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 (4)

2涵闸的结构与病害特征分析 (5)

2.1涵闸的结构特征 (5)

2.2涵闸的主要病害与特征 (10)

3 涵洞病害与特征参数检测方法 (15)

3.1涵闸主体结构材料特征参数 (15)

3.2涵闸主体主要施工缺陷 (17)

3.3涵闸的老化病害 (18)

3.4涵闸运行损伤 (24)

3.5其它 (26)

4 涵洞特征参数安全复核计算方法 (26)

4.1防洪能力复核 (26)

4.2过流能力复核 (28)

4.3抗渗稳定复核 (31)

4.4消能防冲复核 (31)

4.5洞身结构强度复核 (35)

4.5.1 洞顶垂直土压力计算 (35)

4.5.2 侧向水平土压力计算 (37)

4.5.3 水压力计算 (38)

4.5.4 汽车车辆荷载计算 (41)

4.5.5 自重力计算 (42)

4.5.6 涵洞的结构计算 (42)

5 小型涵洞现场检查与核查方法 (48)

6 结论与建议 (52)

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GB 50288-99《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