0 引言

由于海南省中部地區(qū)水系發(fā)達(dá)，河溪細(xì)流縱橫穿插于各縣鄉(xiāng)村。所以本地區(qū)鄉(xiāng)村公路避免不了設(shè)置各種類型的涵洞。根據(jù)調(diào)查，海南中部地區(qū)現(xiàn)有鄉(xiāng)村公路涵洞平均密度為3～5個(gè)/km，所以對于涵洞的設(shè)計(jì)是否合理及施工是否符合規(guī)范要求，對修建鄉(xiāng)村道路的造價(jià)與通行質(zhì)量都產(chǎn)生很大的影響。筆者通過實(shí)地調(diào)查及查閱資料等方式對海南中部多個(gè)市縣的鄉(xiāng)村道路涵洞的病害成因進(jìn)行分析，并提出合理的防治措施。

1 海南中部鄉(xiāng)村道路涵洞常見的病害類型

在筆者對海南中部多個(gè)市縣的鄉(xiāng)村道路涵洞的調(diào)查中，根據(jù)構(gòu)造類型分類的有蓋板涵、箱涵、拱涵、圓管涵等，此次鄉(xiāng)村公路調(diào)查中蓋板涵的占比率達(dá)到60%，其他類型共有30%的占比率。在此次所調(diào)查的涵洞中，較常見的涵洞病害類型見表1。

表1 海南中部鄉(xiāng)村道路涵洞病害統(tǒng)計(jì)表

2 海南中部鄉(xiāng)村道路涵洞病害成因分析

2.1 設(shè)計(jì)方面原因

①涵洞結(jié)構(gòu)的形式選擇不恰當(dāng)，沒有根據(jù)地質(zhì)勘察及水文資料選擇相適應(yīng)的涵洞類型；②涵洞設(shè)計(jì)施工所使用的鋼筋規(guī)格、構(gòu)造配筋數(shù)量及水泥混凝土的強(qiáng)度等級不符合規(guī)范。③涵洞節(jié)與節(jié)之間的縱橫對接設(shè)計(jì)不當(dāng)，造成對接偏差、對接不上、偏移而發(fā)生錯臺；④涵洞出水口處的鋪砌面沒有根據(jù)實(shí)地情況施工，未超過翼墻的尾端，且在排水渠底部與隔水外墻之間并未進(jìn)行過有效的加固，造成水流對鋪砌面與涵洞底部產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷后果；⑤涵洞翼墻及端墻設(shè)計(jì)的厚度過小，使墻體自身的重力不足，從而導(dǎo)致出現(xiàn)坍塌損毀現(xiàn)象；⑥翼墻與端墻背面坡度的設(shè)計(jì)不合理，造成翼墻或端墻出現(xiàn)了外傾的情況；⑦墻體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深過淺，且在設(shè)計(jì)的時(shí)候未考慮到海南中部高海拔地區(qū)的高山水流沖刷，對墻體造成一定的破壞；⑧涵洞地基承載力的設(shè)計(jì)沒有考慮到涵洞頂部車載及鋪筑材料重力的影響，導(dǎo)致計(jì)算出來的承載力偏小。從而造成涵洞的基底承載力不足，導(dǎo)致涵洞洞身及附屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不均勻沉降現(xiàn)象，從而造成了涵洞整體結(jié)構(gòu)的損壞。

2.2 材料方面原因

用于涵洞施工的材料未按設(shè)計(jì)規(guī)范的要求選擇使用是導(dǎo)致涵洞出現(xiàn)病害的主要原因之一。通常道路涵洞施工所使用的材料有水泥砂漿、鋼筋混凝土、防水混凝土、瀝青、油氈等。假如在實(shí)際的施工過程中所使用的水泥等級不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，則會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足，最終造成涵洞洞身表面剝落、開裂、翼墻變形，甚至?xí)霈F(xiàn)坍塌的情況。如果涵洞防水施工所使用的防水混凝土、瀝青、油氈等防水材料不符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，則導(dǎo)致涵洞出現(xiàn)滲水、泛堿等病害，從而會影響到涵洞整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

