铁路小桥涵设计质量通病探析

王立波

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

针对铁路小桥涵设计质量通病进行了深入探析。铁路小桥涵的概述，包括其定义、功能和重要性。分析铁路小桥涵设计质量通病的六个方面，包括结构强度不足、地质条件考虑不足、施工可行性考虑不足等。针对每个问题，提出了相应的处理措施，以提高铁路小桥涵的设计质量和抗灾能力。强调了持续监测和维护工作的重要性，以确保铁路桥涵在运营期间的稳定性和安全性。

1 铁路小桥涵概述

铁路小桥涵是铁路交通系统中重要的桥梁和涵洞结构，用于解决铁路线路穿越河流、沟渠、道路等障碍物的问题。其设计质量直接关系到铁路线路的安全性、可靠性和经济性。

①设计标准和规范。铁路小桥涵的设计必须符合国家和行业相关的标准和规范。这些标准和规范规定了设计荷载、结构强度、抗震设计等方面的要求，确保小桥涵能够承受列车荷载和外界环境的影响。②荷载要求。铁路小桥涵需要能够承载列车运行时产生的静态和动态荷载，包括自重、永久荷载、活载和附加荷载等。设计人员需要根据具体的铁路线路特点和列车类型，合理确定荷载标准。③结构形式选择。根据实际情况，设计人员需要选择适当的结构形式，如刚构桥、活动承台桥、梁式涵洞等。结构形式的选择应考虑跨度、荷载、地质条件、施工难度等因素。④地质条件。地质条件是铁路小桥涵设计中必须考虑的重要因素。在设计前，必须进行详细的地质勘察，了解地下地质结构、地下水位、地基土质等情况。这些地质信息对小桥涵的设计和施工具有重要影响。⑤施工工艺。铁路小桥涵的施工工艺也是设计质量的重要影响因素。施工时需要考虑工艺顺序、材料选择、施工设备等方面的因素。

2 铁路小桥涵设计质量通病分析

2.1 涵洞质量及病害

①涵洞淤堵。涵洞淤堵是指在铁路小桥涵设计中，由于涵洞结构设计不合理或者维护不当，导致涵洞内的水流受阻，引起淤积现象。这可能是由于涵洞进口和出口未能合理设计，通道不畅或者清淤不及时等原因导致的。涵洞淤堵会导致铁路线路的排水不畅，增加洪水侵袭的风险，并可能对桥梁结构产生不利影响。②地基处理不足，导致涵洞不均匀沉降拉裂。在铁路小桥涵设计中，地基处理是非常关键的一环。如果地基处理不足，可能导致涵洞的地基不够稳固，承载能力不足，从而引起涵洞的不均匀沉降和拉裂。这可能是由于地基处理过程中的施工不规范、土质条件不良或者地基改良工作不彻底等原因造成的。地基不均匀沉降和拉裂会对涵洞的结构完整性造成威胁，增加维护和修复的成本，也可能对列车行驶安全产生潜在风险。③沉降缝防水层漏水。沉降缝是为了补偿涵洞沉降而设置的缝隙，用于吸收涵洞结构的沉降变形。然而，如果沉降缝的防水层存在问题，如防水层材料选择不当、施工质量不合格或者维护不及时等，就可能导致沉降缝防水层漏水。漏水问题可能会引起涵洞周围土壤的冲刷和侵蚀，进一步加剧涵洞的沉降和破坏，甚至对铁路线路的稳定性和安全性造成威胁。④出现跳车。在铁路小桥涵设计中，过渡段是连接路基和涵洞的部分，起到平稳过渡的作用。然而如果过渡段填料不严格，比如填料的质量不均匀、压实度不足或者填筑不规范等，就可能导致路基与涵洞之间产生台阶状的不平整面，从而引发列车行驶过程中的跳车事故。

2.2 结构强度不足

①材料强度不足。涵洞的结构材料，如混凝土、钢材等，如果其强度不足以承受设计荷载和外部力的作用，就会导致结构的强度不足。这可能是由于材料选择不当、材料质量不合格或者施工过程中的错误操作等原因造成的。②结构设计不合理。涵洞的结构设计应根据实际荷载条件和地质条件进行科学合理的计算和设计。如果设计过程中存在误差、缺陷或者设计参数选择不当，就会导致结构强度不足。例如，设计时未考虑到充分的安全系数、计算假设不准确或者忽略了某些重要因素等。③施工质量不良。涵洞的施工过程中如果存在质量问题，如施工工艺不规范、施工质量控制不到位或者施工操作不符合设计要求，就可能导致结构强度不足。施工质量不良可能涉及到混凝土浇筑、钢筋绑扎、焊接工艺等多个方面。④维护不及时。涵洞的结构需要定期进行检查和维护，及时修复损坏部分，以确保结构的强度和稳定性。如果维护不及时或者维护质量不过关，涵洞的结构可能会因为腐蚀、疲劳、裂缝等问题逐渐变弱，最终导致结构强度不足。

