喜马拉雅山区公路桥涵病害类型及特征研究_陈敦.pdf

第 43卷第 1期2023年 2月防灾减灾工程学报Journal of Disaster Prevention and Mitigation EngineeringVol.43 No.1Feb.2023喜马拉雅山区公路桥涵病害类型及特征研究陈敦1，2，3，李国玉1，2，4，牛富俊1，杜青松1，2，4，柴明堂5，齐舜舜1，2，4，周宇1，2，4（1.中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；2.中国科学院西北生态环境资源研究院大兴安岭冻土工程与环境观测试验研究站，黑龙江 加格达奇 165000；3.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州 221116；4.中国科学院大学，北京 100049；5.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021）摘要:以喜马拉雅山区公路桥涵作为研究对象，基于现场典型病害调查数据，系统论述了喜马拉雅山区公路桥涵病害类型、发育特征以及影响因素，提出了相应的病害整治措施建议。调查结果显示，喜马拉雅山区公路桥梁上部结构梁板铰接缝与翼缘渗水泛碱病害和桥面铺装病害较为普遍，病害率分别为 25%和 42%。下部结构的桥墩病害主要表现为基础冲刷（12.5%）、桥台台前护坡和耳墙破损（25%）以及桥台背墙渗水、腐蚀、掏空（29.17%）。桥梁附属构造物常见病害为伸缩缝病害、锥坡病害以及导流工程病害等，其中 62.5%的桥梁病害出现在伸缩缝位置。涵洞的主要病害主要有涵洞盖板和翼墙开裂倾斜、涵洞进出口堵塞、波纹管涵断裂以及涵背跳车，并且大约 60%的涵洞病害位于多年冻土区涵洞进出口位置。公路桥涵工程病害主要是由于环境因素（气候环境、地形地貌、人类活动）和工程因素（设计、施工、养护、建筑材料）所致。因此，建议建立喜马拉雅山区公路桥涵病害数据库，形成“空天地”一体化综合监测系统，研发病害防治新技术，做好定期养护维修，提高公路桥涵的服役性能。关键词:喜马拉雅山区；公路桥涵工程；病害调查；工程病害；防治建议中图分类号:TU443；X951 文献标识码:A 文章编号:16722132(2023)01001814Damage Types and Characteristics of Highway Bridges and Culverts in the Himalayas of ChinaCHEN Dun1,2,3，LI Guoyu1,2,4，NIU Fujun1，DU Qingsong1,2,4，CHAI Mingtang5，QI Shunshun1,2,4，ZHOU Yu1,2,4(1.State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China；2.Da Xing an ling Observation and Research Station of Frozen-Ground Engineering and Environment,Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences,Jiagedaqi 165000,China；3.Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China；4.China University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China；5.School of Civil and Hydraulic Engineering,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)Abstract:The high altitude，complex and diverse topography，sensitive climate characteristics and large carrying capacity pose great challenges to the long-term performance of highway bridges and culverts