2.3 施工方面原因

由于施工產(chǎn)生的病害原因主要是沒有嚴(yán)格地按設(shè)計(jì)文件的要求與相關(guān)施工規(guī)范來進(jìn)行施工，具體主要體現(xiàn)在以下的幾個(gè)方面：①涵身回填的材料選用不符合要求，沒有采用強(qiáng)度高穩(wěn)定性好的材料進(jìn)行回填，且回填的時(shí)候未采用兩端對稱的回填筑方式進(jìn)行分層壓實(shí)，導(dǎo)致涵洞出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象。另外，如果回填土的時(shí)候攤鋪厚度過大，壓實(shí)機(jī)械質(zhì)量偏小，施工人員操作不規(guī)范也會導(dǎo)致壓實(shí)度不符合要求。②為了迎合工期甚至超前工期，而過度講究推進(jìn)施工進(jìn)度而忽視了工序之間的設(shè)計(jì)要求間隔時(shí)間，從而造成工程嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。③在施工過程中，施工企業(yè)圖謀不義之財(cái)，以致采取偷工減料的方式，以次充好、以假充真，造成所使用的防水材料量不合格以及混凝土強(qiáng)度等材料不滿足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范的要求，導(dǎo)致涵洞過早地產(chǎn)生涵身裂縫、滲水等質(zhì)量問題。④洞身的沉降縫設(shè)置不合理。涵洞沉降縫施工時(shí)，施工單位為了趕工期而減少了沉降縫的設(shè)置數(shù)量，從而造成了涵洞的病害。⑤施工單位未考慮到實(shí)地地質(zhì)情況，在進(jìn)行涵洞基礎(chǔ)施工的時(shí)候，并沒有事先去檢測地基承載力，而是直接按照設(shè)計(jì)圖紙的要求去開挖。且在地基承載力不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求的情況下，沒有去對地基進(jìn)行處理，導(dǎo)致基底出現(xiàn)不均勻沉降，從而造成涵洞洞身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。⑥涵洞結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，沒有及時(shí)去養(yǎng)護(hù)，由于混凝土的收縮徐變作用，造成洞身結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)開裂、脫離等病害現(xiàn)象。

2.4 環(huán)境方面原因

海南中部鄉(xiāng)村道路作為露天且線路長遠(yuǎn)的項(xiàng)目，沿途經(jīng)過各種各樣復(fù)雜的山區(qū)地質(zhì)水文狀況，涵洞作為公路工程的一部分，需要承受獨(dú)特的山區(qū)地質(zhì)水文等惡劣自然因素的影響，不可避免地會遭受不同程度的毀壞。尤其是遭遇地震，特大暴雨等不常遇的自然災(zāi)害時(shí)，由于地震及特大洪災(zāi)的影響，使地形及地貌出現(xiàn)斷層、地裂、特大滑坡等巨大變化時(shí)，會導(dǎo)致涵洞產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等方面的病害。

2.5 養(yǎng)護(hù)方面原因

①在施工階段，洞身結(jié)構(gòu)在施工完成后沒有去針對洞身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度各個(gè)階段的特性去采取符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的相應(yīng)養(yǎng)護(hù)措施。比如，混凝土在澆筑完畢后，施工人員未及時(shí)地進(jìn)行按時(shí)澆水等養(yǎng)護(hù)方式，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足，這也是造成道路涵洞病害的一個(gè)重要原因。②在通車運(yùn)營階段，管養(yǎng)單位及監(jiān)督單位相關(guān)管理人員的責(zé)任意識不夠強(qiáng)。管養(yǎng)單位施工人員未按相關(guān)規(guī)范要求去進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，而且監(jiān)督管理單位責(zé)任人也未做好相應(yīng)的監(jiān)督管理工作，進(jìn)而給涵洞造成產(chǎn)生不可逆的破壞。另一方面，在管養(yǎng)過程中管養(yǎng)人員未對涵洞日常出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)記錄和匯總上報(bào)，也沒有提前去預(yù)判涵洞可能存在的質(zhì)量隱患和病害，特別是車輛在超載行駛的時(shí)候，更會導(dǎo)致該病害和隱患進(jìn)一步惡化發(fā)展，從而使涵洞產(chǎn)生了重大的質(zhì)量問題。

