穿堤建筑物常见病害及原因初步分析

李桂卿，黄朝峰，胡美玲

（湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司，湖南 长沙 410007）

1 简 介

穿堤建筑物是指穿过堤防的建筑物及构筑物或设施，主要有：水闸、倒虹吸、泵站、各类管道、交通涵洞等，其中，以水闸最为多见。洞庭湖作为长江的天然调蓄湖泊，在整个长江防洪体系中有着不可替代的作用，是长江防洪体系的重要组成部分[1]。作为水流疏浚通道的堤防穿堤建筑物在防洪抗旱过程中起着至关重要的作用，并且穿堤建筑物的安全直接影响大堤的安全。因此对穿堤建筑物进行病害的识别与判断，并分析其产生的原因，不仅可以对堤防度汛提供指导，也为后期对建筑物和堤防的安全检测和鉴定提供参考。

2 穿堤建筑物的常见病害类型

穿堤建筑物病害的类型主要有功能性缺陷和结构性缺陷。

1）功能性缺陷主要是由人类活动、水流搬运作用导致的建筑物内淤积、沉积、堵塞、障碍物、植物根系侵入等。功能性缺陷导致的结果是过水断面缩小，过水能力下降，建筑物使用效率的降低，见图1。

图1 穿堤涵管的淤积和堵塞

淤积和障碍物会改变水流的流速和流向，造成水流动力特性的异常。可能导致水流的涡流和紊乱，增加河道侵蚀和岸线侵蚀的风险，并对周边水域和生态环境产生负面影响，会导致水流的阻塞和堵塞，使得洪水在穿堤建筑物处的积聚和决口的风险增加。这会给下游地区带来洪水威胁和危害，对人员安全和财产造成严重影响。

2）结构性缺陷主要是建筑物材料或结构本身出现的损坏或结构失稳，例如裂缝材料脱落、脱节、沉降、钢筋裸露、空洞、背后脱空等，见图2。这些结构性缺陷可能会导致穿堤建筑物的强度下降、承载能力减小、结构变形或破坏，最终危及其安全性和可靠性。

图2 穿堤建筑物结构性缺陷

结构破坏：结构性缺陷可能导致穿堤建筑物的部分或整体结构破坏，包括裂缝、断裂、变形或垮塌等。这会直接危及穿堤建筑物的结构安全性，并可能对周围环境和人员造成伤害和损失。

功能丧失：结构性缺陷可能导致穿堤建筑物无法正常发挥其设计功能。例如，渗漏和漏水可能导致水流控制失效，沉降和变形可能导致通行和导流功能受阻。这将影响穿堤建筑物的使用效果和工程运行。

穿堤建筑物的结构性缺陷不仅会影响建筑物本身的安全和功能，还可能对周边环境和社会造成重大影响。

3 产生病害的原因分析

3.1 发展原因

随着经济的发展和气候变化，堤防改造加固中多次加高培厚。对原有的箱涵结构进行内外接长，新旧箱涵的接驳处成了病险的多发点。在改造过程中，上方填土增加了原穿堤建筑物结构的荷载。同时也增加了安全隐患。

修建穿堤建筑物时，没有充分考虑城市化进程如此之快，包括对车辆、箱涵的负载变化情况缺乏充分研究。一些人行或农用车标准的箱涵成了大型机动车通道。在超过箱涵自身承载能力的情况下，导致箱涵顶板平衡被破坏而塌陷[2]。

3.2 技术原因

1）建设标准低。很多穿堤建筑物兴建于20 世纪90 年代初，限于技术原因，年久老化，地下箱涵局部破坏造成渗漏，汛期周边土体被带入箱涵内水流冲刷带走，从而在箱涵破裂处上部或周边土层中形成空洞，最终发生坍塌或管涌等险情[2]。

2）施工工艺不佳。在建设初期，对地基的处理不够完善，地基土的物理和力学性质对建筑物的承载能力和稳定性影响较大。当地基土层由于松散、可压缩或可液化等特性而缺乏足够的承载能力时，建筑物可能会发生沉降和变形。在汛期，外河长期处于高水位，地基受地下水影响，当地下水位上升时，地基土可能会变得饱和和松弛；当地下水位下降时，地基土可能会干燥和收缩。导致箱涵的基础不均匀沉降，从而引起箱涵本体的沉降拉裂，接缝处止水破损或混凝土出现裂缝导致渗水。