in the Himalayas of China.Based on the survey data of typical damage in the Himalayas of DOI：10.13409/ki.jdpme.20220122001收稿日期：2022-01-22；修回日期：2022-03-09基金项目：第 二 次 青 藏 高 原 综 合 科 学 考 察 研 究 项 目(2019QZKK0905)、冻 土 工 程 国 家 重 点 实 验 室 自 主 研 究 项 目(SKLFSE-ZY-20，SKLFSE-ZQ-58，SKLFSE-ZT-202203)、国家自然科学基金项目(42201162)、中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金课题(SKLGDUEK1904)资助作者简介：陈敦（1989），男，助理研究员，博士。主要从事冻土力学与寒区工程方面的研究。E-mail:通讯作者：李国玉（1975），男，研究员，博士。主要从事冻土环境与寒区工程方面的研究。E-mail:18China during the second Tibetan Plateau scientific expedition and research，this paper systematically analyzes various types of engineering damage of highway bridges and culverts，and proposes corresponding control measures.The investigations indicated that about 42%of bridge damage is related to deck pavement.Water seepage and alkali-flooding in the hinged joints and flanges of the superstructure of highway bridges are common forms of superstructure damage.Foundation scouring is the main form of the bridge pier damage（12.5%）.The primary damage forms of bridge abutments are damage to slope protection and ear walls in front of abutments，water seepage，corrosion，and hollowing of abutment back walls.The damage of bridge ancillary structures can be categorized as expansion joint damage，cone slope damage，and diversion engineering damage，with 62.5%of bridge damage occurring at the expansion joints.The damage types of culverts include subsidence，cracking or dislocation of wing walls，blockage of culvert inlet and outlet，fracture of corrugated steel culverts，and vehicle jumping at the culvert back.Around 60%of culvert damage occurs at the inlet and outlet，and is concentrated in the permafrost region.The damage of highway bridges and culverts engineering is mainly caused by environmental and engineering factors，such as climate environment，landform，human activities，design，construction，maintenance，and