3 海南中部鄉(xiāng)村道路涵洞病害防治措施

3.1 設(shè)計(jì)方面

在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對施工現(xiàn)場的水文氣象、地質(zhì)勘察等資料進(jìn)行詳細(xì)的研究和相應(yīng)數(shù)據(jù)的計(jì)算。還要根據(jù)山區(qū)鄉(xiāng)村道路具有坡陡水急、排水不暢的特殊性，需要到實(shí)地對歷年洪水的痕跡進(jìn)行調(diào)查，并綜合考慮車流量、降水量、地形位置、跨徑、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等各個(gè)方面原因，最后確定設(shè)置的涵洞要具有以下特性。

①設(shè)置的涵洞構(gòu)造形式的跨徑范圍應(yīng)符合表2[1]的要求。

表2 各類涵洞構(gòu)造的適用跨徑

②根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)水文狀況及涵洞特點(diǎn)設(shè)置的涵洞類型應(yīng)符合表3的要求。

表3 不同涵洞類型特點(diǎn)與適用條件

③設(shè)計(jì)使用的材料應(yīng)與施工情況相適應(yīng)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)盡可能地去參考《公路涵洞設(shè)計(jì)細(xì)則》等有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)去選定合格的施工材料。

④設(shè)置的涵洞結(jié)構(gòu)規(guī)格應(yīng)確保其在發(fā)生特大水量情況的基礎(chǔ)上仍然可以順利地排泄。

⑤設(shè)計(jì)墻體基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)確保不受當(dāng)?shù)厮髯畲鬀_刷深度的影響。

⑥翼墻與端墻的設(shè)計(jì)厚度要符合規(guī)范要求以及其墻背面坡度不能過大，要保證其具有足夠的抗傾覆力矩。

3.2 施工方面

①在施工前，應(yīng)針對涵洞編制專項(xiàng)的施工方案，做好施工部署，合理地安排好各道工序及材料進(jìn)場時(shí)間，不僅能有效地控制工期和節(jié)約成本，還能統(tǒng)籌其他的不確定因素。

②施工單位在施工時(shí)要嚴(yán)格按照施工規(guī)范和設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)要求并根據(jù)現(xiàn)場具體情況進(jìn)行規(guī)范化施工。如果在施工過程中發(fā)現(xiàn)存在設(shè)計(jì)圖紙與地質(zhì)情況不符的情況，要及時(shí)上報(bào)給設(shè)計(jì)單位進(jìn)行修改，消除質(zhì)量隱患。

③在施工過程中，要隨時(shí)根據(jù)實(shí)際情況去將施工工藝更新及改進(jìn)。施工工藝直接影響到施工質(zhì)量，山區(qū)道路修建涵洞時(shí)要考慮到一些不良地質(zhì)條件及突發(fā)的異常氣候的影響，積極地改進(jìn)施工工藝不僅能提高施工效率、節(jié)約成本，還能減少涵洞病害的產(chǎn)生。

④洞身結(jié)構(gòu)在施工前，應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)勘察情況，對承載力差的基底選擇相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，提高涵洞基底的穩(wěn)定性，避免因?yàn)楹椿桩a(chǎn)生不均勻沉降，而導(dǎo)致洞身結(jié)構(gòu)的開裂。

