涵洞检测方法及病害特征研究

水利部公益性行业科研专项经费项目项目编号：Gq410001淮河流域涵洞病害特征与检测复核计算方法淮河流域涵闸工程安全评估关健技术研究专题报告之二南京水利科学研究院二○一三年三月成果编号：材密级：内部项目名称：淮河流域涵闸工程安全评估关健技术研究项目性质：水利部公益性行业科研专项经费项目任务书编号：201101013项目编号：S411004项目来源：水利部国际合作与科技司中水淮河规划设计研究有限公司项目负责人：陈灿明黄卫兰项目参加人：黄卫兰陈灿明金初阳李弘王宏徐银凤贾宁一陈健邓昌李建吴乔张淼李森林陆道彪赖艳燕报告编写人：黄卫兰陈灿明金初阳李弘报告评审人：唐崇钊（教授级高工）、丁伟农（高级工程师）报告审查人：胡少伟（教授级高工、所长）报告审批人：胡少伟（教授级高工、所长）目录1.前言...............................................................................................................................42涵闸的结构与病害特征分析.........................................................................................42.1涵闸的结构特征............................................................................................42.2涵闸的主要病害与特征..............................................................................103涵洞病害与特征参数检测方法..................................................................................153.1涵闸主体结构材料特征参数......................................................................153.2涵闸主体主要施工缺陷..............................................................................173.3涵闸的老化病害..........................................................................................183.4涵闸运行损伤..............................................................................................243.5其它..............................................................................................................254涵洞特征参数安全复核计算方法..............................................................................264.1防洪能力复核..............................................................................................264.2过流能力复核..............................................................................................284.3抗渗稳定复核..............................................................................................304.4消能防冲复核..............................................................................................314.5洞身结构强度复核......................................................................................354.5.1洞顶垂直土压力计算..............................................................................354.5.2侧向水平土压力计算..............................................................................374.5.3水压力计算..............................................................................................384.5.4汽车车辆荷载计算..................................................................................404.5.5自重力计算..............................................................................................414.5.6涵洞的结构计算......................................................................................415小型涵洞现场检查与核查方法..................................................................................476结论与建议..................................................................................................................51涵洞检测方法及病害特征研究1.