山区公路涵洞水毁原因分析及防护措施探讨.doc

1、1山区公路涵洞水毁原因分析及防护措施探讨摘要：涵洞是山区公路排水系统中重要的构造物,其所处的地形、地质、水文条件一般比较复杂，只有恰当地处理好设计及施工过程中的一些关键技术问题，才能充分实现其使用效果，保证路基的安全。 关键词：山区涵洞；结构形式；水毁因素；防护措施 中图分类号： TU279.7+2 文献标识码： A 文章编号： 引言 我们国家西部地区地势起伏较大，山川纵横，地域辽阔，气候水文地质条件复杂多变，自然灾害发生频繁，给人民群众的生命财产和当地的经济建设造成了巨大损失。与此同时也对桥梁、涵洞、隧道、公路等交通基础设施的正常运行造成了严重的威胁，特别是洪灾对公路涵洞等的危害尤为突出，公

2、路、桥梁、涵洞等交通设施在每年汛期因洪水造成水毁的直接经济损失就达数十亿元人民币。涵洞是公路综合排水系统中重要的横向排水构造物，其排水和输沙抗淤能力直接影响到桥涵以及路基的安全稳定。所以开展山区公路涵洞水毁机理研究及提出必要的防护措施具有十分重要的意义。 一、山区公路涵洞的常用结构形式涵洞按自身构造形式不同可分为管涵、盖板涵、拱涵和箱涵。各类型又可有不同材料构成多种类型的涵洞。山区公路涵洞的常用结构形式如下： 1.石盖板涵石盖板涵除了具有石拱涵能就地取材、结构坚固、造价2低、工程费用少等特点外；还具有建筑高度小、对地基条件要求不高、施工简便、易于修复等特点。但其力学性能较差，一般仅适用于跨径小

3、于 2m 的涵洞。 2.钢筋混凝土板涵钢筋混凝土盖板涵是无石料地区常采用的一种形式，根据施工方法不同还可分为现场浇注和预制装配两种。预制装配式具有不受气候条件影响、工期短节省模板等优点，适用于桥涵分布集中并有运输及吊装条件的公路。现场浇注式整体性能好，施工不需要运输及吊装设备、施工简便，适用于分散或改建的单个涵洞，以及不具备运输条件及吊装条件的公路。 3.钢筋混凝土箱涵箱涵是一种整体闭合式钢筋混凝土薄壁框架结构，具有良好的整体性能和抗震性能。由于施工较复杂、造价高，一般用于软土地基和高等级公路。常用跨径为 2m、2.5m、3m、4m、5m。壁厚一般为 22cm35cm，内壁四个折角出一般做成

4、45的斜面。二、涵洞水毁成因分析中、小桥涵的水毁主要是由于淘空和淤塞引起的结构破坏,其中又以淘空为常见破坏形式。 1.淘空 基底淘空。当水流从自然河床流到桥涵构造物时,由于河床底粗糙程度的变化、桥墩（台）阻碍等原因,引起水流速度变化,水流在这些部位周围以强烈的涡流形式冲刷自然河床面泥沙,产生冲刷坑,最终淘空基底而危及桥涵结构物的稳定。主要是该桥处于河流交汇处, 上游水流湍急, 在桥位处水流受阻, 冲击桥基, 桥梁河床地质条件差, 桥下无铺砌等防护措施, 致使桥基被淘空而产生断裂, 此外, 该桥下游常年挖沙, 导致3桥梁由于河道挖沙引起溯源侵蚀形成的抗冲刷能力不足, 形成浅基桥梁, 缺少必要的防

5、护加固处理。 2. 淤积山区是多泥沙河流，善冲善淤，涵洞淤积现象严重。在自然情况下，河道水流驱使床面泥沙运动，泥沙运动后的床面又影响水流结构，河流总处于不断变化和发展过程中。当涵洞修建后，涵洞位置处产生奎水，该处因断面缩窄、流速增大而产生冲刷，大量泥沙在涵洞及其防护构造物的阻挡作用下，在其周围剧烈涡旋沉淀后形成淤积，从而影响水流的顺畅通过，并对涵洞整体造成威胁。另外，山区降水量大，降雨季节比较集中，洪水来临时，由于洪水流速快，沿途冲刷挟带泥沙或漂浮物能力大，使河床抬高，堵塞涵洞口，使涵洞过水断面减小，涵洞侧面受力过大，导致结构物的破坏，引起涵洞水毁。调查发现，淤积产生的原因主要有涵洞位置处排水