⑤合理地去使用施工材料，對于保證施工質(zhì)量起到了不可忽視的作用。所以，要堅(jiān)決杜絕不符合要求的材料進(jìn)場以及偷工減料的行為。在施工時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用材料時(shí)，除了要考慮到經(jīng)濟(jì)成本外，還要考慮到材料的強(qiáng)度和實(shí)用性，涵洞材料的最低強(qiáng)度等級如表4[2]。另外，洞身及基礎(chǔ)滲水是涵洞病害產(chǎn)生的主要原因之一，所以在施工時(shí)用于沉降縫施工的材料至關(guān)重要，應(yīng)選用具有防水、耐腐、抗壓瀝青橡膠等優(yōu)良特性的填料。

表4 涵洞材料的最低強(qiáng)度等級

3.3 減載方面

海南中部地區(qū)由于是山區(qū)地形，地勢跌宕起伏，為了滿足道路工程的線形標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行高填方的路段較多，所以需要設(shè)置相應(yīng)高填方的涵洞數(shù)量也比較多。據(jù)此次對海南中部幾個(gè)市縣鄉(xiāng)村道路涵洞的調(diào)查中，部分涵洞最大填土高度達(dá)到30m。對于高填方涵洞來說，由于對涵頂進(jìn)行回填土的荷載比較大，所以回填土措施的選擇正確與否會改變涵洞與回填土方之間的相互作用，甚至?xí)斐珊词艿讲煌较虻母郊幼饔昧?。因此，采用有效而可靠的減載措施，不僅能最大程度地減小涵洞豎向附加土壓力，還可以產(chǎn)生向上的附加作用力，從而使涵頂?shù)耐翂毫Φ玫搅嗣黠@的降低。

下文探討目前國內(nèi)比較常用的減載措施，如松散填筑法、柔性填料法、加筋減載法、利用天然地形等方法的適用性。

①利用天然地形。

海南中部山區(qū)的天然地形，如溪谷、陡坡等自然的道路臨界條件對涵頂回填土的壓力會產(chǎn)生不小的影響，道路邊坡能夠承擔(dān)部分涵洞頂部回填土體的自身荷載，以減小涵頂應(yīng)力的過度集中，這樣有助于減載效果的充分發(fā)揮。

有研究表明，山區(qū)道路高填方路堤設(shè)置合理的邊坡比和沖溝高寬比對于減少涵頂回填土壓力具有很顯著的效果。所以，合理地設(shè)置涵位，充分地去利用坡岸和溝槽的拱效應(yīng)，可以達(dá)到很好的減載作用。

不過由于涵洞到兩側(cè)邊坡之間的距離差異大于一定值可能會導(dǎo)致偏載，從而會造成涵洞的結(jié)構(gòu)因?yàn)槠渲幸粋?cè)的土壓力過大而開裂損壞及地基的不均勻沉降，所以完成利用天然邊坡對于涵洞結(jié)構(gòu)的正常使用會產(chǎn)生一定的不穩(wěn)定因素。

②松散填筑法。

松散填筑法[3]是使用不同壓實(shí)度的土層對涵頂進(jìn)行回填，即涵洞的兩側(cè)回填土方壓實(shí)的同時(shí)，涵洞頂部在一定的高度范圍內(nèi)只能回填松散的填料。這樣就能使涵頂回填土方的變形模量小于涵洞兩側(cè)回填土方的變形模量，涵洞內(nèi)外土柱間的沉降差會有所減小，涵頂?shù)耐翂毫鞋F(xiàn)象就能夠得到有效的緩解，因此達(dá)到了減載的效果。

選擇松散側(cè)實(shí)填土的減載方法能夠降低涵頂回填土方的等沉面，減小涵洞頂部土壓力的集中系數(shù)，產(chǎn)生了比較好的減載作用。

不過該方法對涵洞頂部松散回填土方區(qū)域的范圍難以把控，因此在土方回填過程中稍微把控不好就會導(dǎo)致道路路堤頂面沉降的加大，從而影響到路堤的穩(wěn)定性，形成了潛在的不安全因素。