building materials.Therefore，it is recommended to establish a database of highway bridges and culvert damage in the Himalayas，develop a comprehensive monitoring system，develop new damage prevention technology，prioritize regular maintenance，and improve the service performance of highway bridges and culverts.Keywords:Himalayas；highway bridges and culverts；disease investigation；engineering disease；prevention and control suggestions0 引 言喜马拉雅山区域位于我国西南边陲青藏高原南缘，西起巴基斯坦帕米尔高原的南迦帕尔巴特峰（海拔 8 125 m），东至我国西藏自治区墨脱县雅鲁藏布江大转弯处的南迦巴瓦峰（海拔 7 782 m），北起印度、尼泊尔以及不丹，南抵玛旁雍错和雅鲁藏布江大断裂，是青藏高原的重要组成部分1。该地区纵横交错地分布着 G216、G219、G314、G318、G319、G349、G562、G564、GS303、S303、S514 等重要公路以及边防公路，保障了青藏高原和南亚通道的交通畅通，对加快区域经济社会发展、改善各族群众生活、增进民族团结以及巩固祖国边防发挥着十分重要的作用。目前，在青藏高原暖湿化的气候背景及人类活动的双重影响下，高原冻土对人类生居的影响体现在强烈的热效应引起的重大冻土工程病害问题，特别是多年冻土温度升高和强度降低，产生了一系列工程病害（如工程构筑物不均匀沉陷、坍塌、裂缝等），直接影响到冻土区内重大工程的安全运营。以 新 藏 公 路（G219）、红 吉 线（G216）以 及 上 聂 线（G318）等为代表的喜马拉雅山区基础设施工程具有重要的社会、政治以及国防意义，工程建成至今其病害现状、潜在危害以及病害发育趋势亟待进行深入调查研究。其中，喜马拉雅山区最重要的交通线 是 219 国 道（G219），一 般 分 为 老 G219 线 和 新G219 线。老国道 G219 线（也称新藏线），跨越我国西南边陲的新疆维吾尔自治区和西藏自治区的边境地区，北起新疆喀什地区叶城县，与国道 315线相连，南至西藏日喀则市拉孜县，全程 2 143 km（其中，西藏境内 1 488.5 km，新疆境内 654.5 km），再到拉孜县接国道 318（G318，叶拉公路）到达拉萨2。新G219 线又称喀东线，将原 G219 北端延伸至新疆北部喀纳斯（禾木喀纳斯蒙古族乡），南端改线延伸至广西（中越边境的）东兴市，经过新疆、西藏、云南以及广西 4 个省市区，全程长达 10 065 km，是中国里程最长的国道。新藏公路作为进藏的四条重要通道之一（青藏公路、川藏公路以及滇藏公路），沿边境线呈南北走向，经过森林草原、雪山河流、冰川湖泊、高山峡谷、戈壁荒漠等多种地貌单元，以及滑坡、泥石流、滚石、坍塌、冻土等复杂多变地质条件，19沿途平均海拔 4 500 m 以上，年平均气温9，需翻越 5 座海拔 5 000 m 以上的山峰和 16 座冰山达坂，是国家西南和西北边境最重要的通道34。桥涵工程作为公路工程重要的组成部分，是保障喜马拉雅山区公路畅通的重要构造。但由于复杂多变的地质条件、恶劣的自然环境、长期的超载运营以及较低的技术等级标准等因素，导致既有桥涵工程存在不同程度的病害问题，已逐渐无法满足现有区域经济的发展和边防建设的需求，威胁着喜马拉雅山区公路的行车舒适性和安全运营。同时，现有喜马拉雅山区公路既有桥涵资料有限，已有桥涵病害的现场调查数据较早且不全面。因此，亟需对喜马拉雅山区公路桥涵病害进行较为系统的调查和分析，提出相应的整治措施建议，为公路养护部门提供数据和技术支撑，提高喜马拉雅山区公路的长期服役性能，也为冻土区类似线路工程的修筑和养护维修提供理论参考。