青海橋涵病害與自然環(huán)境因果關(guān)系

劉宏偉，方詩(shī)圣

（1.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.青海民族大學(xué)交通學(xué)院，青海 西寧 810002）

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青海橋涵病害與自然環(huán)境因果關(guān)系

劉宏偉1，2，方詩(shī)圣1

（1.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.青海民族大學(xué)交通學(xué)院，青海 西寧 810002）

以青海民族大學(xué)青年項(xiàng)目《高海拔地區(qū)橋梁病害研究》為依托，在充分調(diào)研青海全區(qū)氣候、水文、地質(zhì)資料等方面后，分別調(diào)查G227、G109、G315、G214的局部段的實(shí)地調(diào)查資料和歷年病害整治統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)，分析橋涵病害與所處自然環(huán)境之間存在的客觀聯(lián)系，不同的地質(zhì)、氣候環(huán)境下病害有各自的特點(diǎn)。然而，實(shí)際橋涵的病害是在各種因素下綜合作用的結(jié)果。青海南北線公路涎冰淤塞、橋面鋪裝破壞、斷板是最主要的病害類型，東西線由于雨水較少橋面路面的耐久性性能較好。青海全區(qū)常見的橋涵病害有2類12項(xiàng)。

橋涵病害；自然環(huán)境；病害類型；多年凍土

0　引論

橋梁病害是全國(guó)的普遍現(xiàn)象，但各區(qū)域的病害由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境的不同有明顯的差異性。目前，國(guó)內(nèi)比較成熟的評(píng)估橋梁病害程度的方法有外觀調(diào)查法、檢算評(píng)定法、荷載試驗(yàn)法[1]，其中外觀調(diào)查法是最基礎(chǔ)、最普遍也是成本最低的方法，是展開后兩種方法的最基本的方法。本課題從外觀調(diào)差法獲取的基礎(chǔ)材料，分析橋梁病害與環(huán)境之間的相互關(guān)系；事實(shí)證明橋梁病害產(chǎn)生是多方面綜合因素作用的結(jié)果，這種因素按大類分可以分為兩類：自然因素、社會(huì)因素。其中規(guī)避病害產(chǎn)生的不利因素，使橋梁在服役期間安全工作是大家所希望的，產(chǎn)生病害的原因中有些要素是可控，可提前預(yù)測(cè)的，有些是不可控的。比如：社會(huì)因素中有人為設(shè)計(jì)、施工、社會(huì)發(fā)展因素，修筑橋梁前設(shè)計(jì)方會(huì)對(duì)30年～50年后的交通情況做預(yù)判斷，但這種判斷離預(yù)判期的實(shí)際還是比較遠(yuǎn)，以50年以后交通能力預(yù)估設(shè)計(jì)施工的橋梁，隨著國(guó)內(nèi)機(jī)械加工能力的不斷提升，車輛的性能變化，或許在不到20年的時(shí)間，橋梁表現(xiàn)出輸送和承載能力不足，此外，在人為設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中可能存在不可避免的缺陷，這些因素一般是不可控、甚至是不可預(yù)知的。但在橋梁設(shè)計(jì)施工前，認(rèn)真踏勘，對(duì)橋梁所處環(huán)境有所了解，并熟知不同的自然環(huán)境下有可能存在什么樣的病害，然后進(jìn)行有效的規(guī)避，減少病害發(fā)生的可能性十分必要。從而對(duì)于橋梁病害可以做到“預(yù)防為主，整治為輔”的原則。

橋梁的病害與橋梁所處自然環(huán)境有明顯的關(guān)聯(lián)性。本文通過(guò)對(duì)青海北、中、南，處在不同氣候、水文地質(zhì)的橋梁病害做系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)病害與環(huán)境的關(guān)聯(lián)性。

