暗渠箱涵結構病害規律分析與標準應用

駱 成，李慶鋒，楊文藝

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

市政箱涵暗渠是重要的城市基礎設施，是大型排水結構，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，容易被忽視，其技術狀況基本無從得知，結構完整性難以得到保障。這一廣泛存在的情況，鮮少被專業部門和人士提及。此外，箱涵暗渠的結構性缺陷采用哪一類標準或規程來進行評估，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，以及進行結構性能評估時采用的原則和標準，并結合案例說明了部分現澆式鋼筋混凝土箱涵病害的主要特征，并對設計、施工、養護和維護提出了建議。

1 箱涵暗渠評估現狀與標準適用性分析

1.1 箱涵暗渠評估現狀

箱涵暗渠所受重視程度不及其他結構。原建設部于2010年曾開展調研[3]，表明大量的箱涵和暗渠，缺少科學合理的系統維護；其市政功能、結構安全，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。調查報告表明，事故的發生與箱涵暗渠有關，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,引發暗渠內油氣爆炸[4]。不難理解，由于對暗渠局部的結構性能、理化環境作用演化缺少充分認知，暗渠內部管道檢測不及時，加之后期管理不當，共同釀成了這次重大事故。

一般認為，暗渠的維護檢查，可按市政技術標準《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》CJJ181執行。常見病害可分為功能性缺陷和結構性缺陷。功能性缺陷包括沉積、結垢、障礙物、殘墻壩根、樹根、浮渣等。結構性缺陷有破裂、變形、腐蝕、錯口、起伏、脫節、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、嚴重和重大缺陷。

相比城鎮排水管道，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，內力分布比圓形的預制管道更為不利；現澆箱涵的整體性較好，一般沒有接頭的錯動等缺陷；箱涵結構空間尺寸較大，排水斷面大，通過性強，淤積不嚴重；與預制排水管的功能性缺陷突出相比，暗渠箱涵的結構性缺陷，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]，也有類似結論。

1.2 標準適用性

在箱涵暗渠檢測中，直接指導或間接參照的標準(規程)如表1所示。

表1 箱涵暗渠檢測評估相關技術標準

現澆混凝土結構箱涵，在結構、材料的具體檢測方法上，顯然適用《混凝土結構現場檢測技術標準》GB/T 50784。對于結構病害的分析評估，現行技術體系中，以《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》CJJ181作為評價依據，并可以計算出結構性缺陷參數。

但規程CJJ181中對于管(涵)的結構缺陷評估方法，明顯更適用于預制的混凝土管道，而不太適用于矩形的現澆混凝土管涵。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規程標準》DL/T5251評估病害。

2 箱涵病害的原因

2.1 歷史原因

城市建設過程中，暗渠箱涵往往是逐步改建的，缺少整體的規劃或統籌計劃。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量。

2.2 勘察設計原因

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

2)設計原因。設計中對于暗渠周邊環境的改造、條件的變化，缺少提前的規劃和預判。歷史上對于市政設施缺少耐久性設計，結構病害發生、發展迅速。

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，特別是土方開挖和土方堆載等改變了荷載條件。

2)外部結構改造。在箱涵上部加蓋其他構筑物，甚至加蓋建筑物，或者是直接穿越暗渠箱涵結構，通過內部增設其他管道等設施。

3)維護管養不足。在上述外部環境、作用經歷過較大變化時，沒有充分及時準備配套保護措施。

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，導致箱涵的使用環境急劇惡化。

3 案 例

某防洪工程排洪箱涵約于2015年5月建成，采用鋼筋混凝土結構，總長480 m，明挖施工，箱涵內部凈空結構尺寸主要為2.2 m×2.2 m，底板、邊墻、頂板厚度均為0.5 m，設置4個檢查井，每20 m設置伸縮縫，采用C25混凝土，現場自行攪拌。

在一項市政改造前，發現箱涵的混凝土頂板出現多條貫通裂縫，裂縫分布主要集中在3號井和4號井之間，遂對暗渠的結構安全情況進行了專項檢測。鑒于該箱涵功能性缺陷不多、結構病害突出，因此按混凝土結構的檢測標準進行現場檢測。

檢測時現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。

根據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設置伸縮縫，以伸縮縫之間的部分劃分為一個構件。具體抽檢構件現場確定。每一個檢測單元的檢測內容包括箱涵頂板、側墻實際截面厚度及凈空尺寸；箱涵混凝土質量和缺陷；鋼筋配置、頂板/邊墻鋼筋數量、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；基礎沉降。

現場檢測結果的概要如表2所示；現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

結合表2、圖1和圖2，不難判定，該現澆混凝土暗渠箱涵，結構性缺陷問題非常嚴重。雖然《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》CJJ181的結構評分方法不完全適用于箱涵，但根據其原則仍然可判定，結構性缺陷等級已經達到IV級，箱涵存在重大缺陷，損壞嚴重或即將導致破壞，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，可以推斷結構缺陷和病害的主要原因，主要包括：

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

2)現場制備的混凝土質量控制不良，導致混凝土強度嚴重偏低。

3)施工過程的質量管理不嚴，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，加上耐久性設計不足，在高濕且循環的條件下，鋼筋銹蝕發展非常迅速，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沉降發生。

4 結 論

對箱涵暗渠在市政設施和城市保障維護管養現狀、技術標準適用性進行研究，得到以下結論：

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

b.《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》CJJ181所列的結構性病害檢測和評估項，部分內容在箱涵暗渠中針對性不強，適用性有待提高。

c.結合混凝土結構的檢測和評估原則，借鑒相關技術標準，采用混凝土結構的有效檢測方法，可對現澆混凝土箱涵暗渠此類病害進行有效的評估，并得出有指導性的結論。

d.箱涵暗渠的勘察、設計、施工、運維和檢測評估環節，都要提高技術管理水平和嚴謹性。設計階段要適當考慮中長期開發規劃，對于可能的荷載要有充分準備。建設單位要提高對地下設施的管理水平，特別是在建設環境發生重大改變時，要及時進行設施的檢查、記錄和評估，并對已發生的病害及時處理。