3）箱涵侧墙受水体侵蚀加速自身老化。箱涵作为堤防中连接内外河道的主要通道，长期处于浸泡之中。混凝土或砂浆由于受环境水的物理和化学作用，使硬化后的水泥石结构逐步遭受破坏，强度降低。水泥石中的氢氧化钙及其他成分，能够一定程度溶解于水（特别是软水）[2]。水泥石中的氢氧化钙、水化铝酸钙等，都是碱性物质，若环境水中有酸类和某些盐类物质时，就会与上述组分发生反应，生成新的化合物[3]。而新生成的化合物或易溶于水，或为松软无黏结力的物质，或结晶膨胀，引起有害的内应力而破坏水泥石结构，最明显表现为箱涵侧墙墙脚破坏[4]。

3.3 使用阶段的原因

1）水流冲刷。穿堤建筑物在使用过程中，长期处于水流高速冲刷状态，混凝土或砂浆长期处于被冲蚀状态，久而久之，造成表面的磨损脱落，当脱落厚度大于钢筋保护层厚度时，就会发生钢筋的锈蚀，进一步降低了整体结构的稳定性。

2）维护不当。堤防的穿堤建筑物应按期进行检查和保养维护，而由于管理原因，一些箱涵、管道的维护不到位，也缺乏自动化监测系统，不能及时发现小的隐患，从而导致建筑物的病险不断扩大，最终造成人身安全和生命财产损失。

4 预防和治理手段

在设计阶段，需要充分考虑穿堤建筑物的使用条件，要与社会及经济的发展相结合。分析相关水文数据，充分考虑水流冲刷和侵蚀等因素。采用合适的结构形式、尺寸和材料，以提高箱涵的抗冲刷和抗侵蚀能力。

在施工阶段，应严格把控质量，采用信息化管理，加强施工期的原材料和结构质量检测，在竣工后进行系统的竣工验收，质量合格后才能投入使用。

在使用阶段，应加强建筑物的监测和维护，在汛期前后应加强巡检的频次。定期检查和维护箱涵的状态，及时清理箱涵内的淤泥、垃圾等杂物，确保畅通。修复箱涵内的损坏部位，并采取必要的加固措施。对穿堤建筑物产生的裂缝应及时修补，防止裂缝继续扩大，导致渗漏。若建筑物渗漏、沉降超过规范允许范围，应对其进行安全检测和安全鉴定，评定其等级，进行维修、除险加固或者拆除重建。

提高信息化管理水平，建立水文监测系统，定期监测箱涵周边水位、水流速度等参数，及时发现异常情况并采取措施。

5 结 语

穿堤建筑物作为重要的交通和水利工程，面临着各种常见病害的挑战。通过对这些病害及其成因的初步分析，我们可以更好地了解它们的产生机理，从而采取适当的预防和治理措施。在穿堤建筑物的常见病害中，包括冲刷和侵蚀、渗漏、结构裂缝、结构错位和变形以及沉积物堵塞等问题。

这些病害的产生往往与结构设计、施工质量、水文水动力特性、材料性能和老化以及环境因素和自然灾害等因素密切相关。在预防和治理这些病害时，需要综合考虑这些因素，并采取相应的措施，如加强结构加固和维护、改善水流控制、提高防水能力、定期监测和维护管理等。

此外，地基处理也是预防和治理穿堤建筑物病害的重要环节。地基的不稳定性可能导致建筑物的沉降和变形，因此需要采取适当的地基处理技术，如地基改良、排水和抗渗措施以及填筑和加固等，以增强地基的稳定性和承载能力。

总之，对穿堤建筑物常见病害及其成因的初步分析为制定合理的预防和治理策略提供了重要参考。通过综合考虑结构、水文、材料和环境等多个方面的因素，并加强地基处理和定期维护，可以提高穿堤建筑物的稳定性、耐久性和安全性，保障其正常运行和使用。在未来的研究和实践中，应继续深入研究病害的机理和治理方法，不断完善预防和治理技术，以应对不断变化的工程环境和需求。