黃土地區(qū)公鐵涵洞病害特征及其差異性對(duì)比研究

趙永虎,米維軍,苗學(xué)云

(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,蘭州　730000； 2.青海省凍土與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青海格爾木　816000)

涵洞具有跨越狹小溝谷、河流、排泄路基上游水流，并兼行人、動(dòng)物和車輛通行的作用，是鐵路和公路的重要組成部分。隨著我國(guó)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》和《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》的實(shí)施，高速鐵路、高速公路等重大工程建設(shè)逐步向西北地區(qū)擴(kuò)展，因此，在山區(qū)高填方、溝壑等地段修建的涵洞工程數(shù)量越來(lái)越多。目前，針對(duì)涵洞構(gòu)造物及其地基的設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)方面較為成熟，但是在不同地區(qū)和不同涵洞所處的地形地貌、地質(zhì)條件、地基土承載力等方面存在較大差異，涵洞與填土剛度差異引起的涵頂土壓力集中等因素，導(dǎo)致涵洞結(jié)構(gòu)物在運(yùn)營(yíng)一定時(shí)期后出現(xiàn)各類病害[1，2]，對(duì)涵洞的排水通行功能造成一定影響[3]。尤其是在西北黃土地區(qū)，由于黃土特殊的工程性質(zhì)，涵洞在復(fù)雜地質(zhì)條件、地基處理方式等諸多因素的影響之下，導(dǎo)致黃土地區(qū)公路涵洞病害不斷發(fā)生，甚至嚴(yán)重影響公路的正常運(yùn)營(yíng)與行車安全[4]。因此，很多科研人員從黃土地區(qū)涵洞病害的調(diào)研、防治等方面開(kāi)展了一定的工作，如張衛(wèi)兵等[4]對(duì)西部地區(qū)17條高速公路182座涵洞進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，總結(jié)了涵洞破壞特征，分析了涵洞病害機(jī)理，并提出了針對(duì)性防治措施。李彥武[5]將黃土地區(qū)公路涵洞的主要病害類型歸納為基礎(chǔ)下沉、沖刷、涵洞淤積、沖毀及溯源侵蝕等5類。趙建斌等[6]探討了黃土地區(qū)公路涵洞病害的基本特征，并結(jié)合黃土地區(qū)特有的地質(zhì)特征以及設(shè)計(jì)、施工等因素對(duì)病害成因進(jìn)行了分析。馬騫[7]針對(duì)朔黃線鐵路涵洞出現(xiàn)的病害，從地質(zhì)、氣候、鹽堿腐蝕、設(shè)計(jì)理論、施工、涵洞頂部填土厚度、運(yùn)營(yíng)等方面分析了調(diào)研段涵洞病害的形成原因，提出了對(duì)應(yīng)的整套涵洞加固技術(shù)。趙永虎等[8]基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了換填法和灰土擠密樁法在濕陷性黃土地區(qū)公路涵洞地基處理中的應(yīng)用效果。劉宏偉[9]對(duì)青海省境內(nèi)6條公路的部分路段橋涵病害及運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，將涵洞病害類型歸結(jié)為淤塞、凍害、鋪裝、跳車和斷板5種類型。阮繼紅[10]分析了鐵路涵洞在設(shè)計(jì)中存在的質(zhì)量通病，并探討了濕陷性黃土等特殊土地段涵洞地基的處理辦法。這些研究成果為涵洞病害成因認(rèn)識(shí)及其防治提供了理論指導(dǎo)，但是對(duì)黃土地區(qū)公路涵洞病害類型總結(jié)并不全面，按照發(fā)育程度或規(guī)模對(duì)涵洞病害類型沒(méi)有進(jìn)行等級(jí)劃分，對(duì)公路涵洞病害特征與鐵路涵洞病害特征的差異性對(duì)比研究工作開(kāi)展的較少。

