山区公路涵洞水毁原因研究和防护措施探

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山区公路涵洞水毁原因研究和防护措施探　　【摘要】随着社会的发展和经济的进步，山区公路工程越来越多。涵洞工程作为公路主要的排水方式，发挥着重要的作用。为了促进山区公路工程的发展和发挥其最大作用，对山区公路涵洞水毁原因及防护措施进行讨论是非常重要的。【关键词】山区公路；涵洞；水毁；原因；防护措施中图分类号：F540.3文献标识码：A1、前言文章对山区公路涵洞的常用结构形式进行了简要阐述，对涵洞水毁的原因及防水失效的原因进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对山区公路涵洞防护和补漏措施进行了探讨。山区公路涵洞的常用结构形式涵洞按自身构造形式不同可分为管涵、盖板涵、拱涵和箱涵。各类型又可有不同材料构成多种类型的涵洞。山区公路涵洞的常用结构形式如下：2.1.石盖板涵，除了具有石拱涵能就地取材、结构坚固、造价低、工程费用少等特点外；还具有建筑高度小、对地基条件要求不高、施工简便、易于修复等特点。但其力学性能较差，一般仅适用于跨径小于2m的涵洞。8 2.2.钢筋混凝土盖板涵是无石料地区常采用的一种形式，根据施工方法不同还可分为现场浇注和预制装配两种。预制装配式具有不受气候条件影响、工期短节省模板等优点，适用于桥涵分布集中并有运输及吊装条件的公路。现场浇注式整体性能好，施工不需要运输及吊装设备、施工简便，适用于分散或改建的单个涵洞，以及不具备运输条件及吊装条件的公路。2.3.钢筋混凝土箱涵箱涵是一种整体闭合式钢筋混凝土薄壁框架结构，具有良好的整体性能和抗震性能。由于施工较复杂、造价高，一般用于软土地基和高等级公路。常用跨径为2m、2.5m、3m、4m、5m。壁厚一般为22cm~35cm，内壁四个折角出一般做成45°的斜面。2.4.钢筋混凝土圆管涵洞，该涵洞主要应用于农业灌溉，公路建设中。其优点有：结构型式较简单，受造价低，便于工厂批量生产，受力情况以及适用基础性能良好。缺点有：过水能力小，接缝处防水结构复杂，常出现因接缝处漏水影响路基稳定性等现象。3、山区公路涵洞水毁成因分析3.1.冲刷作用8 山区公路所面临的山谷一般都有较陡的坡度，从山谷中下泄的水流流经涵洞时，涵洞孔径通常对天然河床都有较大的压缩，致使进口断面的流速中间较大，两侧较小，而水流进入进口断面以前，整个水流断面的流速都较大，这样会对涵洞的进口处两侧产生较大冲击力和冲刷作用。洪水来临时，涵洞的进口处的冲刷作用更加强烈，极易造成进口被冲刷破坏，就可能导致整个涵洞被冲毁。即使涵洞进口没有被水毁，遭受冲刷后防渗能力就会大幅下降，水流会深入涵洞洞身外围的岩土体，路基岩土体在下渗水流的入渗和潜蚀作用下，强烈急剧下降，造成涵洞整体破坏，如果水流继续发展，最终可能将路基冲毁。3.2.淤积山区是多泥沙河流，善冲善淤，涵洞淤积现象严重。在自然情况下，河道水流驱使床面泥沙运动，泥沙运动后的床面又影响水流结构，山区降水量大，降雨季节比较集中，洪水来临时，由于洪水流速快，沿途冲刷挟带泥沙或漂浮物能力大，使河床抬高，堵塞涵洞口，另外，由洪水引发的滑坡、泥石流等自然灾害破坏力巨大，携带大量泥砂和树枝，堵塞涵洞洞口，水流无法通过，从而将下游路基整体摧毁。淤积造成的涵洞破坏。3.3.渗漏渗漏是山区公路涵洞常见病害之一，如果不加重视，必将影响涵洞的结构稳定性、耐久性、外观质量以及台背路基的稳定性等。涵洞的渗漏方式主要有以下两种形式：（一）由内到外8 这种形式常见于压力涵洞或半压力涵洞。由于洪水超标，涵洞内水压力过大和涵洞连接缝止水老化，易使防水层破裂或脱落。（二）由外到内这种形式通常由于涵洞周围填土不密实或未设截水环，在高水头差的作用下，水流沿涵洞台身或顶部由外到内渗漏，形成集中渗漏，长期这样甚至会侵蚀混凝上板内钢筋，导致混凝土剥落，严重的会引起涵洞结构性破坏。3.4.翼墙受洪水冲刷破坏进口翼墙直接承受洪水迎面冲刷或出口段长度不足，扩散角太大而引起回流对翼墙淘刷，使得翼墙填土被淘空，导致翼墙倾斜、断裂、冲垮。4、山区公路涵洞防水失效的原因4.1.设计不合理8 涵洞在设计过程中没有考虑到施工地点有较高的地下水位、丰富的泉眼、较深的山谷等，造成设计与现实施工的差异，普遍存在涵洞设计位置不合理、流水面标高不合理、过水面积不足等问题，使涵洞的排水效果达不到现实的要求。加之涵洞的基底处理方案和措施不完善，致使涵洞的基底和洞口铺砌冒水。