黄土湿陷性，而引发涵洞基础沉降、涵节错位等病害，设计时，应加强地基处理，扩大地基处理范围及深度，改善涵洞基底地质情况，并依据地质情况合理选用基础形式，降低基底应力。提高基础稳定性。

（3）涵洞进出口水毁病害较多的主观原因，是对于与涵洞衔接的排水设施重视程度不足，过度重视涵洞主体工程，而忽略了附属排水构造物。因此在设计过程中，首先应转变观念，正确认识黄土的工程特性，掌握对排水系统的要求，重视涵洞主体与各种排水构造物的布设与衔接。以避免因涵洞附属排水构造物损坏而导致的涵洞水毁，降低养护维修部门工作难度，减小修复工作的经济负担。第二，设计时应加强进口处排水设施，排水构造物能够保证水流与涵洞平顺连接，涵洞进口一定范围内沟槽应适当硬化铺砌，涵前纵坡较大时，设置必要的消能构造及导流设施，当排水设施基础位于松散填土、湿陷性严重的黄土等不良土时，应对排水设施基础底部一定范围内填土进行处理，避免因进口处排水构造物基础不良发生沉陷，导致进口冲毁。第三，设计时应加强出口排水设施，尤其在黄土山区，涵洞出口的排水设计成为普遍难题。出口处排水设施应能保证水流平顺的流入自然沟槽，避免产生跌水等集中水流对自然地面直接冲刷，形成冲沟，造成水土流失。同时应注意，出口排水设施本身往往也会因黄土湿陷而破坏，因此在设计时，应增加排水设施基础处理范围，保证排水设施基础稳定性，以减小沉降变形。

（4）为避免涵洞长期积水，设计涵洞时，应合理确定涵洞进出口标高、排水纵坡。

（5）对涵洞淤积堵塞等病害，设计阶段，可适当增大涵洞纵坡，必要时增设沉淀池、沉淤井等设施。

（6）对涵洞孔径偏小的问题，设计阶段，应依据暴雨流量严格计算，并集合当地村民、养护管理工作人员意见，选取适当的涵洞孔径。以满足涵洞排水需求。避免因涵洞孔径偏小发生涵洞水毁。

（7）对倒虹吸淤积病害，应明确仅依靠竖井底部沉砂池防淤，清淤难度大，无法阻止水面漂浮杂物在倒虹吸进口竖井处的淤积，防淤效果差。因此，在倒虹吸进口竖井前方沟渠位置上应设置沉砂池，使流经的泥沙在沉砂池底部沉淀下来，避免进入倒虹吸管，起到防淤作用，设计时，在竖井前方设置拦污栅，可以有效阻挡水面漂浮物。设计过程中，应研究拦污栅结构形式，拦污栅孔径等，既要避免因拦污栅强度太小破坏，又要避免拦污栅孔太小，增加不必要的水力损失。为降低倒虹吸人工清淤难度，倒虹吸竖井盖板应避免自重太大，人工无法移动，只能采用机械清淤的方式清淤的问题。设计时，倒虹吸竖井盖板应设置为单人可移动式或带铸铁井盖式盖板，方便养管工作人员及时检查及清淤。

3 结语

通过对甘肃省黄土地区涵洞常见病害进行归纳总结，分析了黄土地区涵洞常见病害形成原因，进一步加深对黄土地区涵洞病害的认识。在设计过程中，充分考虑黄土的工程特性，并提出新建涵洞在设计过程中针对防治措施。改善和预防新建涵洞在使用过程中发生病害的比例，保证涵洞使用寿命。

参考文献

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[4]蒋本华，赵永虎，米维军，等.黄土地区高等级公路涵洞病害特征及分类研究[J/OL].长江科学院院報，2017（34）：1-5.

收稿日期：2019-07-26

作者简介：张小鹏（1992—），男，甘肃渭源人，本科，助理工程师，研究方向：小桥涵的设计;张瑜（1988—），女，甘肃榆中人，本科，助理工程师，研究方向：道路的咨询与设计。