鑒于此，在對(duì)青海東部黃土地區(qū)鐵路和公路涵洞病害現(xiàn)場(chǎng)充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，首先分析了公鐵涵洞在結(jié)構(gòu)、荷載、受力特點(diǎn)及管養(yǎng)模式方面的差異，然后依據(jù)公路涵洞病害較全面地將涵洞病害類型進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，根據(jù)發(fā)育程度將每一種病害類型劃分為輕微、中等、嚴(yán)重3個(gè)病害等級(jí)，將涵洞病害類型與其發(fā)育程度緊密結(jié)合起來(lái)，并基于實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)對(duì)青海東部黃土區(qū)公路涵洞和鐵路涵洞(以下簡(jiǎn)稱“公鐵涵洞”)病害特征及其差異性進(jìn)行對(duì)比分析，以便為黃土地區(qū)新建鐵路、公路涵洞的設(shè)計(jì)、病害勘察和防治提供理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

1　公鐵涵洞結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力特性對(duì)比分析

1.1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

涵洞按照構(gòu)造形式可以分為蓋板涵、拱涵、圓管涵和箱涵等，公路涵洞常用的是蓋板涵和圓管涵，而鐵路涵洞多采用蓋板涵和箱涵。圓管涵的尺寸斷面較小，直徑多為1.0～1.5 m，因此，其承受上部荷載的能力相對(duì)較小，在公路中多設(shè)計(jì)為柔性管，而在鐵路中多設(shè)計(jì)為剛性管。蓋板涵由底板、側(cè)墻和蓋板組成，公路蓋板涵的側(cè)墻和蓋板多為分離式，鐵路蓋板涵的側(cè)墻和蓋板多為整體式。蓋板涵斷面寬度一般為2～4 m，承受上部荷載的能力較強(qiáng)。箱涵多用于鐵路涵洞中，斷面尺寸較大，為超靜定結(jié)構(gòu)，多用于地基承載力較差的地段[11]。

1.2　荷載特點(diǎn)

公鐵涵洞荷載特征最明顯的區(qū)別在于承受的行車荷載大小和考慮因素不同，公路涵洞對(duì)汽車荷載按照車道荷載和車輛荷載同時(shí)考慮，根據(jù)車輪著地面積邊緣的30°角向下擴(kuò)散的應(yīng)力作為涵洞頂部承受的車輛豎向壓力。鐵路涵洞對(duì)列車荷載按照列車豎向靜活載和豎向動(dòng)力作用2種方式同時(shí)考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中豎向靜活載按鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載“中-活載”加載設(shè)計(jì)，并假定活載在軌底平面上的橫向分布寬度為2.5 m，其在路基內(nèi)與豎向夾角按正切值0.5(角度約26.5°)向下擴(kuò)散至涵洞頂部；豎向動(dòng)活載等于列車豎向靜活載乘以動(dòng)力系數(shù)計(jì)算。顯然，公路僅考慮涵洞頂部土柱荷載，鐵路涵洞頂部荷載考慮因素比較周全，都采用土壓力集中系數(shù)反映上部荷載對(duì)涵頂土壓力的影響程度，但相比之下，鐵路涵洞承受的荷載較大且受力性質(zhì)更為復(fù)雜[11]。

1.3　受力特點(diǎn)

涵洞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和荷載特征決定了涵洞洞身承受上部受壓、兩側(cè)受擠，而端部承受水平向推力作用的受力特征。研究結(jié)果表明[12]，在同等地形、荷載等條件下，不同涵洞結(jié)構(gòu)形式的受力特征略有不同，主要表現(xiàn)在拱涵拱內(nèi)彎矩較小，拱腳處存在垂直反力和水平推力，可承受較大的荷載。箱涵的頂板和底板跨中位置均存在較大彎矩。圓管涵管壁外圈受壓、內(nèi)圈受拉，管底敷設(shè)剛性墊層可改善圓管涵受力特性。蓋板涵可承受較大荷載，涵頂跨中位置存在較大彎矩，涵頂土壓力隨涵洞高度的增大而增大，隨涵洞寬度的增大而減小。因此，在滿足過(guò)水要求的前提下，“寬矮涵”的涵頂土壓力和豎向沉降變形相對(duì)于“窄高涵”要略小。