1　青海自然環(huán)境

青海省自古有 “海藏咽喉”的稱謂。省名因省內(nèi)有內(nèi)陸最大的咸水湖——青海湖而得名。青海省位于青藏高原東北部，東西長(zhǎng)約1200km，南北寬800km，地處于東經(jīng)28°27～103°04’和北緯31°33’～39°19’之間，總面積72萬(wàn)km2，與甘肅、四川、西藏、新疆四省區(qū)相鄰，平均海拔在3000m[2]。境內(nèi)山峰一般都在4500m以上。昆侖山橫貫中部，唐古拉山峙立于南，祁連山矗立于北，中部為柴達(dá)木盆地。巴顏喀拉山和阿尼瑪卿高山是青海著名的山峰，其中還有青海境內(nèi)最高峰格拉丹東海拔6621m。省內(nèi)河流、湖泊眾多，集水面積在500km2以上的河流有276條，水面面積大于1km2以上的湖泊266個(gè)，其中淡水湖151個(gè)，咸水湖85個(gè)，鹽湖30個(gè)。青海湖面積4573km2，平均水深18m。青海省是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地，省內(nèi)分布有高山、丘陵、平原等地形，鹽漬土區(qū)域達(dá)全省面積的1/20，多年凍土區(qū)涉及全省2/3的區(qū)域，季節(jié)性凍土全省境內(nèi)基本全覆蓋。

2　青海公路病害與氣候、地形、地質(zhì)的關(guān)系

2.1青海公路病害與氣候關(guān)系

青海省溫度按年均溫度分為3個(gè)區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（下圖所示）。Ⅱ區(qū)包含柴達(dá)木盆地和河湟谷地，G109、G315穿過(guò)此區(qū)域，此區(qū)域多見季節(jié)性凍土，多年凍土較為少見。從降水量看越往西側(cè)，降水量越少，所以此區(qū)域常見病害為斷板露筋、橋面鋪裝破壞，在鹽湖附近容易發(fā)生橋墩內(nèi)鋼筋銹蝕，涵洞常見橋頭跳車。Ⅰ、Ⅲ屬于極寒區(qū)，冬夏、早晚溫差較大，分布有大面積的多年凍土區(qū)。G214穿越第Ⅰ區(qū)，G227、S204穿越第Ⅲ溫度區(qū)，多發(fā)的病害主要有：涎冰淤塞、橋面鋪裝破壞、橋下襯砌破壞、翼墻等附屬設(shè)施凍脹開裂傾覆倒塌、板間鉸接縫滲水脫落、橋頭跳車等。

2.2青海公路病害與地形關(guān)系

以G227為例，由于G227穿越了祁連山，該條線經(jīng)過(guò)了大通城關(guān)十字至寶庫(kù)鄉(xiāng)12km的河谷區(qū)，寶庫(kù)鄉(xiāng)至鐵邁鄉(xiāng)51km高山重丘區(qū)，鐵邁鄉(xiāng)至大梁鄉(xiāng)63km平原微丘區(qū)，大梁鄉(xiāng)至俄堡鎮(zhèn)32km的山嶺區(qū)及俄堡鎮(zhèn)至扁都口32km的河谷區(qū)，根據(jù)每公里涵洞數(shù)量分布可以看出，河谷地區(qū)公路沿河床階梯行走時(shí)涵洞的技術(shù)最高每公里達(dá)到1.3～3.6道，通過(guò)回頭曲線在山嶺繞行時(shí)，即通過(guò)山嶺及高山重丘區(qū)時(shí)，涵洞每公里0.7～1.5道，平原微丘區(qū)在0.5～1道左右。經(jīng)過(guò)對(duì)其他線路的比對(duì)分析，青海公路橋梁、涵洞分布編號(hào)以2開頭南北線和以3開頭的東西向有一定的規(guī)律，對(duì)后期公路預(yù)算有指導(dǎo)意義。

涎冰淤塞、鋪裝破壞、斷板、跳車、鋪砌破壞是最主要的病害類型。其中鋪裝破壞、涎冰淤塞是青海公路病害最高的病害類型。山谷多水區(qū)鋪裝破壞和涎冰淤塞較為嚴(yán)重。高山區(qū)跳車、涎冰淤塞、鋪裝破壞、斷板較嚴(yán)重，平原微丘區(qū)涎冰淤塞和斷板病害嚴(yán)重，峽谷少水區(qū)斷板病害較嚴(yán)重。

