公路混凝土箱涵技術狀況評定方法探討

徐建武，李照奇（.浙江省交通工程建設集團，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狀況評定方法探討

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

在應用現行的公路橋涵技術狀況評定規范對混凝土箱涵結構進行技術狀況評定時，存在結構類型劃分模糊、評定依據不全面和客觀性不足等問題。為克服上述弊端，借鑒《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）（以下簡稱《評定標準》）的評定思路和構件評定細則，結合箱涵的結構特點進行層次劃分和權重設置，采用缺陷扣分法、分層綜合評定法，在現有規范體系下對箱涵的技術狀況評定做進一步細化。缺陷扣分法把箱涵作為一個整體考慮，按照單項缺陷扣分的方式，引入《評定標準》的量化評定指標，根據橋梁檢測的實際病害缺陷，實現對箱涵技術狀況的簡易快速評定；分層綜合評定法是將箱涵按“構件層”、“部位層”、“結構”進行層次劃分，然后參照《評定標準》的計算方法開展涵洞結構的技術狀況評估。經實際工程應用，缺陷扣分法評估簡易、快速，評估精度基本滿足要求，而分層綜合評定法雖然計算及評定過程稍顯復雜，但由于其理論依據充分，因此評定結果也更加客觀、準確。

橋梁；箱涵；技術狀況評估；缺陷扣分法；分層綜合評定法

0　引言

表1《公路橋涵養護規范》（JTG H11—2004）中的橋涵技術狀況評定方法

評定方法綜合評定法重要部件最差缺損評估法標準對照法原則根據缺損程度(大小、多少或輕重)、缺損對結構使用功能的影響程度(無、小、大)和缺損發展變化狀況(趨向穩定、發展緩慢、發展較快)等3方面，以累加評分方法對各部件缺損狀況做出等級評定根據重要部件（上部結構主要承重部件、墩臺及基礎等）的缺損情況進行評估對照規范的橋梁技術狀況評定標準，結合定期檢查，評定橋梁等級特點部件權重可根據實情調整，但應經過批準認可；影響結構安全性的權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狀況以定性評估為主，不能給出定量損傷程度；評定結果易受評定者自身素質影響

作為行業標準，《養護規范》在指導我國公路橋涵養護管理工作中發揮了很大的作用。但在應用過程中，上述橋涵技術狀況評定方法均存在一定的缺陷和不足，突出表現在：評定的主觀性過強，對評定人員的技術要求較高，易造成評定結果的偏差比較大，某些情況下難以真正、完整地反映結構的實際狀態[2-3]。加之近年來公路建設發展迅猛，為適應新形勢，根據公路工程標準規范體系的要求，交通運輸部將《養護規范》中的橋梁評定內容擴充編寫為《公路橋梁技術狀況評定標準》[4]（JTG/T H21—2011），以下簡稱《評定標準》），單獨成冊?！对u定標準》規定對橋梁的技術狀況評定按分層綜合評定法和5類橋單控指標法這兩種方法進行（如表2所示），其中分層綜合評定法較《養護規范》的綜合評定法更優化、合理，如上部結構部件按橋型分類并加以細化，更具可操作性和實施性，因此其評定結果準確性更高，更接近于橋梁實際狀況[5-7]。

表2《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）中的橋梁技術狀況評定方法

評定方法分層綜合評定法5類橋單控指標法原則橋梁上部結構各構件技術狀況橋梁下部結構各構件技術狀況橋梁下部結構各部件技術狀況橋梁上部結構各部件技術狀況橋梁上部結構技術狀況橋梁下部結構技術狀況橋面系各部件技術狀況橋面系技術狀況橋面系各構件技術狀況橋梁總體技術狀況符合本部分規定的任一情況時，即將整座橋技術狀況評定為5類特點較《養護規范》的綜合評定法更優化、合理，評定結果準確性高；上部結構部件按橋型分類并加以細化，更具有可操作性和實施性保證公路橋梁結構的安全運營

在現行規范體系內，《養護規范》（JTG H11— 2004）屬于行業標準，《評定標準》（JTG/T H21-2011）屬于行業推薦性標準，因此，在現階段日常橋梁評定工作中，可根據項目實際情況及委托單位要求，對于兩本規范任選其一[8]。

因高速公路兩側交通及排水需要，鋼筋混凝土整體埋置式箱涵被大量使用，由于建設質量、荷載及其他原因，部分箱涵結構出現了嚴重的病害[9]。在進行技術狀況評估時，由于《養護規范》對涵洞結構關注較少，《評定標準》主要針對橋梁而不涉及涵洞結構，因此目前尚無更為細化、具體的涵洞評定標準，實際工程檢測中評定箱涵結構技術狀況時，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《養護規范》中的涵洞檢查評定辦法在一定程度上并不適合；