1.4　管養(yǎng)模式

我國(guó)對(duì)公鐵涵洞在檢查與養(yǎng)護(hù)方面也存在一定差異，《公路涵洞養(yǎng)護(hù)規(guī)范》[13]規(guī)定對(duì)涵洞檢查分為經(jīng)常檢查和定期檢查，結(jié)合檢查結(jié)果對(duì)涵洞進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)。經(jīng)常檢查要求每月至少檢查2次，在冰雪、洪水前后應(yīng)加強(qiáng)檢查。經(jīng)常檢查中發(fā)現(xiàn)涵洞出現(xiàn)較大損壞或排水堵塞時(shí)記錄并上報(bào)上級(jí)管理單位。定期檢查要求每年至少檢查1次，在接到病害報(bào)告后應(yīng)增加檢查次數(shù)，并填寫“涵洞定期檢查表”，基于調(diào)查情況對(duì)涵洞技術(shù)狀況綜合做出好、較好、較差、差、危險(xiǎn)5個(gè)等級(jí)的評(píng)定，并對(duì)涵洞日常養(yǎng)護(hù)、維修、加固、改建等提出合理建議。

我國(guó)《鐵路橋隧建筑物劣化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(TB2820.2—1997)中涵渠部分明確將鐵路涵洞病害分為開(kāi)裂、下沉錯(cuò)位、基底掏空、腐蝕風(fēng)化、孔徑不足、防護(hù)設(shè)備損壞等6種類型，并根據(jù)發(fā)育程度將病害類型分為4個(gè)等級(jí)。對(duì)比來(lái)看，公鐵涵洞檢查方式和病害劃分標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有考慮特殊地區(qū)的差異性，對(duì)病害整治時(shí)機(jī)、修護(hù)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有明確的規(guī)定，一定程度上反映出管養(yǎng)模式的弊端，目前對(duì)涵洞的管養(yǎng)多依賴公路、鐵路按地域管轄直接管養(yǎng)模式，市場(chǎng)化管養(yǎng)模式還未得到有效推廣，新型管養(yǎng)體制、運(yùn)作模式等有待深入研究和實(shí)踐。

2　涵洞調(diào)查概況及涵洞病害類型

2.1　涵洞調(diào)查概況

青海省東部分布的黃土面積范圍廣、厚度從幾米到幾十米不等，大部分呈Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)自重濕陷性[14]，境內(nèi)的多條高等級(jí)公路、鐵路工程修建時(shí)不可避免地將路基建造于經(jīng)適當(dāng)處理后的濕陷性黃土之上，黃土在天然狀態(tài)下具有較高的地基承載力和穩(wěn)定性，但是在雨水下滲、含水率增大條件下會(huì)表現(xiàn)出濕陷性，從而導(dǎo)致黃土地基強(qiáng)度降低，出現(xiàn)嚴(yán)重沉降變形，長(zhǎng)期積累會(huì)引發(fā)諸如涵洞基礎(chǔ)開(kāi)裂、涵洞頂部路面開(kāi)裂、涵洞局部下沉等病害。針對(duì)公路和鐵路涵洞病害發(fā)育的廣泛性和地域性特征，選擇建造年代相近、等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)基本一致、交通流量接近、維護(hù)管養(yǎng)模式比較相同的公路或鐵路對(duì)其涵洞病害進(jìn)行調(diào)研。首先對(duì)位于青海省東部黃土地區(qū)的4條高等級(jí)公路和1條鐵路涵洞病害進(jìn)行了初步調(diào)查，在普查的基礎(chǔ)上，最終確定了在黃土區(qū)段涵洞病害發(fā)育數(shù)量較多且發(fā)育類型較全面的2條高速公路、2條一級(jí)公路和1條普通鐵路的重點(diǎn)路段進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，即西寧—蘭州高速公路(以下簡(jiǎn)稱“西蘭高速公路”)老鴨村至平安段、平安—阿岱高速公路(以下簡(jiǎn)稱“平阿高速公路”)平安至古城段、西寧—互助一級(jí)公路(以下簡(jiǎn)稱“寧互一級(jí)公路”)、西寧至湟源一級(jí)公路(以下簡(jiǎn)稱“西湟一級(jí)公路”)、蘭州至西寧鐵路(以下簡(jiǎn)稱“蘭西鐵路”)高廟村至平安段。為增加可比性，調(diào)研段涵洞均分布在黃土區(qū)，對(duì)比分析的公鐵涵洞運(yùn)營(yíng)時(shí)間都在12～15年，3條公路的交通流量和管養(yǎng)模式等基本一致。共調(diào)查公路涵洞累計(jì)里程約113.7 km，各類涵洞408座，其中出現(xiàn)病害的涵洞有379座，占公路涵洞調(diào)查總數(shù)的92.9%；鐵路涵洞調(diào)查里程為K91+040～K141+333，共計(jì)調(diào)查了59座涵洞。調(diào)查期間對(duì)每一座涵洞的病害類型、病害特征及其發(fā)育程度進(jìn)行了詳細(xì)記錄，并在室內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。公鐵涵洞病害調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1　青海東部公鐵涵洞病害調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.2　涵洞病害類型劃分

