暗渠箱涵結(jié)構(gòu)病害規(guī)律分析與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

駱 成，李慶鋒，楊文藝

(1.江西錦路科技開發(fā)有限公司，南昌 330025;2.武漢馬房山理工工程結(jié)構(gòu)檢測有限公司，武漢 430070)

市政箱涵暗渠是重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，是大型排水結(jié)構(gòu)，對城市防汛有重要作用。如我國新型城市雄安市，箱涵暗渠對城市排澇發(fā)揮巨大作用[1,2]。

箱涵暗渠一旦建造完畢投入使用，由于條件的限制，缺乏維護計劃和維護作業(yè)，容易被忽視，其技術(shù)狀況基本無從得知，結(jié)構(gòu)完整性難以得到保障。這一廣泛存在的情況，鮮少被專業(yè)部門和人士提及。此外，箱涵暗渠的結(jié)構(gòu)性缺陷采用哪一類標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程來進行評估，也有待于更進一步厘清。

論文分析了箱涵暗渠常見的病害和誘因，以及進行結(jié)構(gòu)性能評估時采用的原則和標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合案例說明了部分現(xiàn)澆式鋼筋混凝土箱涵病害的主要特征，并對設(shè)計、施工、養(yǎng)護和維護提出了建議。

1 箱涵暗渠評估現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)適用性分析

1.1 箱涵暗渠評估現(xiàn)狀

箱涵暗渠所受重視程度不及其他結(jié)構(gòu)。原建設(shè)部于2010年曾開展調(diào)研[3]，表明大量的箱涵和暗渠，缺少科學(xué)合理的系統(tǒng)維護；其市政功能、結(jié)構(gòu)安全，遠遠落后于城市需求，輕則降低城市宜居性，重則帶來安全隱患。

此后不久，2013年青島市“11·22”中石化東黃輸油管道泄露爆炸事故震驚全國。調(diào)查報告表明，事故的發(fā)生與箱涵暗渠有關(guān)，主要原因是輸油管道與排水暗渠交匯處管道腐蝕減薄、管道破裂、原油泄漏,流入排水暗渠及反沖到路面。原油泄漏后,引發(fā)暗渠內(nèi)油氣爆炸[4]。不難理解，由于對暗渠局部的結(jié)構(gòu)性能、理化環(huán)境作用演化缺少充分認知，暗渠內(nèi)部管道檢測不及時，加之后期管理不當(dāng)，共同釀成了這次重大事故。

一般認為，暗渠的維護檢查，可按市政技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》CJJ181執(zhí)行。常見病害可分為功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷。功能性缺陷包括沉積、結(jié)垢、障礙物、殘墻壩根、樹根、浮渣等。結(jié)構(gòu)性缺陷有破裂、變形、腐蝕、錯口、起伏、脫節(jié)、接口脫落、支管暗接、異物穿入和滲漏等。按照缺陷的程度又可分為1～4級，分別為輕微、中等、嚴(yán)重和重大缺陷。

相比城鎮(zhèn)排水管道，暗渠箱涵有自身的特點，不宜完全按CJJ181進行評價。暗渠箱涵通常采用矩形斷面，截面荷載較大，內(nèi)力分布比圓形的預(yù)制管道更為不利；現(xiàn)澆箱涵的整體性較好，一般沒有接頭的錯動等缺陷；箱涵結(jié)構(gòu)空間尺寸較大，排水?dāng)嗝娲?，通過性強，淤積不嚴(yán)重；與預(yù)制排水管的功能性缺陷突出相比，暗渠箱涵的結(jié)構(gòu)性缺陷，則更為典型和普遍，也更容易造成安全隱患。從其他研究成果看[5,6]，也有類似結(jié)論。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)適用性

在箱涵暗渠檢測中，直接指導(dǎo)或間接參照的標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)程)如表1所示。

表1 箱涵暗渠檢測評估相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)箱涵，在結(jié)構(gòu)、材料的具體檢測方法上，顯然適用《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50784。對于結(jié)構(gòu)病害的分析評估，現(xiàn)行技術(shù)體系中，以《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》CJJ181作為評價依據(jù)，并可以計算出結(jié)構(gòu)性缺陷參數(shù)。

但規(guī)程CJJ181中對于管(涵)的結(jié)構(gòu)缺陷評估方法，明顯更適用于預(yù)制的混凝土管道，而不太適用于矩形的現(xiàn)澆混凝土管涵。鑒于此，參考文獻[6]，也可借鑒《水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術(shù)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)》DL/T5251評估病害。

2 箱涵病害的原因

2.1 歷史原因

城市建設(shè)過程中，暗渠箱涵往往是逐步改建的，缺少整體的規(guī)劃或統(tǒng)籌計劃。由于土地緊缺、市容市貌改善、提高交通能力等原因，不少地方為了提高土地利用率，會將河溝、明渠等改造為箱涵，增加了暗渠箱涵的數(shù)量。

2.2 勘察設(shè)計原因

1)勘察原因。暗渠箱涵修建于既有的河(溝)道，地基條件復(fù)雜或底層變化較大，設(shè)計前沒有進行充分的勘察，或勘察資料不全。

2)設(shè)計原因。設(shè)計中對于暗渠周邊環(huán)境的改造、條件的變化，缺少提前的規(guī)劃和預(yù)判。歷史上對于市政設(shè)施缺少耐久性設(shè)計，結(jié)構(gòu)病害發(fā)生、發(fā)展迅速。