1 研究区概况1.1 调查区域2021年 7月，第二次青藏科考任务九“地质环境与灾害”专题五“冻土冻融灾害及重大冻土工程病害”科考团队，对喜马拉雅山区公路桥涵病害状况进行了系统的调查，重点归纳分析了季节冻土区和多年冻土区公路桥涵工程存在的主要病害类型、破坏程度以及工程病害演化规律，基于病害机理提出了系统整治措施建议，共计调查了典型病害桥梁 24座和涵洞 30 座，如图 1 所示（图中冻土边界来自第二次青藏科考队）。1.2 环境概况1.2.1 气候背景由于地形地貌、特有的高空空气环境和天气系统的影响，喜马拉雅山区形成了复杂多样且独特的中纬度高寒环境，冰川、积雪、多年冻土、石冰川及地下冰等冰缘地貌发育，是地球上生态系统最敏感和生态环境最脆弱的区域。特殊的地理位置造就了该地区独特的自然环境，并在全球气候变暖及人类活动的双重作用驱动下不断发生变化。喜马拉雅山区气候变化特征在南北方向上主要体现为垂直带的降水量分布差异和南北坡干湿状况差异3。通过此次科考调查发现大部分病害桥涵均处于青藏高原西南部高寒带干旱气候区，气候严寒，年平均气温由东向西降低，其特点为辐射强烈、寒冷干燥、大风少雨、垂直地带性显著以及气候状况差异性较大（其中水分和热量的分布差异最为突出）5。图 1科考调查桥涵位置及冻土分布Fig.1Locations of bridges and culverts and distribution of frozen soil in scientific expedition and research201.2.2 地质条件喜马拉雅山区地质构造复杂，地层丰富，岩石变质作用多样，新生代构造作用强烈，地质矿产丰富。根据王立全等4青藏高原及邻区构造地层划分，研究区地层分属于羌塘三江地层大区、班公湖双湖怒江昌宁构造地层大区和冈底斯喜马拉雅地层大区三个一级地层单元，具体可划分为巴颜喀拉地层区、南羌塘地层区、班公湖怒江构造地层区、冈 底 斯腾 冲 地 层 区、印 度 河雅 鲁 藏 布 江 构造地层区以及喜马拉雅地层六个二级地层单元。复杂多变的地质构造和特殊的气候环境导致了喜马拉雅山区各种自然灾害频发，以滑坡、泥石流、崩塌以及荒漠化等为代表的灾害正在或潜在地严重威胁着公路桥涵的长期服役性能67。1.2.3 冻土条件喜马拉雅山区跨越大量的季节冻土区和多年冻土区，多年冻土区表现出强烈的垂直地带性和纬度地带性，主要分布在北部帕米尔高原地区及喀喇昆仑山地区。多年冻土区温度和厚度受海拔高度的控制，海拔越高则地温越低且多年冻土越厚8。其中，国道 G219贯穿青藏高原西南区域，海拔 4 000 m以上的地段约 600 km，多年冻土段近 400 km（康西瓦至多玛），多年冻土南界大概分布于西藏自治区那曲市安多县多玛乡以西 30 km（海拔 4 630 m）附近沼泽湿地，北界分布于大红柳滩以南 10 km（海拔 4 450 m）附近的谷地8。甜水海湖盆区多年冻土厚度 84 m，地下冰厚度 20 m9。2 桥涵病害的类型、危害及分布规律2.1 桥梁病害的类型及危害通过科考调查发现，喜马拉雅山区公路既有桥梁工程以简支空心板梁桥为主要结构形式，现役桥梁结构不同组构部位（上部结构、下部结构以及附属设施）均存在不同程度的病害类型和程度，现场对于破损较为严重的桥梁已将上部结构进行了拆除重建。本节将对喜马拉雅山区公路既有桥梁不同组构的病害类型、病害规律以及病害原因进行归纳和分析。2.1.1 桥梁上部结构病害桥梁上部结构通常指桥梁支座以上的结构10。（1）桥梁梁板铰接缝和翼缘渗水泛碱调查发现喜马拉雅山区桥梁存在较为普遍的梁板底部铰接缝和翼缘渗水泛碱现象（图 2、3），严图2桥梁板梁铰接缝渗水泛碱（浪子凯带桥G562-K724+600）Fig.2Water seepage and alkali flooding in the articulated joints of bridge plate girders(Langzikaidai Bridge G562-K724+600)图 3桥梁板梁翼缘和底板泛碱（中桥 G219-K3335+100）Fig.3Crystalline bloom on the flange and bottom plate of bridge plate girders(Middle Bridge G219-K3335+100)21重影响着桥梁结构的美观和长期服役性能。泛碱病害形成过程：桥梁梁板铰结缝和翼缘板发生积水渗水，水与混凝土内部发生水解反应生成氢氧根，随即与金属离子结合形成溶解度较小的氢氧化物，再加之喜马拉雅山区夏季炎热干旱和水分蒸发量大的气候特点，促使碱性的氢氧化物逐渐析出混凝土表面，表现为泛白、起皮甚至脱落11。