公路混凝土箱涵技術(shù)狀況評(píng)定方法探討

徐建武，李照奇（.浙江省交通工程建設(shè)集團(tuán)，浙江 杭州 3005；.西安公路研究院，陜西 西安 70054）

公路混凝土箱涵技術(shù)狀況評(píng)定方法探討

徐建武1，李照奇2
（1.浙江省交通工程建設(shè)集團(tuán)，浙江 杭州 310051；2.西安公路研究院，陜西 西安 710054）

在應(yīng)用現(xiàn)行的公路橋涵技術(shù)狀況評(píng)定規(guī)范對(duì)混凝土箱涵結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定時(shí)，存在結(jié)構(gòu)類型劃分模糊、評(píng)定依據(jù)不全面和客觀性不足等問題。為克服上述弊端，借鑒《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21—2011）（以下簡(jiǎn)稱《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》）的評(píng)定思路和構(gòu)件評(píng)定細(xì)則，結(jié)合箱涵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行層次劃分和權(quán)重設(shè)置，采用缺陷扣分法、分層綜合評(píng)定法，在現(xiàn)有規(guī)范體系下對(duì)箱涵的技術(shù)狀況評(píng)定做進(jìn)一步細(xì)化。缺陷扣分法把箱涵作為一個(gè)整體考慮，按照單項(xiàng)缺陷扣分的方式，引入《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的量化評(píng)定指標(biāo)，根據(jù)橋梁檢測(cè)的實(shí)際病害缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)箱涵技術(shù)狀況的簡(jiǎn)易快速評(píng)定；分層綜合評(píng)定法是將箱涵按“構(gòu)件層”、“部位層”、“結(jié)構(gòu)”進(jìn)行層次劃分，然后參照《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的計(jì)算方法開展涵洞結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評(píng)估。經(jīng)實(shí)際工程應(yīng)用，缺陷扣分法評(píng)估簡(jiǎn)易、快速，評(píng)估精度基本滿足要求，而分層綜合評(píng)定法雖然計(jì)算及評(píng)定過程稍顯復(fù)雜，但由于其理論依據(jù)充分，因此評(píng)定結(jié)果也更加客觀、準(zhǔn)確。

橋梁；箱涵；技術(shù)狀況評(píng)估；缺陷扣分法；分層綜合評(píng)定法

0　引言

表1《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11—2004）中的橋涵技術(shù)狀況評(píng)定方法

評(píng)定方法綜合評(píng)定法重要部件最差缺損評(píng)估法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法原則根據(jù)缺損程度(大小、多少或輕重)、缺損對(duì)結(jié)構(gòu)使用功能的影響程度(無、小、大)和缺損發(fā)展變化狀況(趨向穩(wěn)定、發(fā)展緩慢、發(fā)展較快)等3方面，以累加評(píng)分方法對(duì)各部件缺損狀況做出等級(jí)評(píng)定根據(jù)重要部件（上部結(jié)構(gòu)主要承重部件、墩臺(tái)及基礎(chǔ)等）的缺損情況進(jìn)行評(píng)估對(duì)照規(guī)范的橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合定期檢查，評(píng)定橋梁等級(jí)特點(diǎn)部件權(quán)重可根據(jù)實(shí)情調(diào)整，但應(yīng)經(jīng)過批準(zhǔn)認(rèn)可；影響結(jié)構(gòu)安全性的權(quán)重不宜減小突出安全因素的影響，但不反映橋梁的整體技術(shù)狀況以定性評(píng)估為主，不能給出定量損傷程度；評(píng)定結(jié)果易受評(píng)定者自身素質(zhì)影響

作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》在指導(dǎo)我國(guó)公路橋涵養(yǎng)護(hù)管理工作中發(fā)揮了很大的作用。但在應(yīng)用過程中，上述橋涵技術(shù)狀況評(píng)定方法均存在一定的缺陷和不足，突出表現(xiàn)在：評(píng)定的主觀性過強(qiáng)，對(duì)評(píng)定人員的技術(shù)要求較高，易造成評(píng)定結(jié)果的偏差比較大，某些情況下難以真正、完整地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)[2-3]。加之近年來公路建設(shè)發(fā)展迅猛，為適應(yīng)新形勢(shì)，根據(jù)公路工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的要求，交通運(yùn)輸部將《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中的橋梁評(píng)定內(nèi)容擴(kuò)充編寫為《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[4]（JTG/T H21—2011），以下簡(jiǎn)稱《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》），單獨(dú)成冊(cè)。《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定對(duì)橋梁的技術(shù)狀況評(píng)定按分層綜合評(píng)定法和5類橋單控指標(biāo)法這兩種方法進(jìn)行（如表2所示），其中分層綜合評(píng)定法較《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》的綜合評(píng)定法更優(yōu)化、合理，如上部結(jié)構(gòu)部件按橋型分類并加以細(xì)化，更具可操作性和實(shí)施性，因此其評(píng)定結(jié)果準(zhǔn)確性更高，更接近于橋梁實(shí)際狀況[5-7]。

