高速公路涵洞安全性评估方法与应用研究

梁炳新，谢卓利

（重庆交通大学 河海学院，重庆 400074）

1 概述

涵洞作为高速公路横跨沟谷、河流、人工水渠以及排除路基内测边沟水流的构造物，是高速公路的重要组成部分之一，与高速公路的安全稳定密相关[1]。因此对高速公路涵洞进行安全性评估是确保公路安全稳定的重要一环。近年来，冯忠居[2]等采用现场加数值分析研究了高填方涵洞地基承载力与稳定性；宋丁豹[3]等使用模型试验研究高填方减载式刚性涵洞受力特性；陈宝国[4]等研究软土地基上高填方刚性涵洞地基承载力。根据现有的涵洞安全性评级方法可分为定性分析法与定量分析法。但在涵洞安全性评估方面均以定性分析为主，定量分析未曾涉及，文章结合2017 年3 月份重庆市长涪路涵洞检查资料[5]，详细研究影响涵洞安全各种因素，提出一套简单的量化涵洞安全性评估方法，目的是通过安全评估工作，掌握当前涵洞安全状况，分析其病害原因，及时地为涵洞病害处治及后续养护提供有效的建议。

2 高速公路涵洞安全性评估方法的建立

2.1 涵洞安全性等级划分

为了降低评估人员因主观臆测判断带来评价结果的偏差，现通过量化涵洞安全性各因素的方法进行评价，涵洞安全性划分若干等级。对于评价的涵洞，都仅有一个等级与之对应。笔者借鉴《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）[6]将涵洞安全性等级划分为五个，分别表示为：I、II、III、IV、V，与之对应好、较好、较差、差、危险五个等级。具体的分类及分界点取值详细，见表1。其中，分界点取值是通过上述方法计算长涪路87 座涵洞安全性评估分析得到。

表1 高速公路涵洞安全性分类指标

2.2 涵洞安全评估方法

本方法参考文献[7]在于简化其计算过程，使计算更简单方便，并定量地分析涵洞安全性。该方法考虑不同因素对涵洞安全性的影响，并根据影响涵洞安全性因素的大小对其赋予不同的权重，将定性问题转化成定量问题。通过计算公式量化出各涵洞最终的安全分数SS（Safety Score，下同），确定涵洞安全性等级的划分，以便达到按轻重缓急、优先处理安全性较差涵洞的决策要求。

2.3 涵洞安全评估指标

为了更好地阐述如何计算涵洞总分数TS以及涵洞安全性分数SS的值，根据相关规范将影响涵洞安全状况因素用英文字母表示出来。现将各个影响因素赋予字母如下：A 为涵洞渗水及泛碱情况；B 为涵底泥淤积及积水情况；C 为洞口附近回填土情况；D 为进出水口堵塞及排水情况；E 涵洞破损情况。

（1）高速公路涵洞安全性采用安全分数SS来表示。

（2）高速公路涵洞安全性评估包括总分数Ts（Total Score）和结构形式修正系数F（Structural correction factor）两个部分，涵洞安全分数SS简单的表示为：

式中：A、B、C、D、E 各字母与设定含义同，TS为总分数；F 为结构形式修正系数，是根据涵洞结构形式安全性确定。在本次检查涵洞中，根据涵洞结构的优缺点综合考虑，以石拱涵洞安全性最差，钢筋混凝土板+石拱涵洞次之，钢筋混凝土板（管）涵洞再次之。以此为顺序，根据总分数TS的最大值（100 分）人为设定，每个结构形式安全性设定差距为0.001 具体的F 取值按表2 进行。

