1）青藏公路多年冻土区涵洞病害调研

2010年8月，根据青藏公路整治改建工程的施工进度，对K2899—K3007共108 km的段落的涵洞使用情况进行了调查。调查路段为昆仑山多年冻土热不稳定区（K2890—K2923）及楚玛尔河断陷盆地多年冻土热不稳定区（K2923—K2987）。

调查路段108 km共有51道涵洞，其中钢筋混凝土盖板涵46道，全部为旧涵，新修金属波纹管涵5道。表5—2为调查路段涵洞情况。从中可以看出，该段盖板涵基本完好率为41.3%，一般破坏率为21.7%，严重破坏率为37%，半数以上涵洞已经产生破坏。金属波纹管涵洞使用情况良好，无病害发生。

表5—2　青藏公路K2899—K3007 涵洞调查情况

（续表）

（1）钢筋混凝土盖板涵调查情况

钢筋混凝土盖板涵洞身破损的形式包括：台身倾斜或倒塌、台身开裂以及洞身铺砌损坏。洞口破坏形式包括：翼墙倾斜或翼墙与涵身脱开、翼墙墙体开裂或顶部抹面损坏，以及洞口或急流槽铺砌损坏和出入口铺砌被掏空等。在各种破坏类型中，涵洞洞口病害最为普遍（图5—20～图5—25）。

图5—20　K2919＋000处涵洞

图5—21　K2925＋300处涵洞

图5—22　K2933＋800处涵洞

图5—23　K2906＋050处涵洞

图5—24　K2900＋350处涵洞

图5—25　K2900＋950处涵洞

由于青藏公路的涵洞经历了较长时间的使用，经历了冻土反复冻融的破坏，涵洞的出入口因为和涵体本身强度不一样，首先产生破坏。因此不论是基本完好的涵洞，还是严重破坏的涵洞，出入口基本上都有破坏。表5—3为调查路段涵洞病害情况表。进出口破坏的涵洞合计有38道，占盖板涵总数的82.6%，其后才是涵体本身由于冻胀作用出现的底部变形及盖板断裂，沉陷等病害。

表5—3　调查路段涵洞病害情况　（道）

（2）金属波纹管调查情况

该段共有5道新修金属波纹管涵，因为修筑时间较短，涵体本身没有明显的病害发生。5道涵洞中有一道涵洞采用平头式出入口，其余均不做处理，管节伸出路堤边坡外直接放置；一道涵洞边坡未作处理，其余均采用干砌片石护坡。

图5—26为K2935＋950处波纹管涵洞，该处波纹管涵采用自然放置出口，未做干砌片石护坡。从图中明显看出边坡冲刷严重，涵体无明显变形，流水通畅，无生锈腐蚀现象。

图5—26　K2935＋950处波纹管涵洞

图5—27　K2953＋100处波纹管涵洞

图5—28　K2944＋000处波纹管涵洞

图5—27为K2953＋100处波纹管涵洞，该处涵洞采用干砌片石对涵洞周围进行保护。图中发现涵洞顶部未用干砌片石保护的边坡被雨水冲刷，形成一条条小的沟壑，但涵洞出口保护良好，涵洞整体良好，无明显变形破坏。

图5—28为K2944＋000处波纹管涵洞，该处涵洞采用平头式出入口，有干砌片石保护洞口，整体良好，无明显变形。只是出口管节安装不是很好，两管节之间有5 cm左右的空隙，螺栓外漏，不影响使用，长期使用是否会产生病害需要进一步的观察研究。

金属波纹管涵洞因为安装时间较短，使用效果都比较良好，未出现明显的变形和生锈腐蚀现象。出入口采用干砌片石防护的效果要优于没有防护的，但不影响涵洞本身的使用。

青藏公路的调查表明，公路涵洞的破坏的主要原因是：由于地基的冻融循环及不均匀变形导致涵洞各部分受力不均衡造成的不均匀沉降。而金属波纹管作为一种预制构件，现场安装施工，各部分结构性能相同，整体性好，适应变形能力强，是一种新型材料的涵洞，在多年冻土区有很好的应用前景。

2）G214线多年冻土区涵洞病害调研

G214线是西部地区干线路网改造的重点，青海境内长1 084 km，其中K280＋000（鄂拉山北坡）—K660＋000为冻土段，本段是青藏高原腹地大片连续多年冻土区逐渐向岛状多年冻土区过渡带，分布着连续、不连续的多年冻土以及深季节性冻土，冻土地温普遍较高。调查路段起点K490＋000位于黄河沿，经野马滩、小野马岭、野牛滩、野牛沟、龙根滩、龙根查依玛到达终点查拉坪段K590＋000，全长100 km，共有涵洞231道，其中钢筋混凝土盖板涵183道，金属波纹管涵47道，石砌拱涵1道，见表5—4。G214线涵洞原多以钢筋混凝土盖板涵洞为主，随着金属波纹管涵的应用及推广，在G214线的改扩建过程中，对冻土地区的涵洞工程逐步以适应变形能力更强的金属波纹管涵替代原有的钢筋混凝土盖板涵。

表5—4　G214 黄河沿至查拉坪段涵洞数量　（道）(www.daowen.com)

