暗渠箱涵结构病害规律分析与标准应用

骆 成，李庆锋，杨文艺

(1.江西锦路科技开发有限公司，南昌 330025;2.武汉马房山理工工程结构检测有限公司，武汉 430070)

市政箱涵暗渠是重要的城市基础设施，是大型排水结构，对城市防汛有重要作用。如我国新型城市雄安市，箱涵暗渠对城市排涝发挥巨大作用[1,2]。

箱涵暗渠一旦建造完毕投入使用，由于条件的限制，缺乏维护计划和维护作业，容易被忽视，其技术状况基本无从得知，结构完整性难以得到保障。这一广泛存在的情况，鲜少被专业部门和人士提及。此外，箱涵暗渠的结构性缺陷采用哪一类标准或规程来进行评估，也有待于更进一步厘清。

论文分析了箱涵暗渠常见的病害和诱因，以及进行结构性能评估时采用的原则和标准，并结合案例说明了部分现浇式钢筋混凝土箱涵病害的主要特征，并对设计、施工、养护和维护提出了建议。

1.1 箱涵暗渠评估现状

箱涵暗渠所受重视程度不及其他结构。原建设部于2010年曾开展调研[3]，表明大量的箱涵和暗渠，缺少科学合理的系统维护；
其市政功能、结构安全，远远落后于城市需求，轻则降低城市宜居性，重则带来安全隐患。

此后不久，2013年青岛市“11·22”中石化东黄输油管道泄露爆炸事故震惊全国。调查报告表明，事故的发生与箱涵暗渠有关，主要原因是输油管道与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄、管道破裂、原油泄漏,流入排水暗渠及反冲到路面。原油泄漏后,引发暗渠内油气爆炸[4]。不难理解，由于对暗渠局部的结构性能、理化环境作用演化缺少充分认知，暗渠内部管道检测不及时，加之后期管理不当，共同酿成了这次重大事故。

一般认为，暗渠的维护检查，可按市政技术标准《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181执行。常见病害可分为功能性缺陷和结构性缺陷。功能性缺陷包括沉积、结垢、障碍物、残墙坝根、树根、浮渣等。结构性缺陷有破裂、变形、腐蚀、错口、起伏、脱节、接口脱落、支管暗接、异物穿入和渗漏等。按照缺陷的程度又可分为1～4级，分别为轻微、中等、严重和重大缺陷。

相比城镇排水管道，暗渠箱涵有自身的特点，不宜完全按CJJ181进行评价。暗渠箱涵通常采用矩形断面，截面荷载较大，内力分布比圆形的预制管道更为不利；
现浇箱涵的整体性较好，一般没有接头的错动等缺陷；
箱涵结构空间尺寸较大，排水断面大，通过性强，淤积不严重；
与预制排水管的功能性缺陷突出相比，暗渠箱涵的结构性缺陷，则更为典型和普遍，也更容易造成安全隐患。从其他研究成果看[5,6]，也有类似结论。

1.2 标准适用性

在箱涵暗渠检测中，直接指导或间接参照的标准(规程)如表1所示。

表1 箱涵暗渠检测评估相关技术标准

现浇混凝土结构箱涵，在结构、材料的具体检测方法上，显然适用《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T 50784。对于结构病害的分析评估，现行技术体系中，以《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181作为评价依据，并可以计算出结构性缺陷参数。

但规程CJJ181中对于管(涵)的结构缺陷评估方法，明显更适用于预制的混凝土管道，而不太适用于矩形的现浇混凝土管涵。鉴于此，参考文献[6]，也可借鉴《水工混凝土建筑物缺陷检测和评估技术规程标准》DL/T5251评估病害。

2.1 历史原因

城市建设过程中，暗渠箱涵往往是逐步改建的，缺少整体的规划或统筹计划。由于土地紧缺、市容市貌改善、提高交通能力等原因，不少地方为了提高土地利用率，会将河沟、明渠等改造为箱涵，增加了暗渠箱涵的数量。