2.3 使用維護原因

1)荷載條件變化。箱涵建成后，在周邊存在大量工程建設(shè)，特別是土方開挖和土方堆載等改變了荷載條件。

2)外部結(jié)構(gòu)改造。在箱涵上部加蓋其他構(gòu)筑物，甚至加蓋建筑物，或者是直接穿越暗渠箱涵結(jié)構(gòu)，通過內(nèi)部增設(shè)其他管道等設(shè)施。

3)維護管養(yǎng)不足。在上述外部環(huán)境、作用經(jīng)歷過較大變化時，沒有充分及時準(zhǔn)備配套保護措施。

4)排放條件變化。排放物除了雨水污水之外，可能還有其他廢水，導(dǎo)致箱涵的使用環(huán)境急劇惡化。

3 案 例

某防洪工程排洪箱涵約于2015年5月建成，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總長480 m，明挖施工，箱涵內(nèi)部凈空結(jié)構(gòu)尺寸主要為2.2 m×2.2 m，底板、邊墻、頂板厚度均為0.5 m，設(shè)置4個檢查井，每20 m設(shè)置伸縮縫，采用C25混凝土，現(xiàn)場自行攪拌。

在一項市政改造前，發(fā)現(xiàn)箱涵的混凝土頂板出現(xiàn)多條貫通裂縫，裂縫分布主要集中在3號井和4號井之間，遂對暗渠的結(jié)構(gòu)安全情況進行了專項檢測。鑒于該箱涵功能性缺陷不多、結(jié)構(gòu)病害突出，因此按混凝土結(jié)構(gòu)的檢測標(biāo)準(zhǔn)進行現(xiàn)場檢測。

檢測時現(xiàn)場按隨機抽樣原則進行抽樣檢測，抽檢試樣及測點覆蓋箱涵的各項擬檢測指標(biāo)。

根據(jù)該排洪箱涵檢查井的分布，每兩個檢查井之間劃為一個單元，共三個檢測單元。箱涵每20 m設(shè)置伸縮縫，以伸縮縫之間的部分劃分為一個構(gòu)件。具體抽檢構(gòu)件現(xiàn)場確定。每一個檢測單元的檢測內(nèi)容包括箱涵頂板、側(cè)墻實際截面厚度及凈空尺寸；箱涵混凝土質(zhì)量和缺陷；鋼筋配置、頂板/邊墻鋼筋數(shù)量、混凝土保護層厚度檢查；材料(混凝土和鋼筋)強度；箱涵頂板撓度；基礎(chǔ)沉降。

現(xiàn)場檢測結(jié)果的概要如表2所示；現(xiàn)場檢測時觀察到的混凝土和鋼筋病害如圖1、圖2所示。

表2 病害分布及特征

結(jié)合表2、圖1和圖2，不難判定，該現(xiàn)澆混凝土暗渠箱涵，結(jié)構(gòu)性缺陷問題非常嚴(yán)重。雖然《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》CJJ181的結(jié)構(gòu)評分方法不完全適用于箱涵，但根據(jù)其原則仍然可判定，結(jié)構(gòu)性缺陷等級已經(jīng)達到IV級，箱涵存在重大缺陷，損壞嚴(yán)重或即將導(dǎo)致破壞，需要立即采取有效措施進行加固補強。

針對此項工程病害特點，可以推斷結(jié)構(gòu)缺陷和病害的主要原因，主要包括：

1)箱涵建成后，頂板上所經(jīng)歷的荷載(組合)，比設(shè)計荷載高出較多；運營后，對箱涵所在場地缺少保護，容易導(dǎo)致超載。

2)現(xiàn)場制備的混凝土質(zhì)量控制不良，導(dǎo)致混凝土強度嚴(yán)重偏低。

3)施工過程的質(zhì)量管理不嚴(yán)，混凝土的一般病害和夾雜廣泛存在。

4)上述荷載、材料、施工問題的存在，加上耐久性設(shè)計不足，在高濕且循環(huán)的條件下，鋼筋銹蝕發(fā)展非常迅速，伴隨其他材料病害的進展。

5)場地勘察不足，防護(防滲漏)措施不足，地基軟化且伴隨基礎(chǔ)沉降發(fā)生。

4 結(jié) 論

對箱涵暗渠在市政設(shè)施和城市保障維護管養(yǎng)現(xiàn)狀、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適用性進行研究，得到以下結(jié)論：

a.箱涵暗渠是市政工程中一項關(guān)鍵性設(shè)施，在城市防洪防澇中具有不可替代的作用。目前對箱涵的技術(shù)狀況的關(guān)注度，不能匹配其功能重要性；大量箱涵暗渠技術(shù)狀況不良，不利于城市安全度和宜居性。

b.《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術(shù)規(guī)程》CJJ181所列的結(jié)構(gòu)性病害檢測和評估項，部分內(nèi)容在箱涵暗渠中針對性不強，適用性有待提高。

c.結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)的檢測和評估原則，借鑒相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用混凝土結(jié)構(gòu)的有效檢測方法，可對現(xiàn)澆混凝土箱涵暗渠此類病害進行有效的評估，并得出有指導(dǎo)性的結(jié)論。

d.箱涵暗渠的勘察、設(shè)計、施工、運維和檢測評估環(huán)節(jié)，都要提高技術(shù)管理水平和嚴(yán)謹性。設(shè)計階段要適當(dāng)考慮中長期開發(fā)規(guī)劃，對于可能的荷載要有充分準(zhǔn)備。建設(shè)單位要提高對地下設(shè)施的管理水平，特別是在建設(shè)環(huán)境發(fā)生重大改變時，要及時進行設(shè)施的檢查、記錄和評估，并對已發(fā)生的病害及時處理。