从表5—5中可以看出，在多年冻土区有37道金属波纹管涵，基本完好的涵洞比率为75.68%，一般破坏的比率为10.81%，严重破坏的比率为13.51%；季节冻土区为10道，基本完好比率为80%，一般破坏和严重破坏的比率均为10%。从表5—6中可以看出，在多年冻土地区有73道钢筋混凝土盖板涵，基本完好的比率为54.79%，一般破坏的比率为28.78%，严重破坏的比率为16.43%；季节冻土区为10道，基本完好比率为79.09%，一般破坏的比率为10%，严重破坏的比率为10.91%。从以上数据可以看出，在多年冻土区，金属波纹管涵的基本完好率要远远高于钢筋混凝土涵的基本完好率；而在季节冻土区，两者的基本完好率基本相同，说明金属波纹管涵在多年冻土区的适用性要好于钢筋混凝土盖板涵，而在季节冻土区，两者均可使用。

表5—5　G214 黄河沿至查拉坪段金属波纹管涵使用状态调查

表5—6　G214 黄河沿至查拉坪段钢筋混凝土盖板涵使用状态调查

（1）钢筋混凝土盖板涵调查情况

图5—29为K553＋456处钢筋混凝土盖板涵。该涵位于季节冻土区，进出口为八字墙，涵身无明显变形，边坡冲刷，八字墙脚部分损坏，涵内积水，涵顶路基未见明显变形。

图5—29　K553＋456处钢筋混凝土盖板涵

图5—30　K557＋194处钢筋混凝土盖板涵

图5—31　K567＋082处钢筋混凝土盖板涵

图5—32　K570＋215处钢筋混凝土盖板涵

图5—30为K557＋194处钢筋混凝土盖板涵。该涵位于季节冻土区，进出口为八字墙，该涵加长处断裂，填土渗漏，出入口较好，涵顶路基凸起，路基与涵连接处有明显的跳车现象，边坡冲刷，冲刷土向洞口淤积，但不严重。

图5—31为K567＋082处钢筋混凝土盖板涵。该涵位于富冰、饱冰多年冻土区，进出口为八字墙，该涵进出口有冻胀，边坡冲刷，涵底淤积，厚度为0.5 m，涵顶路面有轻微跳车现象。

图5—32为K570＋215处钢筋混凝土盖板涵。该涵位于富冰、饱冰多年冻土区，进出口为八字墙，进口外接跌水井。进出口冻胀，跌水井与八字墙分离，铺砌损坏，涵身剥落，渗水。涵顶路面为六棱砖，沉陷严重。

表5—7为调查路段钢筋混凝土涵病害情况。通过分析可以发现，钢筋混凝土盖板涵不论在多年冻土区还是季节冻土区，发生的病害明显要比金属波纹管多，特别是涵洞进出口的破坏及涵洞自身的破坏。

表5—7　G214 黄河沿至查拉坪段钢筋混凝土涵病害情况　（道）

（2）金属波纹管涵调查情况

金属波纹管涵的主要病害形式有涵洞底部的波浪变形，涵身中部的沉陷，涵洞内积水、积冰及淤积，涵洞顶部的路基沉陷，进出口铺砌的损坏，以及涵底过水面的腐蚀生锈。图5—33～图5—36为调查路段金属波纹管涵。

图5—33　K532＋990处金属波纹管涵

图5—34　K557＋864处金属波纹管涵

图5—35　K563＋520处金属波纹管涵

图5—36　K554＋346处金属波纹管涵

从以上金属波纹管涵的使用情况可以发现，金属波纹管涵在冻土区整体使用情况良好，涵身无明显变形，涵顶路面平整，涵洞出入口病害较少，出入口为干砌片石护坡的涵洞现状较好，出入口为水泥护坡的涵洞水泥护坡有裂缝，但不影响正常使用。涵底过水面普遍出现腐蚀生锈现象。

表5—8　G214 黄河沿至查拉坪段金属波纹管涵病害情况　（道）

表5—8为调查路段金属波纹管涵病害情况。从表中可以看出，该段金属波纹管涵的主要病害是涵内积水、积冰以及淤积，其次是涵顶路基的沉陷、变形，仅有一处进出口破坏。根据以往多年冻土区涵洞情况的调查经验，进出口破坏是多年冻土区涵洞破坏的重要原因，而金属波纹管涵的使用大大降低了涵洞进出口破坏的比率，提高了涵洞的使用效果及寿命。在调查过程中还发现，大部分金属波纹管使用状况良好，涵底未见明显变形，出入口良好，涵顶路面平整，未见涵跳现象，说明波纹管涵在结构上能满足多年冻土区路基不均匀沉降的需求。但表5—7中所示的4处涵顶路基沉陷破坏处，路面翻浆严重，路基严重变形。分析现场情况得知，该处涵洞为改建旧涵涵洞，施工时可能是将旧路涵洞处横向开挖，除去旧涵，原位安装波纹管涵，管顶填土没有压实，造成后期管顶路基沉降，路面翻浆。

3）多年冻土区涵洞病害机理分析

青藏公路及G214线是青藏高原多年冻土区最具典型代表的两条干线公路，通过长期的观测和调查分析得出，这些涵洞破坏的主要原因是公路路基及涵洞的修筑改变了多年冻土区天然环境，加上涵洞施工时开挖基坑、砌筑基础等作业破坏了原地层的水热平衡，如果因施工材料供应不及时或其他原因使基坑暴露时间过长而积水，大量的热量（太阳辐射能）进入冻土地基，使地温升高，基底冻土融化，人为上限下移，降低了地基承载力。在冻融作用下致使涵洞过早的破坏，最终影响路基的稳定性。