6、不畅，汇水区上游山坡陡峻、河沟纵坡大，河水泥沙含量大等。另外，由洪水引发的滑坡、泥石流等自然灾害破坏力巨大，携带大量泥砂和树枝，堵塞涵洞洞口，水流无法通过，从而将下游路基整体摧毁。淤积造成的涵洞破坏。 3.水压力过大山区特殊的地形地貌、气候特征和环境特点使得山区成为暴雨多发区和高值区，暴雨具有强度大、历时短、雨量集中等特点。当洪水来临时，河流水位暴涨暴落，水流速度非常大。水流通过涵洞时，洪水超标，涵洞内的水压力变大，不断的冲击、撞击管壁，引起涵管壁破裂，造成涵洞水毁。另一方面，由于洪水巨大的冲刷、侵蚀作用，涵洞外水压力急剧增大，使得涵管外壁承受巨大的水压力，当超过一定界限，造成涵洞洞身出现较大

7、裂缝，更严重的可以使涵洞洞身断裂，使得4涵洞整体破坏。 4. 施工问题 (1)桥涵位置不正, 与河流方向斜交, 桥台涵台迎水受冲刷, 易将基础淘空, 导致桥涵倒塌。 (2)因调治构造物设置的位置、方向不当而失去作用, 浅基础没有采取加固措施。 (3)施工的质量差, 没按设计标准进行修筑,特别是基础, 沙浆标号低, 基础沙浆不饱满、透水, 易被冲刷淘空。 (4)防护工程质量低劣, 经不起洪水冲刷, 护坡质量不好, 洪水一冲就倒塌; 截水潜坝和河床铺砌质量不好, 洪水一冲就淘空基础, 即使设计再好, 保证不了施工质量也一样遭到水毁。 5.养护问题 对桥涵维修不及时, 管理不善; 因经费所限, 没能

8、及时增建调治构造物和防护工程, 使桥涵水害逐年加重, 导致水毁。 三、山区公路涵洞防护措施分析从理论上讲涵洞的水流平面扩散要均匀、减小局部的最大单宽流量、改变铺砌末端水流的垂直流速分布等方面的可以有效的减小水流冲刷对涵洞的影响。 1、增加涵洞后的铺砌长度增加涵洞后的铺砌长度，可以减少冲刷坑对涵洞的威胁，减少涵洞破坏的几率。特别是当流量较大时，铺砌越长，对涵洞的防护效果越好，效果越明显。采用较短的铺砌时，出口处水流的流速较大，水流来不及向两侧扩散，水流的流速不均匀，造成局部冲深过大，而采用较长的铺砌时，水流在铺砌段内流速趋向于均匀流，因5此垂裙处冲刷深度较为一致，对下游河床的冲刷深度也较小，最大

9、冲刷点也距离垂裙较远，由此可以得到，加长铺砌，可以改变水流的流态和流速的垂直分布，因而减少冲刷深度，但铺砌不宜过长，铺砌过大将大大增加工程的造价。 2、设置不同级挑坎采用挑坎消能防护的方式，变冲为淤，可以减少水流对垂裙处的直接冲刷深度，特别是挑坎后有一段铺砌时，防护消能的效果也较好。挑坎防护系一种构造物，来改变水流条件。它是紧靠涵洞加固段的末端变冲为淤的防护方法，通过设置一级、二级、三级挑坎来实现目的。 3、出口处抛石防护抛石防护可以起到较好的防护效果，特别是采用较大的砾石、较长的铺砌长度铺砌垂裙后部时，冲刷坑的深度有较大的减少，其原因在于较大的砾石的起动流速较大，其起动需要较大的流速，同时它

10、还可以调整垂直流速分布，使河床冲刷坑平、浅、长，避免底流使冲坑出现陡、深、短的情况；而且有助于水流的平面扩散，不使旁侧回漩，减小河床中部的冲刷坑深度，避免形成左右两个冲刷坑危及边坡的稳定。 结论 对山区高速公路桥涵抗水毁技术进行系统研究，合理进行山区高速公路沿线桥涵抗水毁设计，有针对性地采取预防措施，提出涵洞防护与加固的经济合理型式，从理论到技术措施建立一个相对完整的体系。对保障交通安全畅通，确保桥涵安全防洪，保证公路沿线人民生命财产安全，促进西部地区的经济、社会建设和可持续发展起着至关重要的作用；6对山区公路涵洞的规划、抗水灾能力、养护皆具有十分重要的意义。 参考文献： 1刘伟.山区公路涵洞水毁机理及其抗水灾能力综合评价的研究D. 西安：长安大学.2004. 2山区公路路基排水和水毁防治技术研究R.西安公路交通大学西安，1995. 3周良吾，浅析山区农村公路水毁的成因及防治措施J，硅谷，2008，(18) 4 王继宏.浅议公路水毁的成因与防治J.甘肃科技纵横，2009（1）.