表2《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21—2011）中的橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法

評(píng)定方法分層綜合評(píng)定法5類橋單控指標(biāo)法原則橋梁上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件技術(shù)狀況橋梁下部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件技術(shù)狀況橋梁下部結(jié)構(gòu)各部件技術(shù)狀況橋梁上部結(jié)構(gòu)各部件技術(shù)狀況橋梁上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況橋梁下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況橋面系各部件技術(shù)狀況橋面系技術(shù)狀況橋面系各構(gòu)件技術(shù)狀況橋梁總體技術(shù)狀況符合本部分規(guī)定的任一情況時(shí)，即將整座橋技術(shù)狀況評(píng)定為5類特點(diǎn)較《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》的綜合評(píng)定法更優(yōu)化、合理，評(píng)定結(jié)果準(zhǔn)確性高；上部結(jié)構(gòu)部件按橋型分類并加以細(xì)化，更具有可操作性和實(shí)施性保證公路橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)

在現(xiàn)行規(guī)范體系內(nèi)，《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11— 2004）屬于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）屬于行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)，因此，在現(xiàn)階段日常橋梁評(píng)定工作中，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況及委托單位要求，對(duì)于兩本規(guī)范任選其一[8]。

因高速公路兩側(cè)交通及排水需要，鋼筋混凝土整體埋置式箱涵被大量使用，由于建設(shè)質(zhì)量、荷載及其他原因，部分箱涵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了嚴(yán)重的病害[9]。在進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)估時(shí)，由于《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)關(guān)注較少，《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》主要針對(duì)橋梁而不涉及涵洞結(jié)構(gòu)，因此目前尚無更為細(xì)化、具體的涵洞評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際工程檢測(cè)中評(píng)定箱涵結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況時(shí)，存在以下問題：

①公路混凝土箱式通道（箱涵）從跨徑上劃分屬于涵洞（跨徑小于5m），但其主要是作為通道使用，與排水涵洞的基本功能完全不同，因此套用《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中的涵洞檢查評(píng)定辦法在一定程度上并不適合；

②采用《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》推薦的考慮各部件權(quán)重的綜合評(píng)定法時(shí)，箱涵作為一個(gè)整體構(gòu)件，對(duì)部件劃分沒有做規(guī)定，操作性不強(qiáng)，評(píng)定結(jié)果偏差大；采用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法（《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》的表3.5.2-3）評(píng)定時(shí)，主要以目測(cè)結(jié)果為依據(jù)，要求檢測(cè)工程師經(jīng)驗(yàn)豐富，否則評(píng)定結(jié)果主觀性很大，且該方法基本忽略客觀試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)論（如一般橋梁檢測(cè)涉及的強(qiáng)度、碳化深度、保護(hù)層厚度、氯離子含量等檢測(cè)項(xiàng)目），其評(píng)定依據(jù)不夠全面；

③如果借鑒《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行評(píng)定，由于箱涵結(jié)構(gòu)的整體性特點(diǎn)，仍然存在構(gòu)件、部件如何劃分的問題，并導(dǎo)致無法采用分層綜合評(píng)定法評(píng)定。

十八大以來，習(xí)近平總書記在多個(gè)場(chǎng)合強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新的重要性，曾在全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第九次全國(guó)代表大會(huì)上強(qiáng)調(diào)：“要在我國(guó)發(fā)展新的歷史起點(diǎn)上，把科技創(chuàng)新擺在更加重要的位置，吹響建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的號(hào)角。”還多次提到要掌握核心技術(shù)，并指出核心技術(shù)受制于人是最大的隱患，而核心技術(shù)靠化緣是要不來的，只有自力更生。

因此，客觀上而言，目前公路混凝土箱涵的評(píng)定方式和方法存在一定的不合理之處，亟需在既有橋涵結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)價(jià)體系之內(nèi)為箱涵結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評(píng)估尋求一種新的更為科學(xué)的方法，對(duì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充完善，為公路基礎(chǔ)設(shè)施的養(yǎng)護(hù)管理提供更加科學(xué)、合理的依據(jù)。