為了對(duì)涵洞病害做定量統(tǒng)計(jì)和定性分析，參考已有文獻(xiàn)并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)[6，15，16]，對(duì)公路涵洞病害類型總結(jié)為8類，分別為涵洞下沉、基礎(chǔ)開(kāi)裂、護(hù)錐翼墻沉降開(kāi)裂或傾斜錯(cuò)位、涵節(jié)錯(cuò)位或填縫脫落、內(nèi)部積水淤塞、進(jìn)出口積水淤塞、涵背填土塌陷、涵頂路面開(kāi)裂。其中對(duì)涵洞下沉可細(xì)分為涵洞整體下沉和弧形下沉2類，對(duì)基礎(chǔ)開(kāi)裂可分為橫向開(kāi)裂和縱向開(kāi)裂。這些病害類型基本涵蓋了在黃土地區(qū)公路涵洞發(fā)生的各種病害，適用于蓋板涵、箱涵、管涵等各類涵洞，對(duì)鐵路涵洞病害也具有一定參考價(jià)值。這種對(duì)公路涵洞病害類型的全面總結(jié)和類型劃分，不僅有利于在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)涵洞病害快速調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，更為在室內(nèi)對(duì)涵洞病害情況做綜合評(píng)價(jià)奠定了良好基礎(chǔ)。

2.3　涵洞病害發(fā)育程度劃分

在調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)僅僅記錄涵洞病害出現(xiàn)的類型對(duì)于室內(nèi)統(tǒng)計(jì)分析工作是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需定性或定量的對(duì)涵洞發(fā)育的規(guī)?；虺潭冗M(jìn)行分析，因此，為了在調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)快速記錄涵洞病害發(fā)育類型對(duì)應(yīng)的發(fā)育程度或規(guī)模、快捷記錄可靠數(shù)據(jù)、在室內(nèi)定量和定性相結(jié)合準(zhǔn)確評(píng)價(jià)涵洞病害發(fā)育狀況、為管養(yǎng)單位對(duì)涵洞病害合理養(yǎng)護(hù)方式和最佳整治時(shí)機(jī)決策提供參考，在分析前期普查資料和參考已有相關(guān)規(guī)范、文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[16-21]，結(jié)合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范而劃分和總結(jié)的，對(duì)公路涵洞每一種病害類型劃分為輕微、中等、嚴(yán)重3個(gè)病害等級(jí)，每一病害類型與各自病害等級(jí)之間存在數(shù)量和規(guī)模上的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，在現(xiàn)場(chǎng)以實(shí)際測(cè)量得到的變形量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以遵循最不利原則優(yōu)先確定病害等級(jí)，以便為公路管養(yǎng)單位提供及時(shí)有效信息和最佳治理時(shí)機(jī)。表2為黃土地區(qū)高等級(jí)公路涵洞病害類型及其發(fā)育程度等級(jí)劃分系統(tǒng)分類，適用于黃土地區(qū)高等級(jí)公路涵洞病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)，也對(duì)其他地區(qū)公路涵洞和鐵路涵洞病害類型劃分及統(tǒng)計(jì)具有借鑒作用。本文對(duì)蘭西鐵路涵洞病害也是基于此劃分結(jié)果進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計(jì)的。

表2　黃土地區(qū)高等級(jí)公路涵洞病害類型及其發(fā)育程度系統(tǒng)分類表

3　公鐵涵洞病害特征及差異性分析

涵洞病害特征的描述總體上主要包括調(diào)查段涵洞病害發(fā)育的主要病害類型及其發(fā)育程度或規(guī)模等2個(gè)方面，重點(diǎn)以調(diào)研的西蘭高速公路老鴨村至平安段和蘭西鐵路高廟村至平安段涵洞病害調(diào)查結(jié)果為例，對(duì)涵洞病害特征及其差異性進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