病害原因分析：水的渗入：梁板铰接缝一般采用水泥细砂砂浆，长期的运营造成了防水效果变差，出现渗水现象；梁板翼缘处则是由于桥梁排水不畅（排水孔堵塞），在桥面两侧造成长期积水逐渐下渗；气候因素：喜马拉雅山区多年冻土区气候特点为日照时间长、太阳辐射强、干燥寒冷、气温较低、空气稀薄，促使桥梁混凝土生成的碱性氢氧化物结晶逐渐析出，形成泛碱现象。病害整治措施：针对桥梁梁板铰接缝和翼缘泛碱现象可以采用疏通排水、清洗泛碱和裂缝修补三个步骤进行整治。疏通排水：对桥梁堵塞的排水孔进行疏通，防止积水下渗腐蚀混凝土；清洗泛碱：利用稀释后的弱酸对桥梁泛碱区域进行清洗；裂缝修补：使用环氧砂浆对梁板铰接缝和裂缝进行灌注封闭。（2）桥面铺装层病害喜马拉雅山区公路桥梁结构的桥面大多为沥青路面，受到车辆荷载和冻融循环的耦合作用路面结构出现了纵向裂缝、横向裂缝、块状裂缝、修补、坑槽、车辙、龟裂以及沥青老化剥离等病害类型，如图 47 所示。沥青路面的一系列病害极易造成依赖纵横坡排水的桥梁出现桥面积水和雨水下渗现象1213，腐蚀桥梁结构层和钢筋，进而影响桥梁结构的耐久性，增加运维成本。病害原因分析：气候因素：因为喜马拉雅山区公路病害桥梁绝大多数处于温带干旱高原季风气候和高原亚寒带干旱气候区，昼夜温差大、气候干燥、冻融风化较为明显，影响了桥梁沥青路面（属于温度敏感性材料）的耐久性14；荷载因素：位于喜马拉雅山区公路的新藏公路作为国家西南和西北边境最重要的通道，为西藏阿里地区人民提供了基本物资保障，运输车辆时常会出现超载现象，长图 4坑槽和龟裂（红山湖 2号桥 G219-K3260+800）Fig.4Observed grooves and cracks(Hongshanhu No.2 Bridge G219-K3260+800)图 5沥青老化剥离（皮山县和叶城县分界处连接桥）Fig.5Observed asphalt aging and stripping(Connecting bridge at the boundary between Pishan County and Yecheng County)图 6桥面纵向裂缝（达米桥 S303-K2136+276）Fig.6Longitudinal cracks on the bridge deck(Dami Bridge S303-K2136+276)图 7桥面裂缝修补（小桥 G319-K4944）Fig.7Crack repair of the bridge deck(Small Bridge G319-K4944)22期超负荷的往复交通荷载严重影响了桥梁的服役性能；设计因素：由于喜马拉雅山区公路设计年限较早，当时设计荷载为汽-15 和挂-80，设计等级相对较低，但随着逐年运载量的提升，原有设计等级已无法满足现有的交通运载量；冻融循环和重载汽车耦合作用：调查区域的冻融循环和长期的重载汽车耦合作用造成路基累积变形，引起基层和路面较大的不均匀沉降，重载列车与路面结构的相互作用，更加促使了路面与基层的疲劳破坏，加速了路面开裂和破损的程度15。病害整治措施：及时对桥梁桥面裂缝和坑槽进行修补，对破损较为严重的桥面铺装建议拆除重建。2.1.2 桥梁下部结构病害桥梁的下部结构主要包含桥墩、桥台以及基础。通过对喜马拉雅山区桥梁下部结构的详细调查发现，桥墩的病害主要表现为基础冲刷（图 8），而桥台的主要病害形式有三种，分别为台前护坡破损、耳墙破损以及背墙渗水腐蚀掏空，如图911 所示。病害原因分析：天气因素：夏季突发的降雨和冰川融水汇聚成河形成较大的径流量，桥下河道受到下蚀作用造成桥墩和桥台基础的严重冲刷侵蚀；桥台台前护坡和耳墙亏坡：桥台台前护坡和耳墙在施工过程中存在少填、欠土以及压实度不够的现象，雨水下渗腐蚀和河水冲刷造成了严重的桥台掏空和塌陷，威胁着桥台的稳定性；地质灾害：泥石流等地质灾害冲蚀、冲毁桥梁基础，夹杂的石块漂砾冲击桥梁墩台并阻塞桥梁河道，造成桥梁净空缩小过流断面不足。2.1.3 桥梁附属构造物病害桥梁的基本附属设施主要包括伸缩缝、锥形护坡以及导流工程等10。