1　混凝土箱涵評(píng)估建議方法

1.1缺陷扣分法

由于箱涵構(gòu)件少，只有一個(gè)主要構(gòu)件，把箱涵作為一個(gè)整體考慮，按照單項(xiàng)缺陷扣分的方式，引入《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)的一些量化評(píng)定指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)，如混凝土蜂窩、麻面、剝落、空洞面積或比例，保護(hù)層厚度，銹蝕（鋼筋自然電位、混凝土電阻率）等，根據(jù)實(shí)際病害缺陷及試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的構(gòu)件技術(shù)狀況評(píng)分規(guī)定，可實(shí)現(xiàn)箱涵技術(shù)狀況評(píng)定的簡(jiǎn)易、快速評(píng)定。建議箱涵技術(shù)狀況評(píng)分按式（1）計(jì)算：

式中：Dr為箱涵技術(shù)狀況評(píng)分；DPi為第i類缺陷（病害）的扣分值，根據(jù)構(gòu)件各種檢測(cè)指標(biāo)的最高標(biāo)度類別和實(shí)際標(biāo)度確定，具體參照《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中表4.1.1和第5章、第9章、第10章的構(gòu)件技術(shù)狀況評(píng)定內(nèi)容執(zhí)行；ηi為第i類缺陷（病害）的扣分權(quán)重，考慮不同病害對(duì)結(jié)構(gòu)安全、耐久性的影響程度，分別對(duì)各病害類型賦予相應(yīng)扣分權(quán)重，理論上此權(quán)重參數(shù)需通過大量工程樣本分析后得出，本文根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)給出相應(yīng)的建議值，具體見表3。

表3　箱涵構(gòu)件主要缺陷（病害）及扣分權(quán)重建議

1.2分層綜合評(píng)定法

參照《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的分層綜合評(píng)定法開展涵洞結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況評(píng)估。箱涵不存在類似橋梁的下部結(jié)構(gòu)，但是同樣存在沖刷、淤積等病害，因此箱涵的評(píng)定仍需考慮基礎(chǔ)部位的技術(shù)狀況。由于箱涵結(jié)構(gòu)較橋梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此擬定評(píng)定層次為3層，即構(gòu)件層、部位層、結(jié)構(gòu)，省略《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的部件層：先分別對(duì)箱涵各構(gòu)件進(jìn)行評(píng)定，再對(duì)結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和路面3個(gè)部位分別評(píng)定，最后進(jìn)行箱涵結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀況評(píng)定。《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中，部件層所規(guī)定的主、次要部件劃分及其評(píng)定標(biāo)度劃分，在箱涵評(píng)定中均由部位層執(zhí)行。評(píng)定指標(biāo)層次如圖1所示，具體評(píng)分按式（2）~式（4）計(jì)算。

圖1　箱涵結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定指標(biāo)

式中：當(dāng)x=1時(shí)，U1=DP1，當(dāng)x≥2時(shí)，（其中，j=x，x取2，3，…，k），當(dāng)k≥2時(shí)，Ux計(jì)算公式中的扣分值DPj按從大到小順序排列；PMCIl為箱涵第l構(gòu)件的得分，當(dāng)存在多個(gè)構(gòu)件時(shí)取平均值，即PMCIl=；U、x、y為引入的中間變量；DPj為第j類缺陷/病害的扣分值，同式（1）中的定義。

式中：SPCI為箱涵部位層的技術(shù)狀況評(píng)分；wi為某構(gòu)件的權(quán)重系數(shù)，詳見表4；m為結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)或路面）的構(gòu)件個(gè)數(shù)。

式中：Dr為箱涵總體技術(shù)狀況評(píng)分；Wi為結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)或路面）的權(quán)重系數(shù)，詳見表4。

表4　箱涵構(gòu)件劃分及權(quán)重建議

2　箱涵的裂縫缺陷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及整體技術(shù)狀況分類界限

箱涵的構(gòu)件較橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)件少很多，其相應(yīng)的缺陷及病害形式也較為集中，評(píng)分時(shí)僅需部分引用《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》第5~10章的構(gòu)件狀況評(píng)定的內(nèi)容。其中，頂、側(cè)板裂縫是混凝土箱涵最主要的病害，且從涵洞內(nèi)壁觀測(cè)，一般情況下底板裂縫是不易觀測(cè)到的。各構(gòu)件層中不同方向的裂縫（如頂板縱向裂縫和橫向裂縫）的成因、對(duì)結(jié)構(gòu)安全和耐久性的影響程度均有所區(qū)別，因此箱涵的裂縫評(píng)定應(yīng)與《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的表5.1.1-11、表5.1.1-12“梁橋的裂縫評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)”有所區(qū)別，建議的裂縫評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表5、表6所示。