2.3 地质条件考虑不足

①地质勘察不充分。地质勘察是确定地质条件的关键步骤。如果地质勘察工作不充分或者勘察数据不准确，设计过程中就会存在地质条件的考虑不足。如未能获得地质剖面、土质分类和地下水位等必要的信息，导致设计时对地质条件的认识不全面或者错误。②地质灾害风险未评估。地质灾害风险评估是判断地质条件对涵洞安全的重要依据。如果在设计中未进行全面的地质灾害风险评估，就无法准确评估涵洞在地质灾害发生时的稳定性和安全性。如未考虑到地震、地滑、岩溶、泥石流等地质灾害的影响，使得涵洞设计无法满足相关的安全要求。③土层特性未考虑。地质条件的不足还表现为未充分考虑土层特性。不同的土层具有不同的力学性质和承载能力，对涵洞结构的影响也不同。如果在设计过程中未考虑土层的特性，如土质的强度、压缩性、渗透性等，就无法准确评估涵洞的稳定性和承载能力。④地下水处理不当。地下水是地质条件中的重要因素之一。如果地下水处理不当，例如未进行适当的排水设计、抗渗处理或者未考虑地下水位的波动等，就可能导致涵洞周围土层的软化、沉降以及涵洞结构的损坏。

2.4 施工可行性考虑不足

①施工工艺不合理。设计过程中未充分考虑到实际施工工艺的要求和限制。如未考虑到现场的空间限制、交通通行的影响以及施工设备和机械的可行性等因素，导致设计方案在实际施工中难以执行或存在困难。②材料供应问题。设计未考虑到材料供应的可行性，如运输、储存和供应等方面的因素。这可能导致在实际施工中材料供应不及时、不稳定或者无法满足施工进度和质量要求。③施工条件限制未考虑。设计过程中未充分考虑到现场的施工条件限制，如地形地貌、地质条件、气候环境等。这可能导致施工过程中的困难和风险增加，例如在复杂地质条件下的基坑开挖、在恶劣气候条件下的混凝土浇筑等。④施工时间和成本未合理评估。设计中未对施工时间和成本进行充分评估，导致实际施工中的时间延误和成本超支。这可能是由于未考虑到施工过程中的不可预见因素、工期安排的合理性或者未进行全面的施工风险评估等原因造成的。

2.5 维护保养考虑不足

设计阶段忽视维护保养的需求是设计质量问题的一个常见表现。小桥涵需要经常进行维护保养，以确保其结构和功能的长期可靠性。但是设计人员可能未能充分考虑维护保养的需求，导致小桥涵在使用过程中难以进行有效的维护，可能引发结构老化、损坏或功能障碍。

3 铁路小桥涵设计质量通病处理措施

3.1 涵洞质量及病害处理措施

①涵洞淤堵处理。及时清理和疏通涵洞内的淤堵物，可以采取机械清淤、高压水冲洗等方式，保持涵洞内水流的畅通，防止涵洞因淤堵导致的积水和水压问题。②地基处理加强。通过采取加固地基的措施，如灌浆、加固地基土层、加设地基排水系统等，提高涵洞地基的承载能力和稳定性，防止涵洞因地基处理不足而发生不均匀沉降和拉裂问题。③沉降缝防水层修复。对于沉降缝防水层漏水问题，需要进行修复和加固。可以采用修复防水层、更换防水材料、加固钢筋等措施，确保沉降缝防水层的完整性和防水效果。④跳车问题处理。解决因过渡段填料不严格导致的跳车问题，需要进行填料的重新调整和修复工作。通过加固填料、提高填筑质量、保证过渡段的平整度和坡度等，消除路基与涵洞之间的台阶，确保列车平稳通过。

3.2 结构强度不足的处理措施

①充分结构分析和评估。设计人员应进行充分的结构分析和评估，准确估计结构受力情况，并根据相关标准规范进行结构验算。通过使用适当的计算方法和工具，设计人员可以评估结构的承载能力，并根据需要进行合理调整。②合理选择结构形式和材料。根据结构受力特点和实际情况，设计人员应合理选择适当的结构形式和材料。结构形式的选择应考虑荷载特点、地质条件等因素，而材料的选择应基于强度、耐久性和可行性等方面的考虑。③抗震设计。在地震区域，设计人员应根据地震特点和相关标准规范，合理选择抗震设计参数和方法。通过考虑地震荷载和结构抗震能力的匹配，可以提高结构的抗震性能，减轻地震对结构的破坏。