（1）桥梁伸缩缝病害桥梁伸缩缝通常位于桥梁梁板与桥台之间的铰接位置，能够在纵横方向自由伸缩，保证桥梁结构在各种因素作用（冻融循环、活载作用以及混凝图 8桥墩基础冲刷（红山湖 1号中桥 G219-K3312+700）Fig.8Erosion of the bridge pier foundation(Hongshanhu No.1 Middle Bridge G219-K3312+700)图 9桥台耳墙破损掏空（小桥 G318-K4934和松西 1号中桥G219-K3322+400）Fig.9Damage and hollowing of bridge abutment ear walls(Small bridge G318-K4934 and Songxi No.1 Middle Bridge G219-K3322+400)图 10桥台台前护坡破损和渗水（大桥 G318-4912+015）Fig.10Damage and water seepage in the slope protection in front of the bridge abutment(Bridge G318-4912+015)图 11桥 台 台 前 护 坡 破 损 掏 空（谷 折 达 坂 中 桥 G219-K3312+700）Fig.11Damage and hollowing of the slope protection in front of the bridge abutment(Middle Bridge in Guzhe Daban G219-K3312+700)23土的收缩和徐变）下的变位10。通过对喜马拉雅山区公路桥梁伸缩缝的调查发现，该地区公路既有桥梁伸缩缝均为模数式伸缩缝，作为桥梁结构的薄弱环节，存在较为严重的破损且较难修复，已经影响到了行车的舒适性和桥梁的长期服役性能。病害类型：伸缩缝堵塞：桥梁伸缩缝长期运营下缝隙中沉积有大量的砂土、碎石等杂物，影响了伸缩缝的使用功能，如图 12 所示；伸缩缝不平顺：桥台的不均匀沉降和支座的老化变形造成伸缩缝的下沉，形成了伸缩缝的不平顺，影响了行车的舒适性；伸缩缝表面混凝土破损：桥梁伸缩缝表面混凝土发生严重的开裂和剥落，造成内部钢筋裸露，车辆行驶于此会发生跳车现象，如图 1315 所示；防水结构破损：模数式伸缩缝止水带通常采用纯橡胶结构，橡胶材料磨损和疲劳损伤造成伸缩缝防水破坏，雨水和积雪融水造成内部钢筋和混凝土的进一步腐蚀，加速了桥梁伸缩缝的老化。病害原因分析：设计因素：设计时对不同影响因素下桥梁的变形量考虑不足，在伸缩缝类型选择上较为单一，钢筋预埋件设计不合理；施工因素：在伸缩缝施工过程中，锚固钢筋焊接、缝距大小、定位角钢位置以及伸缩缝混凝土浇筑等方面质量控制欠佳；后期养护因素：对伸缩缝混凝土破损、杂物填塞、排水破坏以及橡胶老化等问题，未及时进行杂物清除和修理养护；环境因素：高寒高海拔地区干旱、长日照的气候以及超载和运载量的增加，造成了强烈的冻融循环、干湿循环以及循环荷载的耦合作用，沥青混合料、钢筋以及混凝土的温度敏感性差异性较大，而且橡胶材料受干湿环境的影响较大，进一步加速了沥青混合料的破损以及桥梁伸缩缝混凝土与橡胶的磨损老化。（2）桥台锥坡病害桥台锥坡通常采用浆砌片石或混凝土预制块铺装，能够有效提高桥梁与路基之间的稳定性，同时起到防止水流对桥台冲刷的作用。通常桥台锥坡作为桥梁的附属设施重视程度不够，极易造成破损。图 15伸缩缝破损（中桥 G318-K4912+015）Fig.15Damage of the expansion joint(Middle Bridge G318-K4912+015)图 13伸缩缝破损（红山湖 1号中桥 G219-K3251+860）Fig.13Damage of the expansion joint(Hongshanhu No.2 Middle Bridge G219-K3251+860)图 14伸缩缝破损（红山湖 2号中桥 G219-K3260+800）Fig.14Damage of the expansion joint(Hongshanhu No.2 Middle Bridge G219-K3260+800)图 12伸缩缝堵塞（松西 1号中桥 G219-K3322+400）Fig.12Blockage of the expansion joint(Songxi No.1 Middle Bridge G219-K3322+400)24病害类型：坡面侵蚀和脱落：锥坡表面浆砌片石或混凝土开裂、破损甚至脱落，如图 1618 所示；锥台分离：锥坡下部水流冲刷掏空以及降水的侵入，锥坡与桥台之间形成裂缝并逐渐分离，如图 19所示。