表5　建議的箱涵裂縫評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表6　建議的箱涵裂縫寬度限值

箱涵的技術(shù)狀況等級(jí)劃分同《評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，如表7所示。

表7　箱涵技術(shù)狀況分類界限

3　箱涵結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)估方法的應(yīng)用

以華東地區(qū)某高速公路橋涵定期檢測(cè)報(bào)告[10]為例，檢驗(yàn)箱涵技術(shù)狀況評(píng)定方法。背景工程中某高速公路箱式通道，跨越地方機(jī)耕路，為1跨3m鋼筋混凝土箱式結(jié)構(gòu)。原箱涵左幅長(zhǎng)18.83m，右幅長(zhǎng)18.78m，總長(zhǎng)37.61m，后對(duì)高速公路進(jìn)行拓寬，左側(cè)加長(zhǎng)11.01m，右側(cè)加長(zhǎng)11.09m。拓寬部分結(jié)構(gòu)型式與原結(jié)構(gòu)相同。箱涵與下方道路夾角為55°，凈高2.2m。原箱涵凈跨徑為3m，設(shè)計(jì)高度為2.3m，箱涵頂板、底板厚29cm，側(cè)墻厚27cm。拓寬箱涵凈跨徑為3m，設(shè)計(jì)高度為2.3m，箱涵頂板、底板厚34cm，側(cè)墻厚32cm。原箱涵和拓寬箱涵間未設(shè)置連接。經(jīng)檢查，該箱涵出現(xiàn)的病害問題如表8所示。

表8　背景工程箱涵的主要病害

分別按分層綜合評(píng)定法和缺陷扣分法對(duì)該箱涵進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定，并與原評(píng)定結(jié)果對(duì)比，如表9所示。

表9評(píng)定結(jié)果

從評(píng)分與評(píng)定等級(jí)來看，本文建議方法與原評(píng)定方法的結(jié)果區(qū)別主要在原箱涵的評(píng)定等級(jí)上。原方法采用的是對(duì)照《養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中的表3.5.2-3進(jìn)行評(píng)定，結(jié)論為二類結(jié)構(gòu)物，但該表以目測(cè)項(xiàng)目為主，未充分考慮試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)論，如原箱涵的右幅頂板和側(cè)墻保護(hù)層厚度不足，但“標(biāo)準(zhǔn)表3.5.2-3”忽略了此部分內(nèi)容，因此評(píng)定等級(jí)過高。

使用過程中發(fā)現(xiàn)，缺陷扣分法評(píng)估簡(jiǎn)易、快速，結(jié)果精度基本滿足要求，但其主要病害的扣分權(quán)重仍值得商榷，需要通過大量工程案例來驗(yàn)證和調(diào)整；分層綜合評(píng)定法考慮因素細(xì)致、全面，理論依據(jù)充分，結(jié)果客觀準(zhǔn)確，但計(jì)算及評(píng)定過程稍顯復(fù)雜。

4　結(jié)語(yǔ)

通過分析總結(jié)現(xiàn)行橋涵技術(shù)狀況評(píng)估體系，發(fā)現(xiàn)公路混凝土箱涵技術(shù)狀況評(píng)估存在的問題，通過研究提出兩種新的箱涵技術(shù)狀況評(píng)估方法：缺陷扣分法和分層綜合評(píng)定法。經(jīng)實(shí)際工程的驗(yàn)證，這兩種新方法能避免原有評(píng)估體系中對(duì)箱涵結(jié)構(gòu)類型劃分模糊、評(píng)定依據(jù)不全面和主觀性過強(qiáng)等弊端，評(píng)定結(jié)論客觀、準(zhǔn)確，能滿足工程應(yīng)用的需要。其中，分層綜合評(píng)定法相對(duì)于缺陷扣分法，理論依據(jù)更為充分，因素考慮更為全面細(xì)致。但這兩種方法中各類構(gòu)件或病害的權(quán)重仍需通過大量工程案例加以驗(yàn)證。

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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

浙江省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014H23）

徐建武（1986—），男，江蘇如東人，工程師，主要從事公路基礎(chǔ)設(shè)施的養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)工作。E-mail:xjw_634@163.com。