2.2 勘察设计原因

1)勘察原因。暗渠箱涵修建于既有的河(沟)道，地基条件复杂或底层变化较大，设计前没有进行充分的勘察，或勘察资料不全。

2)设计原因。设计中对于暗渠周边环境的改造、条件的变化，缺少提前的规划和预判。历史上对于市政设施缺少耐久性设计，结构病害发生、发展迅速。

2.3 使用维护原因

1)荷载条件变化。箱涵建成后，在周边存在大量工程建设，特别是土方开挖和土方堆载等改变了荷载条件。

2)外部结构改造。在箱涵上部加盖其他构筑物，甚至加盖建筑物，或者是直接穿越暗渠箱涵结构，通过内部增设其他管道等设施。

3)维护管养不足。在上述外部环境、作用经历过较大变化时，没有充分及时准备配套保护措施。

4)排放条件变化。排放物除了雨水污水之外，可能还有其他废水，导致箱涵的使用环境急剧恶化。

某防洪工程排洪箱涵约于2015年5月建成，采用钢筋混凝土结构，总长480 m，明挖施工，箱涵内部净空结构尺寸主要为2.2 m×2.2 m，底板、边墙、顶板厚度均为0.5 m，设置4个检查井，每20 m设置伸缩缝，采用C25混凝土，现场自行搅拌。

在一项市政改造前，发现箱涵的混凝土顶板出现多条贯通裂缝，裂缝分布主要集中在3号井和4号井之间，遂对暗渠的结构安全情况进行了专项检测。鉴于该箱涵功能性缺陷不多、结构病害突出，因此按混凝土结构的检测标准进行现场检测。

检测时现场按随机抽样原则进行抽样检测，抽检试样及测点覆盖箱涵的各项拟检测指标。

根据该排洪箱涵检查井的分布，每两个检查井之间划为一个单元，共三个检测单元。箱涵每20 m设置伸缩缝，以伸缩缝之间的部分划分为一个构件。具体抽检构件现场确定。每一个检测单元的检测内容包括箱涵顶板、侧墙实际截面厚度及净空尺寸；
箱涵混凝土质量和缺陷；
钢筋配置、顶板/边墙钢筋数量、混凝土保护层厚度检查；
材料(混凝土和钢筋)强度；
箱涵顶板挠度；
基础沉降。

现场检测结果的概要如表2所示；
现场检测时观察到的混凝土和钢筋病害如图1、图2所示。

表2 病害分布及特征

结合表2、图1和图2，不难判定，该现浇混凝土暗渠箱涵，结构性缺陷问题非常严重。虽然《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181的结构评分方法不完全适用于箱涵，但根据其原则仍然可判定，结构性缺陷等级已经达到IV级，箱涵存在重大缺陷，损坏严重或即将导致破坏，需要立即采取有效措施进行加固补强。

针对此项工程病害特点，可以推断结构缺陷和病害的主要原因，主要包括：

1)箱涵建成后，顶板上所经历的荷载(组合)，比设计荷载高出较多；
运营后，对箱涵所在场地缺少保护，容易导致超载。

2)现场制备的混凝土质量控制不良，导致混凝土强度严重偏低。

3)施工过程的质量管理不严，混凝土的一般病害和夹杂广泛存在。

4)上述荷载、材料、施工问题的存在，加上耐久性设计不足，在高湿且循环的条件下，钢筋锈蚀发展非常迅速，伴随其他材料病害的进展。

5)场地勘察不足，防护(防渗漏)措施不足，地基软化且伴随基础沉降发生。

对箱涵暗渠在市政设施和城市保障维护管养现状、技术标准适用性进行研究，得到以下结论：

a.箱涵暗渠是市政工程中一项关键性设施，在城市防洪防涝中具有不可替代的作用。目前对箱涵的技术状况的关注度，不能匹配其功能重要性；
大量箱涵暗渠技术状况不良，不利于城市安全度和宜居性。

b.《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181所列的结构性病害检测和评估项，部分内容在箱涵暗渠中针对性不强，适用性有待提高。

c.结合混凝土结构的检测和评估原则，借鉴相关技术标准，采用混凝土结构的有效检测方法，可对现浇混凝土箱涵暗渠此类病害进行有效的评估，并得出有指导性的结论。

d.箱涵暗渠的勘察、设计、施工、运维和检测评估环节，都要提高技术管理水平和严谨性。设计阶段要适当考虑中长期开发规划，对于可能的荷载要有充分准备。建设单位要提高对地下设施的管理水平，特别是在建设环境发生重大改变时，要及时进行设施的检查、记录和评估，并对已发生的病害及时处理。

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