青海桥涵病害与自然环境因果关系

刘宏伟，方诗圣

（1.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009；2.青海民族大学交通学院，青海 西宁 810002）



青海桥涵病害与自然环境因果关系

刘宏伟1，2，方诗圣1

（1.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009；2.青海民族大学交通学院，青海 西宁 810002）

以青海民族大学青年项目《高海拔地区桥梁病害研究》为依托，在充分调研青海全区气候、水文、地质资料等方面后，分别调查G227、G109、G315、G214的局部段的实地调查资料和历年病害整治统计资料为基础，分析桥涵病害与所处自然环境之间存在的客观联系，不同的地质、气候环境下病害有各自的特点。然而，实际桥涵的病害是在各种因素下综合作用的结果。青海南北线公路涎冰淤塞、桥面铺装破坏、断板是最主要的病害类型，东西线由于雨水较少桥面路面的耐久性性能较好。青海全区常见的桥涵病害有2类12项。

桥涵病害；自然环境；病害类型；多年冻土

0　引论

桥梁病害是全国的普遍现象，但各区域的病害由于经济发展、环境的不同有明显的差异性。目前，国内比较成熟的评估桥梁病害程度的方法有外观调查法、检算评定法、荷载试验法[1]，其中外观调查法是最基础、最普遍也是成本最低的方法，是展开后两种方法的最基本的方法。本课题从外观调差法获取的基础材料，分析桥梁病害与环境之间的相互关系；事实证明桥梁病害产生是多方面综合因素作用的结果，这种因素按大类分可以分为两类：自然因素、社会因素。其中规避病害产生的不利因素，使桥梁在服役期间安全工作是大家所希望的，产生病害的原因中有些要素是可控，可提前预测的，有些是不可控的。比如：社会因素中有人为设计、施工、社会发展因素，修筑桥梁前设计方会对30年～50年后的交通情况做预判断，但这种判断离预判期的实际还是比较远，以50年以后交通能力预估设计施工的桥梁，随着国内机械加工能力的不断提升，车辆的性能变化，或许在不到20年的时间，桥梁表现出输送和承载能力不足，此外，在人为设计、施工过程中可能存在不可避免的缺陷，这些因素一般是不可控、甚至是不可预知的。但在桥梁设计施工前，认真踏勘，对桥梁所处环境有所了解，并熟知不同的自然环境下有可能存在什么样的病害，然后进行有效的规避，减少病害发生的可能性十分必要。从而对于桥梁病害可以做到“预防为主，整治为辅”的原则。

桥梁的病害与桥梁所处自然环境有明显的关联性。本文通过对青海北、中、南，处在不同气候、水文地质的桥梁病害做系统分析的基础上，分析总结病害与环境的关联性。

1　青海自然环境

青海省自古有 “海藏咽喉”的称谓。省名因省内有内陆最大的咸水湖——青海湖而得名。青海省位于青藏高原东北部，东西长约1200km，南北宽800km，地处于东经28°27～103°04’和北纬31°33’～39°19’之间，总面积72万km2，与甘肃、四川、西藏、新疆四省区相邻，平均海拔在3000m[2]。境内山峰一般都在4500m以上。昆仑山横贯中部，唐古拉山峙立于南，祁连山矗立于北，中部为柴达木盆地。巴颜喀拉山和阿尼玛卿高山是青海著名的山峰，其中还有青海境内最高峰格拉丹东海拔6621m。省内河流、湖泊众多，集水面积在500km2以上的河流有276条，水面面积大于1km2以上的湖泊266个，其中淡水湖151个，咸水湖85个，盐湖30个。青海湖面积4573km2，平均水深18m。青海省是长江、黄河、澜沧江的发源地，省内分布有高山、丘陵、平原等地形，盐渍土区域达全省面积的1/20，多年冻土区涉及全省2/3的区域，季节性冻土全省境内基本全覆盖。

2　青海公路病害与气候、地形、地质的关系

2.1青海公路病害与气候关系

青海省温度按年均温度分为3个区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（下图所示）。Ⅱ区包含柴达木盆地和河湟谷地，G109、G315穿过此区域，此区域多见季节性冻土，多年冻土较为少见。从降水量看越往西侧，降水量越少，所以此区域常见病害为断板露筋、桥面铺装破坏，在盐湖附近容易发生桥墩内钢筋锈蚀，涵洞常见桥头跳车。Ⅰ、Ⅲ属于极寒区，冬夏、早晚温差较大，分布有大面积的多年冻土区。G214穿越第Ⅰ区，G227、S204穿越第Ⅲ温度区，多发的病害主要有：涎冰淤塞、桥面铺装破坏、桥下衬砌破坏、翼墙等附属设施冻胀开裂倾覆倒塌、板间铰接缝渗水脱落、桥头跳车等。