3.3 地质条件考虑不足的处理措施

①进行详细的地质勘察工作。设计人员应组织详细的地质勘察工作，包括地层结构、地下水位、地基稳定性等方面的调查。通过采集地质勘察数据，可以更好地了解地质条件，并为设计提供准确的基础数据。②与地质勘察团队密切合作。设计人员应与地质勘察团队密切合作，充分沟通和交流。设计人员应向勘察团队提供设计需求，确保勘察工作能够针对设计需要进行，而勘察团队则应将勘察结果准确传达给设计人员，包括地质条件的特点、潜在问题等信息。③合理选择结构形式和地质处理措施。根据地质条件的特点，设计人员应合理选择适当的结构形式和采取相应的地质处理措施。如在软弱地基条件下，可以采取加固措施，如地基加固、使用灌注桩等，以提高结构的稳定性。针对特殊地质条件，还可以采用特殊的结构形式和技术措施，如挡土墙、防护板等，来应对地质问题。④进行必要的数值分析和模拟研究。设计人员可以利用数值分析和模拟研究工具，对地质条件进行进一步的分析和评估。通过模拟不同地质条件下的荷载和力学响应，可以更好地理解结构与地质之间的相互作用，并预测潜在的问题和风险。

3.4 施工可行性考虑不足的处理措施

①施工方法和工序。设计人员应与施工单位密切合作，充分了解施工方法和工序，并考虑这些因素对设计的影响。如结构形式、模板支撑、混凝土浇筑、设备进出等方面的施工可行性都需要被充分考虑和纳入设计中。②施工材料和设备。设计人员应充分了解施工阶段需要使用的材料和设备，并将其纳入设计中。合理选择施工材料和设备，确保其质量和适用性，以满足施工的可行性和质量要求。

③施工空间和交通保障。设计人员应考虑施工空间的限制和要求，包括施工设备进出的通道、材料堆放区域等。还需考虑施工期间对现有铁路运输的影响，确保施工过程中的交通保障措施。④安全施工。设计人员应充分考虑施工过程中的安全因素，包括施工人员的安全、材料和设备的安全使用等。设计中应考虑施工过程中的安全措施和防护措施，以确保施工的可行性和安全性。

3.5 维护保养考虑不足的处理措施

①制定维护保养计划。设计人员应在设计阶段制定维护保养计划，明确维护保养的周期和内容。这包括定期巡查、维护和保养的具体工作内容、使用的材料和设备等。通过制定维护保养计划，可以确保结构在运营期间得到及时的维护和保养，延长其使用寿命。②考虑易损部位和潜在问题。设计人员应对铁路小桥涵的易损部位和潜在问题进行充分的考虑。这包括结构的关键部位、耐久性差的材料、易受腐蚀和磨损的部位等。针对这些部位，设计人员应采取相应的保护措施，如增加涂层厚度、加强防水层、使用耐腐蚀材料等，以延缓损坏和减少维修频率。③建立健全的维护管理体系。设计人员应建立健全的维护管理体系，包括建立维护档案、定期维护记录和维护管理责任制等。通过建立维护管理体系，可以实现对维护工作的全面管理和监督，确保维护工作的及时性和有效性。④定期检测和评估。设计人员应建立定期检测和评估的机制，对铁路小桥涵的结构状况进行定期监测和评估。通过使用现代化的检测技术和工具，如无损检测技术、结构监测传感器等，可以及时发现结构的损伤和变形，并进行相应的维护和修复。通过以上处理措施，设计人员能够充分考虑维护保养的重要性，并制定相应的维护保养计划，加强对易损部位和潜在问题的关注，建立健全的维护管理体系，并定期检测和评估结构的状况。

4 结束语

铁路小桥涵设计质量通病的分析和处理对于确保铁路交通的安全运行具有重要意义。上述对结构强度不足、地质条件考虑不足、施工可行性考虑不足等六个方面进行了详细的阐述，并提出了相应的处理措施合理的设计和施工，加强维护和保养工作，可以提高铁路小桥涵的设计质量和抗灾能力，其在运营期间的稳定性和安全性。设计人员和工程师在实践中应深入理解和应用这些处理措施，不断提升设计水平，为铁路交通的可持续发展作出贡献。