同时由于涵洞洞口铺砌截面短，出水洞口一般都没有超过翼墙尾端，而且隔水墙外也没对沟渠底进行有效加固，造成涵洞的底部冲刷由此处发生，翼墙、端墙厚度偏小，墙背面坡比小，墙体自重轻，抗倾覆能力低，在墙外填土压力作用下，致使墙体向外倾斜，直至倒塌。4.2.材料选择不当防水混凝土、沥青、油毡等都是涵洞防水施工过程中常用的材料，它们都有着很好的防水效果，但由于材料使用上的不合理或者本身性能的局限性，容易造成防水的失败。4.3.施工原因防水施工是整个涵洞防水的重中之重。在施工过程中，防水混凝土配比或施工不合理，而导致防水能力下降；沥青麻絮熬制温度过高使沥青老化散失粘结力；需要黏附防水材料的面层没有彻底清理，导致两者之间粘贴不密实，一段时间后就会发生脱落，失去功效。5、山区公路涵洞防护措施分析从理论上讲涵洞的水流平面扩散要均匀、减小局部的最大单宽流量、改变铺砌末端水流的垂直流速分布等方面的可以有效的减小水流冲刷对涵洞的影响。为了验证理论分析的正确性，同时提出涵洞合理的防护消能方式，为工程实际服务，我们对涵洞出口铺砌的长度、挑坎的布置形式、抛石防护等几个方面进行了试验研究并得出如下结论。5.1.增加涵洞后的铺砌长度8 增加涵洞后的铺砌长度，可以减少冲刷坑对涵洞的威胁，减少涵洞破坏的几率。特别是当流量较大时，铺砌越长，对涵洞的防护效果越好，效果越明显。采用较短的铺砌时，出口处水流的流速较大，水流来不及向两侧扩散，水流的流速不均匀，造成局部冲深过大，而采用较长的铺砌时，水流在铺砌段内流速趋向于均匀流，因此垂裙处冲刷深度较为一致，对下游河床的冲刷深度也较小，最大冲刷点也距离垂裙较远，由此可以得到，加长铺砌，可以改变水流的流态和流速的垂直分布，因而减少冲刷深度，但铺砌不宜过长，铺砌过大将大大增加工程的造价。5.2.设置不同级挑坎采用挑坎消能防护的方式，变冲为淤，可以减少水流对垂裙处的直接冲刷深度，特别是挑坎后有一段铺砌时，防护消能的效果也较好。挑坎防护系一种构造物，来改变水流条件。它是紧靠涵洞加固段的末端变冲为淤的防护方法，通过设置一级、二级、三级挑坎来实现目的。当采用挑坎时，可以改变水流的流态，减小底流的流速，逐步形成面流的流态，并且当在铺砌的末端再加一级挑坎时，可以进一步降低底部的流速，水流的上部流速更加增大，可以减少对垂裙后泥沙的直接冲刷。　　在二级挑坎的后部，加铺一定长度的铺砌，消能的效果会更好，因为二级挑坎进一步消弱了水流的能量，其后加铺一段距离，可以使水流的流态更加稳定，减少局部最大流速的产生。8 设置三级挑坎，可以使垂裙后部变冲为淤，但处理不当会在两侧产生水流回漩，反而会加大局部冲刷深度，此时可以采用降低河床加固标高的形式，即将河床铺砌加固面标高降低到下坎顶或上坎顶与河床面齐平时，可以取得较好的消能效果。5.3.出口处抛石防护抛石防护可以起到较好的防护效果，特别是采用较大的砾石、较长的铺砌长度铺砌垂裙后部时，冲刷坑的深度有较大的减少，其原因在于较大的砾石的起动流速较大，其起动需要较大的流速，同时它还可以调整垂直流速分布，使河床冲刷坑平、浅、长，避免底流使冲坑出现陡、深、短的情况；而且有助于水流的平面扩散，不使旁侧回漩，减小河床中部的冲刷坑深度，避免形成左右两个冲刷坑危及边坡的稳定。6、山区公路涵洞补漏措施6.1.翻修加固。对于纵向漏水较为严重的涵洞，应该采取整体拆除翻修，重建新涵洞。但是会出现土方开挖量较大，耗时耗力等情况。6.2.涵洞内加固。对于涵洞结构损坏不是很严重，外壁防漏效果较好，渗漏较小的情况，可以用化学材料修补或重新抹面，勾缝破损处。当以上措施不能解决涵洞内部漏水量大的问题时，就需要在涵洞内壁预制一个混凝土U型槽。8 6.3.注浆补漏措施。一是洞外注浆。沿涵洞的中心线方向，在涵洞两侧的翼墙上布孔，从翼墙上钻孔注浆，充填涵洞外壁与坝体之间的纵向渗漏通道，从而达到防渗补漏的效果。二是洞内注浆。当涵洞的完整性较好，墙体较厚且具有足够大的内腔尺寸时，可以将钻孔布置在洞壁的各漏水点，水泥浆液在注浆机强大的压力作用下，沿漏水通道逆水流方向而上，将漏水的缝隙填充，等到水泥浆凝固时就可以达到防水补漏的效果。7、结束语山区公路对于山区经济的发展具有极其重要的作用，因此，要加强对山区公路涵洞水毁问题的处理，加强施工设计，保证施工质量，注重后期养护，减少水毁问题的发生。参考文献：[1]左从.关于山区公路涵洞水毁问题的研究和对策[J].公路建设.2012（15）：11-15.[2]林朝晖.公路涵洞在公路排水中的重要性分析[J].排水工程.2012(11):56-58.[3]吴凤霞，山区公路水毁问题的成因及防治措施探讨[J]，建筑风，2011(20)：21-23.[4]孟祥凯.公路涵洞的补漏方式[J].城市建设工程，2010（10）：78-80.8