3.1　公路涵洞病害特征

對(duì)西蘭高速公路老鴨村至平安段現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研段里程為K1736+000～K1791+200，總共調(diào)查了257座涵洞，其中包括208座蓋板涵、48座管涵和1座箱涵，圖1顯示了西蘭高速公路涵洞病害類型在調(diào)查段的病害發(fā)育比例，可以看出西蘭高速公路出現(xiàn)較多的病害類型是內(nèi)部積水淤塞、涵洞頂部路面開(kāi)裂、進(jìn)出口積水淤塞等，其病害率分別為67.3%、57.6%、55.6%。翼墻沉降開(kāi)裂或傾斜錯(cuò)位的比例為39.7%，病害數(shù)量達(dá)102座，可見(jiàn)涵洞翼墻沉降開(kāi)裂或傾斜錯(cuò)位病害發(fā)育水平也較高。在8種典型病害中病害發(fā)育較多的類型有4種。圖2顯示了不同病害類型與其發(fā)育程度之間的對(duì)應(yīng)數(shù)量關(guān)系，從中可以直接得到不同發(fā)育程度的不同病害類型數(shù)量，其中涵洞頂部路面開(kāi)裂和內(nèi)部積水淤塞發(fā)育輕微的數(shù)量最多，分別有142座和113座。發(fā)育嚴(yán)重的病害類型為內(nèi)部積水淤塞、進(jìn)出口積水淤塞和翼墻沉降開(kāi)裂或傾斜錯(cuò)位，分別有9座、7座和4座。總體來(lái)看，各種病害類型以發(fā)育程度為輕微的居多，而發(fā)育程度為嚴(yán)重的占極少數(shù)。

圖1　西蘭高速公路調(diào)查段涵洞病害類型與發(fā)育數(shù)量統(tǒng)計(jì)

圖2　西蘭高速公路調(diào)查段涵洞病害類型與發(fā)育程度統(tǒng)計(jì)

3.2　鐵路涵洞病害特征

圖3和圖4分別為蘭西鐵路調(diào)研段內(nèi)涵洞病害類型與發(fā)育數(shù)量、發(fā)育程度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出，鐵路涵洞不存在涵頂路(軌)面開(kāi)裂的情況，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，也沒(méi)有出現(xiàn)涵背填土塌陷病害。調(diào)查的59座涵洞中，56座為蓋板涵，3座為管涵。蓋板涵發(fā)生病害的數(shù)量有41座，占蓋板涵調(diào)查數(shù)量的73.2%，主要病害類型有涵洞內(nèi)部積水、進(jìn)出口積水、涵洞基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫、翼墻或護(hù)錐發(fā)生沉降開(kāi)裂或傾斜錯(cuò)位等。蓋板涵發(fā)生洞內(nèi)外積水淤塞的病害類型是蘭西鐵路最常見(jiàn)的病害，其病害數(shù)量占蓋板涵病害數(shù)量的39.3%?；A(chǔ)發(fā)生縱向或橫向裂縫、翼墻或護(hù)錐傾斜錯(cuò)位、洞身錯(cuò)位與填縫脫落病害數(shù)量基本相當(dāng)，調(diào)查中有8～9處，占蓋板涵調(diào)查病害數(shù)量的14%～16%。而管涵中有2座涵洞的內(nèi)部和進(jìn)出口存在一定量的積水，再未發(fā)現(xiàn)別的病害。

圖3　蘭西鐵路調(diào)查段涵洞病害類型與發(fā)育數(shù)量統(tǒng)計(jì)

圖4　蘭西鐵路調(diào)查段涵洞病害類型與發(fā)育程度統(tǒng)計(jì)

從涵洞病害發(fā)育程度來(lái)看，蘭西鐵路涵洞的各種病害類型發(fā)育程度均以輕微占絕大多數(shù)，僅有1座涵洞出現(xiàn)嚴(yán)重的進(jìn)出口和內(nèi)部積水情況。從整體來(lái)看，蘭西鐵路涵洞的病害類型較單一，病害程度也比較輕微，對(duì)列車運(yùn)行的影響很小。