病害原因分析：环境因素：在冻融风化作用下，锥坡填料易发生冻胀现象，造成表面浆砌片石和混凝土开裂和剥落，雨水与河水的侵蚀造成锥坡内部填土掏空；施工材料：在锥坡施工过程中内部填土存在欠土、压实度低以及使用冻胀敏感性较高的填土等现象，浆砌片石和混凝土的抗冻融性能较差。（3）导流工程病害喜 马 拉 雅 山 区 公 路 大 部 分 路 段 地 处 阿 尔 卑斯-喜马拉雅褶皱带，穿越半干旱山区和高原冰川区，地形陡峭，泥沙、石块等松散堆积物丰富，树木稀少。一旦暴雨来临或冰川融化、崩塌，地表有了足够的水源形成径流，大大小小的冻融风化石块以及松散堆积物，极易在自然重力和流水推力的推动下沿斜坡滑动起来形成泥石流5。拦挡坝配合下游桥梁作为泥石流防治的一项重要工程措施，在喜马拉雅山区公路河谷路段等泥石流易发区得到了广泛应用。如图 20 和图 21 所示，在公路沿线两侧泥石流形成区和流通区，修筑了大量的泥石流拦挡坝和桥梁，用于截断和拦挡泥石流泥砂，减小泥石流流速，阻拦碎屑物的冲击，消除或减弱泥石流对公图 20典型的泥石流拦挡坝（G318-K4944）Fig.20Dam against debris flow(G318-K4944)图 16锥坡坡面侵蚀和脱落（小桥 G318-K4944）Fig.16Erosion and material shedding on the conical slope(Small Bridge G318-K4944)图 17锥坡破损（谷折达坂中桥 G219-K3312-700）Fig.17Damage of the conical slope(Guzhedaban Bridge G219-K3312-700)图 18锥坡破损掏空（皮山县和叶城县交界处连接中桥）Fig.18Damage and hollowing of the conical slope(Connecting Bridge at the boundary between Pishan County and Yecheng County)图 19锥台分离（红山湖 1号中桥 G219-K3251+860）Fig.19Separation of the conical slope from the abutment(Hongshanhu No.1 Middle Bridge G219-K3251+860)25路工程路基和桥梁的破坏。病害形式：经过多年冻融风化和泥石流冲刷，拦挡坝溢流口破损、坝肩破损、基础破损以及流水孔严重堵塞，其中坝肩、溢流口以及基础都是坝体的薄弱点，如图 22所示。病害原因分析：泥石流的活动强度主要与地形地貌、地质环境和水文气象条件三个方面的因素有关。从土质类型可知喜马拉雅山区大部分地区形成的泥石流属于粘性泥石流，破坏程度较大，受到地形条件限制，长期降雨携带大量物质造成流水孔严重堵塞，拦挡坝被固体物质淤满后，机械设备很难到达拦挡坝库区进行清淤工作，从而导致拦挡坝对后续泥石流失去调节作用，影响其防治效果。同时，泥石流通过拦挡坝后越过拦挡坝，冲刷坝下沟床及坝脚，形成拦挡坝局部破坏，且由于长时期泥石流的掏蚀、侧蚀作用导致泥石流拦挡坝的基础发生微弱倾倒。为了满足泥石流和水流的通过，通常会扩大下游桥梁跨径，但在泥石流较大和拦挡坝堵塞的情况下河道依然存在阻塞现象，桥台锥坡处也会在泥石流长期冲蚀下出现破损，如图 23所示。安全隐患：喜马拉雅山区公路桥梁旁拦挡坝破损较为严重，无法达到对泥石流阻挡的理想效果，当该地区降雨突增形成暴雨造成山洪时，泥石流瞬间暴发，流速较大的泥石流可能会使破损的拦挡坝坍塌，进而会对桥梁造成很大的冲击，甚至冲毁桥梁淤塞河道，严重时会阻断线路，破坏房屋及其他工程设施，带来较大的经济损失和严重的人畜伤亡。特别是在全球变暖的大背景下，该地区的降雨量有所增加，其潜在的风险被进一步扩大。病害整治建议：对拦挡坝库内淤积的泥土、砂石进行定期及时清理，实现“挡、排”结合，保证将石块这样的大粒径固体截留于库内，流体从流水孔溢出，达到快速衰减泥石流运动动能的目的，减小下游被泥石流破坏的风险；条件允许的情况下在沟谷切割侵蚀严重的沟谷地带，采用多级梯级状、交错布置拦挡坝的形式来固定河床，形成一个整体的体系共同发挥作用；各种形式的拦挡坝在历经过常年的水力冲刷和泥石流破坏后，均会出现不同程度的破坏。因此，坚持“治理破坏再治理”的防治原则，建议不断修复或重建泥石流拦挡坝，增设导流和护岸工程，做好后续维护工作，确保桥梁的安全畅通16。