2.3青海公路病害與地質(zhì)關(guān)系

G227在祁連山附近穿越了多年凍土帶，其上限是0.9m、下限是30m，在俄堡鎮(zhèn)、景陽(yáng)嶺附近存在多年凍土，由于樁基、涵基礎(chǔ)對(duì)凍土的擾動(dòng)較小，在這個(gè)區(qū)域沒(méi)有發(fā)現(xiàn)橋墩、橋臺(tái)凍脹的現(xiàn)象，相反在季節(jié)性凍土鐵邁鄉(xiāng)、盤坡、青石嘴鎮(zhèn)附近，發(fā)現(xiàn)了橋臺(tái)、涵臺(tái)、八字翼墻凍脹的現(xiàn)象。

G227在大通城關(guān)鎮(zhèn)至寶庫(kù)鄉(xiāng)段，經(jīng)過(guò)了松散巖類空隙含水巖組富水程度強(qiáng)的區(qū)域，冬春季節(jié)更容易形成涵洞、橋梁涎冰淤塞，主要原因在于此段橋涵跨徑過(guò)小。寶庫(kù)至鐵邁鄉(xiāng)段經(jīng)過(guò)了變質(zhì)巖裂隙含水巖組富水程度中等區(qū)域，此段的病害主要以涎冰淤塞，鋪裝破壞。鐵邁鄉(xiāng)至大梁鄉(xiāng)段跨越了碎屑巖類空隙裂隙含水巖組富水程度中等區(qū)屬于季節(jié)性凍土區(qū)。主要病害為涎冰淤塞、橋涵斷板。大梁鄉(xiāng)至俄堡鎮(zhèn)碎屑巖類空隙裂隙含水巖組富水程度中等區(qū)域，并且為多年凍土區(qū)，此段主要病害為斷板裂縫，由于多年凍土，上限下移短時(shí)間內(nèi)難以顯現(xiàn)，橋涵地基強(qiáng)度比較高。俄堡鎮(zhèn)至扁都口段跨越變質(zhì)巖類裂隙含水巖組富水程度弱區(qū)。病害類型以斷板和附屬設(shè)施破壞為主。歸納總結(jié)以上G227及其他線路后，得出青海不同地質(zhì)情況下高發(fā)病害類型情況見下表。

青海不同地質(zhì)情況下高發(fā)病害類型

3　青海中、小橋病害類型統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的總結(jié)歸納，橋涵常見病害可分為2類12項(xiàng)。根據(jù)是否影響橋涵結(jié)構(gòu)的安全使用功能，把所有病害分為不滿足承載能力極限狀態(tài)病害和不滿足正常使用極限狀態(tài)病害。

4　小結(jié)

綜上所述，本章的內(nèi)容可總結(jié)為如下幾點(diǎn)：

①以0.2的抽樣率抽取東、南、西、北（G214、G227、G315、G109）4條公路為樣本，分析橋涵及病害分布規(guī)律；

②橋涵的病害類型與氣候、地質(zhì)、水文有一定的關(guān)聯(lián)性；

③青海橋涵病害類型分為2類12項(xiàng)。

[] 張宇峰,朱曉文.橋梁工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2010.

[] 吳文飛,房建宏.青海省公路基層冷再生技術(shù)應(yīng)用研究[J].青海交通科技,2015,27(5)：26-30.

[3]嚴(yán)莉華.高寒凍土地區(qū)橋梁病害機(jī)理及處理方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

[4]張豐帆.季節(jié)性凍土構(gòu)筑物凍脹機(jī)理研究及應(yīng)用[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2008.

U445.7+1

A

1007-7359(2016)03-0200-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.073

青海民族大學(xué)青年基金項(xiàng)目《高海拔地區(qū)橋梁病害研究》（2015XJZ19）的子課題。

劉宏偉（1984-），男，青海湟源人，碩士研究生，青海民族大學(xué)講師，主要從事寒區(qū)橋涵病害研究。