②采用《養護規范》推薦的考慮各部件權重的綜合評定法時，箱涵作為一個整體構件，對部件劃分沒有做規定，操作性不強，評定結果偏差大；采用標準對照法（《養護規范》的表3.5.2-3）評定時，主要以目測結果為依據，要求檢測工程師經驗豐富，否則評定結果主觀性很大，且該方法基本忽略客觀試驗檢測結論（如一般橋梁檢測涉及的強度、碳化深度、保護層厚度、氯離子含量等檢測項目），其評定依據不夠全面；

③如果借鑒《評定標準》的規定進行評定，由于箱涵結構的整體性特點，仍然存在構件、部件如何劃分的問題，并導致無法采用分層綜合評定法評定。

十八大以來，習近平總書記在多個場合強調科技創新的重要性，曾在全國科技創新大會、兩院院士大會、中國科協第九次全國代表大會上強調：“要在我國發展新的歷史起點上，把科技創新擺在更加重要的位置，吹響建設世界科技強國的號角?！边€多次提到要掌握核心技術，并指出核心技術受制于人是最大的隱患，而核心技術靠化緣是要不來的，只有自力更生。

因此，客觀上而言，目前公路混凝土箱涵的評定方式和方法存在一定的不合理之處，亟需在既有橋涵結構技術狀況評價體系之內為箱涵結構的技術狀況評估尋求一種新的更為科學的方法，對規范和標準進行補充完善，為公路基礎設施的養護管理提供更加科學、合理的依據。

1　混凝土箱涵評估建議方法

1.1缺陷扣分法

由于箱涵構件少，只有一個主要構件，把箱涵作為一個整體考慮，按照單項缺陷扣分的方式，引入《評定標準》中相關的一些量化評定指標及標準，如混凝土蜂窩、麻面、剝落、空洞面積或比例，保護層厚度，銹蝕（鋼筋自然電位、混凝土電阻率）等，根據實際病害缺陷及試驗檢測結果，結合《評定標準》的構件技術狀況評分規定，可實現箱涵技術狀況評定的簡易、快速評定。建議箱涵技術狀況評分按式（1）計算：

式中：Dr為箱涵技術狀況評分；DPi為第i類缺陷（病害）的扣分值，根據構件各種檢測指標的最高標度類別和實際標度確定，具體參照《評定標準》中表4.1.1和第5章、第9章、第10章的構件技術狀況評定內容執行；ηi為第i類缺陷（病害）的扣分權重，考慮不同病害對結構安全、耐久性的影響程度，分別對各病害類型賦予相應扣分權重，理論上此權重參數需通過大量工程樣本分析后得出，本文根據筆者經驗給出相應的建議值，具體見表3。

表3　箱涵構件主要缺陷（病害）及扣分權重建議

1.2分層綜合評定法

參照《評定標準》的分層綜合評定法開展涵洞結構的技術狀況評估。箱涵不存在類似橋梁的下部結構，但是同樣存在沖刷、淤積等病害，因此箱涵的評定仍需考慮基礎部位的技術狀況。由于箱涵結構較橋梁結構簡單，因此擬定評定層次為3層，即構件層、部位層、結構，省略《評定標準》中的部件層：先分別對箱涵各構件進行評定，再對結構、基礎和路面3個部位分別評定，最后進行箱涵結構總體技術狀況評定。《評定標準》中，部件層所規定的主、次要部件劃分及其評定標度劃分，在箱涵評定中均由部位層執行。評定指標層次如圖1所示，具體評分按式（2）~式（4）計算。

圖1　箱涵結構技術狀況評定指標

式中：當x=1時，U1=DP1，當x≥2時，（其中，j=x，x取2，3，…，k），當k≥2時，Ux計算公式中的扣分值DPj按從大到小順序排列；PMCIl為箱涵第l構件的得分，當存在多個構件時取平均值，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狀況評分；wi為某構件的權重系數，詳見表4；m為結構（基礎或路面）的構件個數。

式中：Dr為箱涵總體技術狀況評分；Wi為結構（基礎或路面）的權重系數，詳見表4。

表4　箱涵構件劃分及權重建議

2　箱涵的裂縫缺陷評定標準及整體技術狀況分類界限

箱涵的構件較橋梁結構的構件少很多，其相應的缺陷及病害形式也較為集中，評分時僅需部分引用《評定標準》第5~10章的構件狀況評定的內容。其中，頂、側板裂縫是混凝土箱涵最主要的病害，且從涵洞內壁觀測，一般情況下底板裂縫是不易觀測到的。各構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、對結構安全和耐久性的影響程度均有所區別，因此箱涵的裂縫評定應與《評定標準》中的表5.1.1-11、表5.1.1-12“梁橋的裂縫評定標準”有所區別，建議的裂縫評定標準如表5、表6所示。