③柔性填料法。

柔性填料法是在松散填筑法的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)的減載方法。一般在施工過程中選用的是壓縮模量比較小的柔性填料。因?yàn)橐獏f(xié)調(diào)涵洞頂部與兩側(cè)填土變形的作用，回填柔性材料的攤鋪厚度僅為10～50cm就可以。由于涵洞頂部回填了柔性填料，所以當(dāng)回填土的高度達(dá)到一定的數(shù)值以后，柔性材料就會在回填土的重力荷載作用下產(chǎn)生屈服，產(chǎn)生比較大的變形現(xiàn)象。通俗地說就是減少了涵頂?shù)膬?nèi)外部回填土柱之間的沉降差，有效地減輕了涵洞頂部的應(yīng)力過于集中現(xiàn)象，以此達(dá)到減小高填方涵頂回填土產(chǎn)生荷載過大的效果。

國內(nèi)現(xiàn)階段工程施工中廣泛使用可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料模塑板（PES）。模塑板（PES）的特性主要是具有容重小與足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，施加壓力較小時(shí)具有彈性體的性能，但是外施壓力進(jìn)一步加大后便發(fā)生屈服，變形加大，因而便獲得了良好的減載效果。當(dāng)模塑板（PES）的變形達(dá)到極限值時(shí)，涵洞頂?shù)耐翂毫ο禂?shù)也就慢慢地穩(wěn)定。同時(shí)模塑板（PES）還具有穩(wěn)定可靠、施工方便、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)；但模塑板（PES）的防火性能差，且燃燒時(shí)釋放大量的熱量，生成有毒、有害煙霧，受火后收縮熔化產(chǎn)生空腔，從而加劇燃燒程度。因此在施工中，要特別對此材料采取可靠的防火措施。

④加筋減載法。

我們通常所說的加筋減載法[4]就是使涵洞頂上方一定寬度和高度范圍內(nèi)的回填土方的密實(shí)度小于兩側(cè)的回填土方，以此形成內(nèi)松外緊的“減載孔”；同時(shí)也在減載孔的上方分層鋪設(shè)鋼筋，且鋼筋兩端分別要錨固于兩側(cè)密實(shí)的回填土體中，形成“加筋橋”，從而減少涵洞頂部的土壓力，以避免路堤的沉降過大。

該方法與松散填筑法比較相似，目前都被廣泛應(yīng)用于公路涵洞的病害防治當(dāng)中。

3.4 養(yǎng)護(hù)方面

①在施工階段，道路涵洞工程使用的材料中水泥混凝土占有比較大的比例，由于水泥混凝土具有熱脹冷縮的特性，所以在高溫和低溫的天氣時(shí)節(jié)比較容易產(chǎn)生裂縫。所以，在進(jìn)行洞身結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完畢后要及時(shí)去進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

②在運(yùn)營階段，養(yǎng)護(hù)單位責(zé)任人員必須要加強(qiáng)對涵洞的監(jiān)管和養(yǎng)護(hù)工作。一是要及時(shí)地去將洞口內(nèi)與出水口存留的淤積物清理干凈，從而使涵洞排水的保持暢通。二是要按時(shí)對涵洞洞身及其附屬構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)檢查，從而能夠提前發(fā)現(xiàn)和處理存在的各種質(zhì)量隱患，做到未雨綢繆。三是要嚴(yán)格管控對超載車輛的通行，避免由于車輛超載而造成涵洞的損毀。

4 結(jié)語

海南中部鄉(xiāng)村道路作為改善民生及提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)村產(chǎn)業(yè)規(guī)模的重要交通樞紐，涵洞作為道路的重要組成部分，涵洞結(jié)構(gòu)質(zhì)量的好壞關(guān)系到道路工程整體質(zhì)量的好壞。本文通過實(shí)地考察、查閱資料等方式歸納出海南中部鄉(xiāng)村道路涵洞出現(xiàn)病害主要原因，并從設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等方面提出了對于涵洞病害科學(xué)的防治措施，減少乃至避免道路涵洞再出現(xiàn)類似的病害，以保證道路涵洞整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。