2.2青海公路病害与地形关系

以G227为例，由于G227穿越了祁连山，该条线经过了大通城关十字至宝库乡12km的河谷区，宝库乡至铁迈乡51km高山重丘区，铁迈乡至大梁乡63km平原微丘区，大梁乡至俄堡镇32km的山岭区及俄堡镇至扁都口32km的河谷区，根据每公里涵洞数量分布可以看出，河谷地区公路沿河床阶梯行走时涵洞的技术最高每公里达到1.3～3.6道，通过回头曲线在山岭绕行时，即通过山岭及高山重丘区时，涵洞每公里0.7～1.5道，平原微丘区在0.5～1道左右。经过对其他线路的比对分析，青海公路桥梁、涵洞分布编号以2开头南北线和以3开头的东西向有一定的规律，对后期公路预算有指导意义。

涎冰淤塞、铺装破坏、断板、跳车、铺砌破坏是最主要的病害类型。其中铺装破坏、涎冰淤塞是青海公路病害最高的病害类型。山谷多水区铺装破坏和涎冰淤塞较为严重。高山区跳车、涎冰淤塞、铺装破坏、断板较严重，平原微丘区涎冰淤塞和断板病害严重，峡谷少水区断板病害较严重。

2.3青海公路病害与地质关系

G227在祁连山附近穿越了多年冻土带，其上限是0.9m、下限是30m，在俄堡镇、景阳岭附近存在多年冻土，由于桩基、涵基础对冻土的扰动较小，在这个区域没有发现桥墩、桥台冻胀的现象，相反在季节性冻土铁迈乡、盘坡、青石嘴镇附近，发现了桥台、涵台、八字翼墙冻胀的现象。

G227在大通城关镇至宝库乡段，经过了松散岩类空隙含水岩组富水程度强的区域，冬春季节更容易形成涵洞、桥梁涎冰淤塞，主要原因在于此段桥涵跨径过小。宝库至铁迈乡段经过了变质岩裂隙含水岩组富水程度中等区域，此段的病害主要以涎冰淤塞，铺装破坏。铁迈乡至大梁乡段跨越了碎屑岩类空隙裂隙含水岩组富水程度中等区属于季节性冻土区。主要病害为涎冰淤塞、桥涵断板。大梁乡至俄堡镇碎屑岩类空隙裂隙含水岩组富水程度中等区域，并且为多年冻土区，此段主要病害为断板裂缝，由于多年冻土，上限下移短时间内难以显现，桥涵地基强度比较高。俄堡镇至扁都口段跨越变质岩类裂隙含水岩组富水程度弱区。病害类型以断板和附属设施破坏为主。归纳总结以上G227及其他线路后，得出青海不同地质情况下高发病害类型情况见下表。

青海不同地质情况下高发病害类型

3　青海中、小桥病害类型统计

经过现有数据的总结归纳，桥涵常见病害可分为2类12项。根据是否影响桥涵结构的安全使用功能，把所有病害分为不满足承载能力极限状态病害和不满足正常使用极限状态病害。

4　小结

综上所述，本章的内容可总结为如下几点：

①以0.2的抽样率抽取东、南、西、北（G214、G227、G315、G109）4条公路为样本，分析桥涵及病害分布规律；

②桥涵的病害类型与气候、地质、水文有一定的关联性；

③青海桥涵病害类型分为2类12项。

[] 张宇峰,朱晓文.桥梁工程试验检测技术手册[M].北京：人民交通出版社，2010.

[] 吴文飞,房建宏.青海省公路基层冷再生技术应用研究[J].青海交通科技,2015,27(5)：26-30.

[3]严莉华.高寒冻土地区桥梁病害机理及处理方法研究[D].西安：长安大学，2010.

[4]张丰帆.季节性冻土构筑物冻胀机理研究及应用[D].长春：吉林大学,2008.

U445.7+1

A

1007-7359(2016)03-0200-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.073

青海民族大学青年基金项目《高海拔地区桥梁病害研究》（2015XJZ19）的子课题。

刘宏伟（1984-），男，青海湟源人，硕士研究生，青海民族大学讲师，主要从事寒区桥涵病害研究。