表5　建議的箱涵裂縫評定標準

表6　建議的箱涵裂縫寬度限值

箱涵的技術狀況等級劃分同《評定標準》的規定，如表7所示。

表7　箱涵技術狀況分類界限

3　箱涵結構技術狀況評估方法的應用

以華東地區某高速公路橋涵定期檢測報告[10]為例，檢驗箱涵技術狀況評定方法。背景工程中某高速公路箱式通道，跨越地方機耕路，為1跨3m鋼筋混凝土箱式結構。原箱涵左幅長18.83m，右幅長18.78m，總長37.61m，后對高速公路進行拓寬，左側加長11.01m，右側加長11.09m。拓寬部分結構型式與原結構相同。箱涵與下方道路夾角為55°，凈高2.2m。原箱涵凈跨徑為3m，設計高度為2.3m，箱涵頂板、底板厚29cm，側墻厚27cm。拓寬箱涵凈跨徑為3m，設計高度為2.3m，箱涵頂板、底板厚34cm，側墻厚32cm。原箱涵和拓寬箱涵間未設置連接。經檢查，該箱涵出現的病害問題如表8所示。

表8　背景工程箱涵的主要病害

分別按分層綜合評定法和缺陷扣分法對該箱涵進行技術狀況評定，并與原評定結果對比，如表9所示。

表9評定結果

從評分與評定等級來看，本文建議方法與原評定方法的結果區別主要在原箱涵的評定等級上。原方法采用的是對照《養護規范》中的表3.5.2-3進行評定，結論為二類結構物，但該表以目測項目為主，未充分考慮試驗檢測結論，如原箱涵的右幅頂板和側墻保護層厚度不足，但“標準表3.5.2-3”忽略了此部分內容，因此評定等級過高。

使用過程中發現，缺陷扣分法評估簡易、快速，結果精度基本滿足要求，但其主要病害的扣分權重仍值得商榷，需要通過大量工程案例來驗證和調整；分層綜合評定法考慮因素細致、全面，理論依據充分，結果客觀準確，但計算及評定過程稍顯復雜。

4　結語

通過分析總結現行橋涵技術狀況評估體系，發現公路混凝土箱涵技術狀況評估存在的問題，通過研究提出兩種新的箱涵技術狀況評估方法：缺陷扣分法和分層綜合評定法。經實際工程的驗證，這兩種新方法能避免原有評估體系中對箱涵結構類型劃分模糊、評定依據不全面和主觀性過強等弊端，評定結論客觀、準確，能滿足工程應用的需要。其中，分層綜合評定法相對于缺陷扣分法，理論依據更為充分，因素考慮更為全面細致。但這兩種方法中各類構件或病害的權重仍需通過大量工程案例加以驗證。

[1]陜西省公路局，長安大學.JTG H11—2004公路橋涵養護規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]劉國金.關于《公路橋涵養護規范》橋梁技術狀況評定方法的探討[J].北方交通，2009（9）：68-70.

[3]任曉輝，裴育.橋梁技術狀況評定方法分析與比較[J].四川建筑科學研究，2014，40（4）：131-135.

[4]交通運輸部公路科學研究院.JTG/T H11—2011公路橋梁技術狀況評定標準[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5]宋永煥，韓帥，袁浩，等.基于《公路橋涵養護規范》與《公路橋梁技術狀況評定標準》的橋梁技術狀況評定結果對比分析[J].交通標準化，2012（2）：33-35，37.

[6]交通運輸部公路科學研究院，北京新橋技術發展有限公司.公路橋梁技術狀況評定指南[M].北京：人民交通出版社，2012.

[7]耿超.淺析新老規范橋梁技術狀況評定方法[J].公路交通科技：應用技術版，2012（7）：293-294，310.

[8]陳棟梁.橋梁技術狀況評定方法比較研究[D].重慶：重慶交通大學，2013.

[9]王偉廣.沿海地區高速公路涵洞病害成因及防治對策[J].黑龍江交通科技，2011（6）：169-170.

[10]西安公路研究院.浙江滬杭甬高速公路2012年嘉興段橋梁檢測報告[R].西安：西安公路研究院，2012.

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

浙江省交通運輸廳科技計劃項目（2014H23）

徐建武（1986—），男，江蘇如東人，工程師，主要從事公路基礎設施的養護設計工作。E-mail:xjw_634@163.com。