3.3　差異性對(duì)比分析

從調(diào)查的公鐵涵洞病害發(fā)育數(shù)量和發(fā)育程度等方面綜合分析后，可以看出二者之間存在明顯的差異性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)在涵洞病害發(fā)育典型類型或病害表現(xiàn)形式方面，鐵路涵洞主要是涵洞內(nèi)部積水和進(jìn)出口積水等病害，而公路涵洞則是內(nèi)部積水淤塞、涵頂路面開(kāi)裂、進(jìn)出口積水淤塞、翼墻沉降開(kāi)裂或傾斜錯(cuò)位等，即鐵路涵洞病害最明顯和最直接的表現(xiàn)形式是洞內(nèi)外積水，而公路涵洞病害則以水害和由水害導(dǎo)致的涵洞地基沉降引起的病害為主。調(diào)查顯示，公鐵涵洞的交通涵和排水涵都存在涵內(nèi)積水的病害，但排水涵內(nèi)部積水病害數(shù)量比交通涵略多，同比之下，公路排水涵比鐵路排水涵更容易出現(xiàn)內(nèi)部積水淤塞病害。總體來(lái)看，青海東部黃土區(qū)調(diào)研區(qū)段鐵路涵洞出現(xiàn)的典型病害類型明顯比公路涵洞典型病害類型少。

(2)公路涵洞在調(diào)研區(qū)段基本會(huì)間斷出現(xiàn)8種病害類型，有些涵洞會(huì)同時(shí)出現(xiàn)3～5種病害，而鐵路涵洞出現(xiàn)的病害類型較少，而且大部分涵洞出現(xiàn)的病害類型較為單一，基本沒(méi)有出現(xiàn)涵頂路(軌)面開(kāi)裂或沉降的情況。

(3)從涵洞病害發(fā)育程度來(lái)看，蘭西鐵路涵洞病害類型的發(fā)育程度也以輕微居多，中等病害的比例很小，嚴(yán)重病害的比例極其少有。而青海東部黃土地區(qū)公路涵洞病害發(fā)育程度則以輕微和中等比例較大，個(gè)別涵洞的病害已達(dá)到嚴(yán)重的程度，即鐵路涵洞病害發(fā)育程度明顯比公路涵洞病害程度輕。

4　成因分析及對(duì)策

之所以存在以上明顯差異性的原因主要是以下幾方面導(dǎo)致的：(1)公鐵涵洞在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上的差異?！豆泛丛O(shè)計(jì)細(xì)則》中規(guī)定公路涵洞基礎(chǔ)工后沉降不應(yīng)大于200 mm[17]，而《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定鐵路涵洞基礎(chǔ)工后沉降不應(yīng)大于100 mm[20]，顯然，僅從工后沉降來(lái)看，鐵路涵洞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比公路涵洞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格很多?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示，鐵路涵洞基本為現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，涵洞本身結(jié)構(gòu)承載力很強(qiáng)，本身難以發(fā)生病害。受造價(jià)、工期、地形等諸多因素限制，公路涵洞的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，涵洞結(jié)構(gòu)本身在運(yùn)營(yíng)期出現(xiàn)病害的可能性較大。(2)管養(yǎng)模式或體制的差異性，導(dǎo)致涵洞病害檢查或整治時(shí)機(jī)不同。鐵路管養(yǎng)部門對(duì)涵洞病害養(yǎng)護(hù)及時(shí)，病害不容易擴(kuò)展或進(jìn)一步惡化，在病害初期就已經(jīng)進(jìn)行整治或修補(bǔ)，減少了病害的發(fā)生率。而公路管養(yǎng)部門對(duì)公路涵洞進(jìn)行維修或整治的頻率相對(duì)較少，且管養(yǎng)人員的業(yè)務(wù)能力、素質(zhì)和意識(shí)有待提高。(3)公鐵涵洞受力特征的差異性，對(duì)涵洞出現(xiàn)的病害類型及其發(fā)展具有間接的影響，具體來(lái)說(shuō)，鐵路涵洞承受動(dòng)荷載的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、頻次低，會(huì)引發(fā)洞身錯(cuò)位或填縫脫落、基礎(chǔ)開(kāi)裂等病害，但基本不會(huì)出現(xiàn)涵洞下沉或軌頂開(kāi)裂的情況；而公路涵洞承受行車動(dòng)載的持續(xù)時(shí)間短，但頻次高，對(duì)涵洞頂部路面或進(jìn)出口翼墻的影響較大，因此，導(dǎo)致涵洞出現(xiàn)的病害類型及位置有所區(qū)別。

