劉宏偉，方詩圣

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

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青海橋涵病害與自然環(huán)境因果關系

劉宏偉1，2，方詩圣1

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

以青海民族大學青年項目《高海拔地區(qū)橋梁病害研究》為依托，在充分調研青海全區(qū)氣候、水文、地質資料等方面后，分別調查G227、G109、G315、G214的局部段的實地調查資料和歷年病害整治統(tǒng)計資料為基礎，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、氣候環(huán)境下病害有各自的特點。然而，實際橋涵的病害是在各種因素下綜合作用的結果。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。

橋涵病害；自然環(huán)境；病害類型；多年凍土

0　引論

橋梁病害是全國的普遍現(xiàn)象，但各區(qū)域的病害由于經濟發(fā)展、環(huán)境的不同有明顯的差異性。目前，國內比較成熟的評估橋梁病害程度的方法有外觀調查法、檢算評定法、荷載試驗法[1]，其中外觀調查法是最基礎、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。本課題從外觀調差法獲取的基礎材料，分析橋梁病害與環(huán)境之間的相互關系；事實證明橋梁病害產生是多方面綜合因素作用的結果，這種因素按大類分可以分為兩類：自然因素、社會因素。其中規(guī)避病害產生的不利因素，使橋梁在服役期間安全工作是大家所希望的，產生病害的原因中有些要素是可控，可提前預測的，有些是不可控的。比如：社會因素中有人為設計、施工、社會發(fā)展因素，修筑橋梁前設計方會對30年～50年后的交通情況做預判斷，但這種判斷離預判期的實際還是比較遠，以50年以后交通能力預估設計施工的橋梁，隨著國內機械加工能力的不斷提升，車輛的性能變化，或許在不到20年的時間，橋梁表現(xiàn)出輸送和承載能力不足，此外，在人為設計、施工過程中可能存在不可避免的缺陷，這些因素一般是不可控、甚至是不可預知的。但在橋梁設計施工前，認真踏勘，對橋梁所處環(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。從而對于橋梁病害可以做到“預防為主，整治為輔”的原則。

橋梁的病害與橋梁所處自然環(huán)境有明顯的關聯(lián)性。本文通過對青海北、中、南，處在不同氣候、水文地質的橋梁病害做系統(tǒng)分析的基礎上，分析總結病害與環(huán)境的關聯(lián)性。

1　青海自然環(huán)境

青海省自古有 “海藏咽喉”的稱謂。省名因省內有內陸最大的咸水湖——青海湖而得名。青海省位于青藏高原東北部，東西長約1200km，南北寬800km，地處于東經28°27～103°04’和北緯31°33’～39°19’之間，總面積72萬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，其中還有青海境內最高峰格拉丹東海拔6621m。省內河流、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，其中淡水湖151個，咸水湖85個，鹽湖30個。青海湖面積4573km2，平均水深18m。青海省是長江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地，省內分布有高山、丘陵、平原等地形，鹽漬土區(qū)域達全省面積的1/20，多年凍土區(qū)涉及全省2/3的區(qū)域，季節(jié)性凍土全省境內基本全覆蓋。

2　青海公路病害與氣候、地形、地質的關系

2.1青海公路病害與氣候關系

青海省溫度按年均溫度分為3個區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（下圖所示）。Ⅱ區(qū)包含柴達木盆地和河湟谷地，G109、G315穿過此區(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，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系

以G227為例，由于G227穿越了祁連山，該條線經過了大通城關十字至寶庫鄉(xiāng)12km的河谷區(qū)，寶庫鄉(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)，根據每公里涵洞數量分布可以看出，河谷地區(qū)公路沿河床階梯行走時涵洞的技術最高每公里達到1.3～3.6道，通過回頭曲線在山嶺繞行時，即通過山嶺及高山重丘區(qū)時，涵洞每公里0.7～1.5道，平原微丘區(qū)在0.5～1道左右。經過對其他線路的比對分析，青海公路橋梁、涵洞分布編號以2開頭南北線和以3開頭的東西向有一定的規(guī)律，對后期公路預算有指導意義。

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重。高山區(qū)跳車、涎冰淤塞、鋪裝破壞、斷板較嚴重，平原微丘區(qū)涎冰淤塞和斷板病害嚴重，峽谷少水區(qū)斷板病害較嚴重。

2.3青海公路病害與地質關系

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)、景陽嶺附近存在多年凍土，由于樁基、涵基礎對凍土的擾動較小，在這個區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)橋墩、橋臺凍脹的現(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、涵臺、八字翼墻凍脹的現(xiàn)象。

G227在大通城關鎮(zhèn)至寶庫鄉(xiāng)段，經過了松散巖類空隙含水巖組富水程度強的區(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小。寶庫至鐵邁鄉(xiāng)段經過了變質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，上限下移短時間內難以顯現(xiàn)，橋涵地基強度比較高。俄堡鎮(zhèn)至扁都口段跨越變質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施破壞為主。歸納總結以上G227及其他線路后，得出青海不同地質情況下高發(fā)病害類型情況見下表。

青海不同地質情況下高發(fā)病害類型

3　青海中、小橋病害類型統(tǒng)計

經過現(xiàn)有數據的總結歸納，橋涵常見病害可分為2類12項。根據是否影響橋涵結構的安全使用功能，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

綜上所述，本章的內容可總結為如下幾點：

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、水文有一定的關聯(lián)性；

③青海橋涵病害類型分為2類12項。

[] 張宇峰,朱曉文.橋梁工程試驗檢測技術手冊[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應用研究[J].青海交通科技,2015,27(5)：26-30.

[3]嚴莉華.高寒凍土地區(qū)橋梁病害機理及處理方法研究[D].西安：長安大學，2010.

[4]張豐帆.季節(jié)性凍土構筑物凍脹機理研究及應用[D].長春：吉林大學,2008.

U445.7+1

A

1007-7359(2016)03-0200-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.073

青海民族大學青年基金項目《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，青海民族大學講師，主要從事寒區(qū)橋涵病害研究。