前言淮河流域穿堤涵洞众多，也是历年防汛的重点。但由于工程规模小，管理较为薄弱，目前涵洞的安全鉴定并没有专门的规定，在进行除险加固时也往往仅做简单的检测，有的检测都没有，给堤防工程的安全运行造成很大的影响。因此，针对淮河流域水利工程中水闸和穿堤涵洞众多的特点，开展淮河流域涵闸工程安全评估关键技术研究，建立适合流域特点的涵闸工程安全评估体系，为主管部门提供决策依据、为已建工程管理和工程除险加固提供技术支撑是十分必要的。为此，针对淮河流域水利工程中水闸和穿堤涵洞众多的特点，2011年度水利部设立公益性行业科研专项资金项目《淮河流域涵闸工程安全评估关键技术研究》，通过淮河流域涵闸工程安全评估关键技术研究，提出淮河流域涵闸工程的安全评估方法，建立淮河流域涵闸工程安全评估体系，对流域涵闸工程的安全状态做出符合实际的评价分级，为即将开展的淮河流域大中型病险水闸除险加固提供技术支持，加快流域涵闸工程除险加固的进程。另外该成果也可对流域内现有涵闸运行风险作出评估，为防洪减灾提供技术支撑，减少由于涵闸工程失事所造成的损失。根据项目分工，本课题主要承担淮河流域病险水闸的资料收集、补充检测、资料分析和病害特征的研究工作。本报告主要分析研究了涵洞的结构与病害特征，对涵洞的检测方法和病害特征进行研究。2涵闸的结构与病害特征分析2.1涵闸的结构特征在水利工程各种建筑物中，涵洞工程的规模相对较小，结构型式也比较简单，但数量却是较多的。涵洞一般由进口建筑物（段）、洞身（段）、出口建筑物（段）三大部分组成。涵洞洞身结构型式主要有箱涵、盖板涵洞、拱涵及圆管涵等。进口、出口的建筑物常用的有八字式洞口、端墙（一字墙）式洞口、扭曲面式洞口及跌水式洞口等。（1）按涵洞功能分类根据涵洞的功能可分为输水涵洞及排（引）水涵洞两大类。1）输水涵洞输水涵洞一般位于输水渠道上，与上下游渠道相连，输送渠水。当输水渠道与公路、铁路、河沟或另一渠道交叉时需要设置输水涵洞。2）排（引）水涵洞排水涵洞是取水输水工程中最多的一种涵洞类型，其作用是排泄洪水或涝水。平原地区河道两侧低洼地带在汛期常因降雨形成内涝积水，多修建排涝涵洞排水。在这种情况下，需在涵洞进口设闸门控制，在河水位较高时，关闭闸门以防河水倒灌，当河水位较低时再开闸排涝。排水渠系中的各级排水沟与道路或渠道相交时，需在道路或渠下设置排水涵洞，这类排水涵洞规模多较小，一般多为预制钢筋混凝土管。（2）按洞身结构布置型式分类涵洞按洞身结构布置型式主要分为箱涵、盖板涵洞、拱涵及圆管涵等。1）箱涵箱涵为矩形断面现浇整体式钢筋混凝土结构，其优点为结构承载能力高。流量及洞径较大或内水压力较大的涵洞多采用箱涵，如南水北调中线总干渠上的排水涵洞及渠涵（暗渠）均采用箱涵，其排水涵洞的孔宽一般为3m左右，孔数为1～3孔；渠涵（暗渠）每孔的宽度为6m左右，2孔或3孔一联。2）盖板涵洞盖板涵洞的盖板一般为预制钢筋混凝土结构，侧墙及底板根据洞径及荷载大小，可分别采用浆砌石、素混凝土或钢筋混凝土结构。盖板涵洞的优点是施工简单，但因盖板为简支结构，因此其承载能力相对较低，且防渗条件差，因此多用于中等规模及洞顶填土高度不大的无压涵洞。一般从居民区附近经过的输水暗渠多采用盖板涵洞的结构型式。3）拱涵拱涵多为浆砌石结构，也有采用预制素混凝土及钢筋混凝土拱圈的。拱涵的优点是拱圈承载能力较大，能就地取材，当地基较好时，拱涵顶部的填土高度可超过20m。20世纪70年代前后修建的灌区工程，其渠系上的涵洞多采用拱涵。4）圆管涵圆管涵为管壁较薄的钢筋混凝土管，主要用于小流量的排水涵洞。由于圆形模板的施工难于平面模板，因此一般很少采用现场浇筑混凝土施工，而是采用水泥制品厂的预制混凝土管定型产品，同时受预制定型管孔径的限制，且涵洞如为无压流时，圆形管可利用的有效过水断面相对较小，因此孔径较大的涵洞，多采用其他断面型式。预制混凝土管圆管涵的优点是受力条件好，承载能力大，设计施工简单，一般不需要进行结构设计，可直接根据涵洞的设计荷载条件，参照预制混凝土管定型产品的性能指标，选用相应规格的涵管即可。（3）按洞身建筑材料分类涵洞按洞身建筑材料可分为钢筋混凝土结构涵洞、浆砌石结构涵洞及混合材料涵洞等。箱涵及圆管涵为钢筋混凝土结构，盖板涵洞也有全部采用钢筋混凝土结构的；全部采用浆砌石结构的有拱涵．在石料丰富及有砌石经验的地区多采用浆砌石拱涵。除箱涵及圆管涵外，盖板涵及拱涵的不同部位也常采用不同的建筑材料。（4）按水流流态分类涵洞中的水流流态，一般分为有压流、无压流和半有压流三种。（2）涵洞级别的划分根据GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》的规定，水闸、渡槽、倒虹吸、涵洞、隧洞、跌水与陡坡等灌排建筑物的级别，根据过水流量大小，由表2-1确定。在防洪堤上修建的引水、提水工程及其它灌排建筑物，或在挡潮堤上修建的排水工程，其级别不得低于防洪堤或挡潮堤的级别。当涵洞、倒虹吸等灌排建筑物穿公路及铁路时，其级别不得低于公路或铁路的级别。蓄水、引水和提水枢纽工程中位置特别重要、失事后将造成重大灾害，或采用新型结构、实践经验较少的2~5级主要建筑物；2~5级的高填方灌排渠沟、大跨度或高排架渡槽、高水头或大落差水闸、倒虹吸、涵洞等灌排建筑物，其级别经论证后可提高一级