某沿海高速公路涵洞病害成因及处理措施浅析.docx
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某沿海高速公路涵洞病害成因及处理措施浅析
某沿海高速公路涵洞病害成因及处理措施浅析
2008年第12期西部探矿工程181
?
隧道工程?
某沿海高速公路涵洞病害成因及处理措施浅析
张晔芝,赵博
（中南大学土木建筑学院,湖南长沙）
摘要:
针对高速公路既有涵洞产生的病害,分析病害成因,并根据涵洞的结构特点提出了合适的处
理措施.
关键词:
涵洞;病害原因;处理措施
中图分类号:
U457文献标识码:
B文章编号:
10O4—5716（2008）12—0181一O5
l概述
涵洞在公路工程中占较大比例,是公路工程的重要
组成部分,主要表现在工程数量和工程造价上.据有关
资料介绍:
涵洞工程数量约占桥涵总数的60～70,
平原地区,每公里约有1～3座;山岭重丘区,每公里平
均约有4～6座.涵洞工程造价约占到桥涵总额的
4O左右.
随着国民经济的飞速发展,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.对广东某沿海高速公路上三百多座
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）涵身混凝土外观较差;（5）涵身混凝土
结构裂缝.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,并针对性的提出了病害的处理
措施.
2病害特征和成因分析’
2.1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
1.6m,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）由于本段高速公路地处华南,属于压热带气候,
降雨量较多,又地处沿海,夏季多见台风等强对流天气,
雨水将高速公路两侧山体冲刷,将泥沙等淤积物冲人洞
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.
2.2洞口翼墙病害
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0.15mm,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o.
2mm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.
2.3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.个别涵洞由于施工接缝过
宽,且缝内无防水材料从而产生空洞,可见路基填土.
病害原因系本身施工质量不良或涵洞部分节段的地基
182西部探矿工程2008年第12期
较薄弱,导致各节段问不均匀沉降,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.
（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.这种渗水现象在路基边坡范
围内的涵台身尤为明显.对于混凝土涵台结构,渗水将
加剧混凝土的风化,影响结构的耐久性.对于浆砌片石
涵台结构,长期渗水将会使砌体砂浆的强度和粘结力降
低,从而影响了涵台身的整体性.
2.4涵身混凝土外观较差
约有2O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.
由于钢筋锈蚀程度不大,并且按《桥规JTGD62》
的有关公式计算,钢筋锈蚀短期内对结构的承载力没有
影响,但是对涵洞结构的耐久性影响较大,表层混凝土
剥落会导致内部钢筋锈蚀,继而引起钢筋混凝土更大面
积的锈蚀开裂,长期作用会导致截面刚度降低,钢筋有
效直径减小,对承载力将造成影响.
2.5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（本文中所指纵向和横
向均指结构物方向,以下同）.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0.2mm,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1.6mm,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2.1mm.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.横向开裂后,裂缝截面的刚度明显降
低,通过计算比较,横向开裂对荷载的横桥向分配（或整
体受力性能）的影响比较大,但对结构承载能力的影响
较小,而且需结合纵向开裂情况,对结构的实际承载能
力进行综合评价.
（3）盖板涵涵台身开裂.这类裂缝分为竖向,水平
两种:
①竖向裂缝集中出现在盖板涵非施工接缝的位
置.有些仅是在台身中部出现短细的断续裂缝,主要是
温度影响和混凝土收缩引起的表面裂缝,对结构受力影
响不大;而有些是沿着涵台身通长分布,裂缝宽度上下
不一致,主要是由于局部基础出现了不均匀沉降引起.
②涵台水平开裂,一般在一个或几个施工节段内贯通.
主要是由于施工时涵身分两次浇筑,新旧混凝土在分界
面处胶接不良,出现施工缝,加之重载冲击作用,导致台
身水平开裂;对于砌石涵台,由于勾缝处砂浆脱落,导致
沿勾缝位置水平开裂.
不论何种原因产生的裂缝,都会对混凝土结构的耐
久性造成影响.钢筋混凝土结构的裂缝与钢筋的腐蚀
相互作用.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.所以应对混
凝土的裂缝加以重视,尤其是宽度在0.2mm以上的裂
缝.
2.6其他病害
检查发现,部分涵洞洞口附近路基填土边坡存在冲
刷,滑坡等现象,产生此类病害的原因主要是由于雨水
冲刷;多数涵洞顶路面存在不同程度的开裂,有个别涵
洞顶路面存在下沉现象.对于暗涵来说此类病害系由
于路基的不均匀沉降所致,对于明涵来说系由于台背填
土不密实所致.
3病害处理措施
3.1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
2008年第12期西部探矿工程183
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.
3.2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.
3.3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.
3.4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≤O.2mm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>O.2mm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,具体步骤如图1所示.
3.5其他病害处理
一
目*～～
一
图一国一国一一圉一
图1裂缝处理流程
对涵洞口附近冲刷破损的边坡及时进行加固处理,
可以采用加铺土工隔栅并新植草等;用沥青修补涵顶路
的面裂缝,并增设路基沉降观测点.
4工程实例
4.1工程概况
该高速公路上某钢筋混凝土盖板涵,设计涵高为
4.Om,跨径为4.5m,C25级现浇钢筋混凝土盖板,C25
级现浇钢筋混凝土台身,C25级钢筋混凝土扩大基础,
涵长为46.26m（~]/结构见图2）.涵洞与路面正交,
涵顶最大填土高度为2.1m.设计荷载为汽车一超2O
级,挂车一120级,设计时速为120km/h.