总分数TS与结构形式修正系数相乘即可得到涵洞安全分数SS。SS分数越高，表示边坡风险性越大；SS分数越低，边坡风险性越小。

2.4 涵洞安全性影响因素

在新建的安全评价体系中，列举了包括：涵洞渗水泛碱情况、涵底泥淤积及积水情况、洞口附近回填土情况、进出水口堵塞及排水情况、涵洞破损情况等5 个影响因素，各因素得分分为严重、中度、轻微、无明显病灾四个级别。为计算方便，各因素得分借鉴文献[7]给予赋值，假设将各因素对涵洞稳定性的影响均等，均是以严重、中度、轻微、无明显病灾四个级别来划分，将每个等级间5 分为差距均匀赋值。以涵洞积水及破损情况为例，涵洞严重积水、严重破损并可能引起变形为最大，赋予20 分；中度积水、中度破损为次之，赋予10 分；少量或为积水、轻微破损，赋予5 分；未积水、未破损，赋予0 分。以涵洞渗水泛碱情况为例，见表3，其他各因素均类似。

3 重庆长涪路高速公路涵洞安全风险评估实例

3.1 项目概况

在2017 年检查重庆市渝涪高速公路的长涪路段涵洞共计87 座，其中石拱涵洞44 座，占总数的 50.57%；钢筋混凝土板涵洞38 座，占总数的 43.68%；钢筋混凝土管涵洞2 座，占总数的2.30%；钢筋混凝土板+石拱涵洞3座，占总数的3.45%。

为及时调查涵洞出现的病害，分析病害原因，并提供可靠的决策依据，受重庆渝涪高速公路有限公司的委托，于 2017 年 1 月～2017 年 3 月对渝涪高速（长涪路）范围内的87 座涵洞进行定期检查。通过收集涵洞相关资料和现场踏勘调查，对全线87 座涵洞进行风险检查及技术评价，并提出相应的安全防控措施与治理工程建议，为下一步涵洞日常养护、病害整治及加固提供依据。

3.2 主要病害

表2 结构形式修正系数取值

表3 涵洞渗水泛碱取分标准

表4 K5+471 涵洞具体检查详情

本次安全风险检查结果显示，沿线路堑涵洞大部分情况良好，未发现大的变形破坏情况，涵洞整体稳定性状况较好，但局部或既有防护支护工程存在一些病害或缺损，主要病害有：

（1）进出水口淤泥阻水或杂物堆积。

（2）涵洞底面淤泥、杂物堆积或铺砌破损。

（3）涵洞身两侧开裂或渗水泛碱。

（4）涵洞顶部局部渗水、泛碱或破损露出钢筋与存在掉块现象。

（5）洞附近填土进、出口翼墙开裂。

3.3 安全性评估结果与维护建议

以编号为K5+471 涵洞作为代表，具体检查详情见表3。基于表3，计算可得Ts=50；根据资料知，K5+471 涵洞为石拱涵洞，则 F=0.01；由此，Ss=F×Ts=0.01×50=0.5，根据表2 涵洞安全性等级分类指标，评定为III 级，即较差。

全线各涵洞算法与其一致。通过对长涪路高速公路87 处涵洞现场踏勘，根据检查项目认真观测并录入数据，经过室内资料整理，计算总分数TS和涵洞安全分数SS，最终实现对这87 处涵洞进行安全性评价，结果见图1。

图1 重庆长涪路高速公路涵洞安全性评估结果

评估结果见图1，长涪路涵洞共87 座，技术状况为I类的31 座，占总数35.63%；技术状况为II 类的44 座，占总数的 50.58%；技术状况为III 类的11 座，占总数的12.64%；1 座涵洞已被人工封闭，不参与评定，占总数的1.15%。未发现IV 类、V 类涵洞。该结果与实际评价结果评价为I 类涵洞少2 座，评价为II 类涵洞多2 座，该方法对于长涪路高速公路涵洞安全性评估准确率达到97.70%。

4 结论

（1）提出一套简单的量化高速公路涵洞安全评估方法，将定性分析问题转变为定量分析。

（2）在长涪路的87 座涵洞安全性评估中，准确率达到97.70%。对于病害情况较差为III 类涵洞共11 座，其灾害可分为两类。第一类：结构破损。此类涵洞需要采取勾缝、表面抹浆或喷浆等措施进行加固。第二类：涵洞受阻。如杂物、淤泥、洞口石块堆积等导致排水不畅，此类涵洞当及时清理涵洞底部淤泥，清理涵洞内堆积的柴火、垃圾以及涵洞进出口石块。