2.2 涵洞病害的类型及危害通过对喜马拉雅山区公路涵洞调查发现，在西藏阿里地区和新疆和田地区的多年冻土路段，既有涵洞以金属波纹管涵为主，季节冻土地区则以钢筋混凝土盖板涵为主。波纹管涵在多年冻土区的广泛应用主要是因为波纹管涵的自身优势和特点：自重轻、运输便捷、易于安装更换、造价低廉、受力均衡以及变形性能良好；波纹管壁较大的表面积和良好的导热性增大了与空气的热交换；快速施工工图 21泥石流拦挡坝无人机影像Fig.21UAV image of the dam against debris flow图 22泥石流拦挡坝病害Fig.22Damage of the dam against debris flow图 23桥下道床砂石堆积Fig.23Accumulation of sand and gravel in the underpass of the bridge bed26艺有效降低了施工对基底冻土的扰动作用1718。喜马拉雅山区现役涵洞病害主要集中在洞口（混凝土或浆砌片石结构）位置，具体病害如图 2429 所示：涵洞进出口盖板和翼墙开裂倾斜；涵洞进出口堵塞；波纹管涵断裂；涵洞不均匀沉降引起涵背跳车现象。病害原因分析：气候因素：调查发现新藏公路涵洞砂石阻塞主要发生在帕羊至仲巴段，该路段大部分土质为粉砂土质，气候寒冷干燥且少雨大风，容易导致沙害现象使得涵洞洞口处砂石堆积堵塞，影响涵洞径流；施工扰动：涵洞施工过程中对多年冻土进行了扰动，导致土体融化下沉，造成不均匀沉降19；基地土体冻胀融沉：涵洞基础处于冻土季节性活动层中，土体夏季融化冬季冻胀，如此反复的冻融作用极易引起洞口盖板和翼墙拉裂与倾斜，甚至造成波纹管涵断裂；路基边坡开裂：涵洞处路基边坡由于往复的交通荷载和雨水侵蚀，造成路基边坡开裂（图 26），挤压和剪切波纹管涵涵顶造成断裂。图 27波纹管涵不均匀沉降引起涵背跳车现象Fig.27Vehicle jumping at the culvert back caused by differential settlement of corrugated steel culverts图 26波纹管涵断裂Fig.26Fracture of corrugated steel culverts图 25波纹管涵进出口端墙和翼墙倾斜开裂Fig.25Cracking of the end wall and wing wall of the corrugated steel culvert图 24盖板涵翼墙开裂Fig.24Cracking in the wing wall of a slab culvert27病害整治措施：养护维修：定期及时对涵洞进出口盖板和翼墙进行修补和杂物清理，保障涵洞水流的畅通；洞口修筑：波纹管涵属于柔性结构，建议对波纹管涵进出口修筑盖板、翼墙、干砌片石护坡，将波纹管涵洞口加工成与路基坡率相同的斜开口，保障涵洞刚度的同时减小水流对洞口的侵蚀2021；基土换填：将涵洞基底强冻胀性土质换填为粗砂砾等冻胀敏感性较弱的土质，提高涵洞的抗冻性能22；边坡加固：将出现横向裂缝的土质边坡进行整治，对边坡土质进行压实，增设排水设施。2.3 桥涵病害分布规律2.3.1 桥梁病害规律分析针对此次调查的喜马拉雅山区公路 24 座典型病害桥梁，分析喜马拉雅山区桥梁主要病害类型的病害发育比例。由图 30 可以看出，铰接缝和翼墙渗水泛碱、桥面铺装病害、伸缩缝病害、锥坡病害、导流工程病害、基础冲刷、台前护坡和耳墙破损以及台背渗水、腐蚀、掏空等病害类型的病害率 分 别 为 25%、42%、62.5%、29.17%、25%、12.5%、25%、29.17%；桥梁下部结构病害相较于上部结构病害较少；喜马拉雅山区公路桥梁伸缩缝病害率高达 62.5%，是桥梁病害最为普遍的病害形式；桥面铺装病害也较为常见，会直接影响到车辆通过桥梁的舒适性和桥梁结构的长期服役性能；在喜马拉雅山区公路桥梁下部结构病害主要表现在锥坡和桥台台背，病害率均为 29.17%，影响桥台的耐久性。2.3.2 涵洞病害规律分析喜马拉雅山区公路涵洞主要病害类型和发育数量统计如图 31 所示，调查的典型病害涵洞共 30个，盖板涵和波纹管涵分别为 9个和 21个。可以看出涵洞主要病害集中在盖板和翼墙开裂倾斜、进出口堵塞、波纹管断裂以及涵背跳车，病害率分别为73.33%、60%、20%以及 30%。其中，涵洞盖板和翼墙开裂倾斜是喜马拉雅山区公路涵洞最常见的病害形式，占调查涵洞数量的 7