通过检测发现该涵洞存在的主要病害为:
①涵台普
遍存在竖向裂缝,有个别横向裂缝,除左幅洞口处0#
涵台有一竖向通长（L一2.65m）裂缝宽度为0.24mm以
外,大部分裂缝宽度都在0.2mm以内;②翼墙竖向横
向开裂,且裂缝宽度超过0.2mm.具体病害位置如图3
所示,裂缝值见表1.
表1盖板涵涵台及翼墙裂缝值
1
2
9
1O
11
12
o.18
O.2
o.08
o.12
o.1
o.1
O.1
o.12
o.09
o.1
o.1
O.O9
O.1
o.16
o.12
o.18
o.15
o.15
o.1
o.1
o.08
o.12
o.15
O.18
o.1
o.12
o.18
o.24
o.18
o.14
o.15
o.12
o.19
o.1
o.1
O.1
45
46
47
O.13
O.1
O.1
O.O8
o.07
o.12
o.1
o.18
O.22
o.33
O.25
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184西部探矿工程2008年第12期
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涵身断面图
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图2涵身结构图
涵身平面图单位:
（c
;』I（if\ll262翼墙\
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//7,\,3,～1L——一424f32l翼墙\—～/墙左幅1#涵台右幅
图3盖板涵涵台及翼墙裂缝示意图
4.2病害成因分析
（1）涵台裂缝分析:
竖向裂缝大部分发生在涵台的
中上部,且为断续裂缝,宽度较小,主要原因是由于台身
混凝土干缩及温差引起,0涵台靠近左幅洞口处的通
长裂缝,特征为下宽上窄,主要原因是软基地带的地基
沉降;,
（2）翼墙裂缝分析:
从裂缝特征看,横向裂缝上下面
稍有错动,主要原因是由于路面冲击荷载作用下,台背
填土松动,滑移,对翼墙产生的切向力所致.
4.3病害处理措施
对于涵台裂缝,宽度在0.2ram以下的裂缝进行表
面封闭即可,而对于宽度大于0.2mm的裂缝,先进行
表面处理,然后用环氧树脂浆液进行注浆处理.
对于翼墙裂缝,先进行表面处理,然后用环氧树脂
浆液进行注浆处理,并在翼墙下部加砌挡土墙,以防止
5m
D
5
D
5
裂缝的进一步发展.
5结论
针对高速公路既有涵洞的一些病害进行分析,找出
产生病害的原因,提出加固处理的具体办法,实践证明
此修补措施是行之有效的.这对以后可能的加固工作
具有重要的现实意义,对我国大量既有涵洞的加固改造
有一定的参考价值.
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CauseAnalysisandTreatmentofDeficienciesofExistingCoastal
HighwayCulvert
ZHANGYe-zhi,ZHA013o
（SchoolofCivilandArchitecturalEngineering,CentralSouth
University,ChangshaHunan,China）
Abstract:
Accordingtodeficienciesappearedinexistinghighway
culvert,analysisofdeficienciesispresented,andacomfortable
treatmentmethodsuitablefortheculvertstructureremedyis
proposedaswel1.
Keywolds:
culvert;causeofdeficiencies;treatmentmethod
（上接第180页）
27cR1b1v1—2nR2b2v2
式中:
R,Rz——进端与出端叶片定位圆半径;
b,b2——进端与出端叶片高度;
v,V2——进端与出端矿浆流动速度.
浮选机设计中往往在叶片上方的盖板上设置循环
孔,其位置对应与叶片中部,用于引入槽内循环矿浆,这
样就增加了进入叶轮叶片的通道面积,此时进端叶片高
度可适当减少.为保持矿浆离开叶片时具有向上的垂
直分速度,叶轮盘常制成皿形,叶片顶部则是水平的.
5叶片厚度与流道
图2XJK型
多数叶轮的叶片呈辐射状布置在叶轮圆盘上.如
果定子叶片是径向的,则叶片的一边经磨损后可将叶轮
反转,以延长它的使用寿命,否则,叶轮不能反转.如
ⅪK型叶轮就不能反转如图2.越接近叶轮外缘,圆周
速度越高,磨损越严重.因此,设计叶片时,越靠近叶轮
外缘,叶片应该越厚.然而,叶片变厚必造成流道变窄,
因此,叶轮的叶片数不宜过多,一般为6个.如果一定
要增加叶片数量,一种折中的方法是采用长短交错的叶
片.HCC型浮选机采用混流泵叶轮,其进浆端尺寸较
大.可以适当地将叶片数增至10~12;阿基泰尔型浮选
机采用安置在叶轮外缘的梳齿形或棒形叶片,叶片很
短,故将叶片数目增加到16～32.
6叶轮盖板和进浆室
对大多数叶轮采用半封闭设计,在叶轮上方应设置
盖板,以保持矿浆流道的闭封性,维持较大的负压,以利
于从盖板中央部位上方的进浆室内抽吸矿浆和空气,此
外,在浮选机停机时盖板可以阻挡沉降的矿砂进入叶
轮,避免叶轮被”压死”.为保持足够的密封性,叶轮与
盖板之间的间隙存在一个最佳值,应该通过试验来确
定.有些浮选机,主要是指采用单叶轮一盖板系统的浮
选机,其盖板在相对于叶轮叶片中部位置开设若干个孔
眼,将槽内矿浆引人叶轮,可以增加充气量.对自吸浆
的浮选机,进浆室应设有几个矿浆引人口,以利于按浮
选流程的安排从不同的引入口吸人给矿,中间产物,泡
沫产物及相邻槽的矿浆.在进浆室上方另有进气管,引
入空气.
7结束语
我们根据上述方法和理论设计的浮选机叶轮在实
际应用中达到了很好的效果,搅拌力适中,泡沫层稳定,
叶轮和定子等易损件的使用寿命有所提高,改善了浮选
机的整机性能,有一定的实际应用价值.
参考文献:
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