因此，在分析公鐵涵洞病害的差異性的基礎(chǔ)上，可以得到如下認(rèn)識(shí)。

(1)為了從根本上避免黃土地區(qū)公路涵洞在運(yùn)營(yíng)期出現(xiàn)各類中等病害，應(yīng)參考鐵路涵洞、尤其是高速鐵路涵洞的設(shè)計(jì)理念與方法，從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)角度出發(fā)，在對(duì)地形地貌、勘察資料充分考慮的前提下，盡量提高公路涵洞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從涵洞平面布設(shè)、地基處理措施、防排水設(shè)計(jì)、涵洞類型設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根本上解決新建各類涵洞或鐵路涵洞在后期出現(xiàn)嚴(yán)重病害的問(wèn)題。

(2)參考鐵路及其附屬設(shè)施(包括涵洞等)的管理模式，對(duì)公路涵洞尤其是對(duì)高等級(jí)公路涵洞出現(xiàn)的病害進(jìn)行定期檢查和養(yǎng)護(hù)，發(fā)現(xiàn)中等病害及時(shí)整治，對(duì)病害易發(fā)路線或路段應(yīng)加大維護(hù)與排查力度，嚴(yán)防病害由輕微向中等、嚴(yán)重程度惡化。

(3)應(yīng)對(duì)公路涵洞病害發(fā)育程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)與鐵路涵洞病害發(fā)育程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別對(duì)待，對(duì)普通鐵路與高速鐵路、一般地區(qū)與特殊地區(qū)(如凍土區(qū)、軟土區(qū)等)的病害類型與其發(fā)育程度的劃分等級(jí)也應(yīng)該視實(shí)際情況而定。

5　結(jié)論與建議

本文在對(duì)青海東部黃土地區(qū)公鐵涵洞病害現(xiàn)場(chǎng)充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)其病害類型及特征進(jìn)行了分析，并探討了鐵路涵洞和公路涵洞病害差異性，得到如下結(jié)論。

(1)黃土地區(qū)高等級(jí)公路涵洞的主要病害類型有涵洞下沉、涵頂路面開(kāi)裂、翼墻沉降開(kāi)裂或傾斜錯(cuò)位、涵節(jié)錯(cuò)位或填縫脫落、基礎(chǔ)開(kāi)裂、內(nèi)部積水淤塞、進(jìn)出口積水淤塞、涵背填土塌陷等。

(2)蘭西鐵路涵洞在黃土區(qū)段出現(xiàn)的病害類型主要是涵洞內(nèi)部積水和進(jìn)出口積水等，基本沒(méi)有出現(xiàn)涵頂路(軌)面開(kāi)裂或沉降的情況。

(3)相對(duì)于公路涵洞病害，青海東部黃土地區(qū)蘭西鐵路涵洞病害明顯較少，病害程度也比較輕微，發(fā)育程度以輕微居多，中等病害的比例很小，嚴(yán)重病害的比例極其少有。

(4)公鐵涵洞病害的差異性是由涵洞結(jié)構(gòu)自身特征、荷載及受力特征、地基巖土體特性、施工因素、管養(yǎng)模式等綜合因素導(dǎo)致的，因此，應(yīng)區(qū)別對(duì)待公鐵涵洞病害類型及其發(fā)育程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)，同時(shí)應(yīng)考慮特殊巖土體地基特性的影響。

(5)對(duì)黃土地區(qū)新建高等級(jí)公路的涵洞設(shè)計(jì)應(yīng)借鑒鐵路涵洞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免或減少運(yùn)營(yíng)期公路涵洞出現(xiàn)多種病害。

本文分析的公鐵涵洞病害特征及其差異性是針對(duì)青海東部黃土地區(qū)工程調(diào)研得到的，相對(duì)于調(diào)研的公路涵洞數(shù)量，鐵路涵洞調(diào)查樣本數(shù)量偏少，對(duì)鐵路涵洞出現(xiàn)的病害類型及其特征總結(jié)并不全面，對(duì)公鐵涵洞病害發(fā)育程度的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步研究和完善。受地域特征、地質(zhì)條件、地形地貌等因素的影響，公鐵涵洞病害特征及差異性會(huì)有所不同，應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

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