公路涵洞破壞實(shí)例分析

劉靜　田曉艷

【摘 要】公路建設(shè)運(yùn)營(yíng)中涵洞破壞較為常見(jiàn)，通過(guò)持續(xù)觀測(cè)某在建涵洞破壞現(xiàn)狀，分析其破壞原因，為今后類似工程提供借鑒與教訓(xùn)。

【關(guān)鍵詞】涵洞；破壞實(shí)例；原因分析

0 引言

隨著我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，公路中的涵洞結(jié)構(gòu)物所占比重越來(lái)越大。從已建成的高等級(jí)公路調(diào)查來(lái)看，大約平均3座/公里。有些涵洞由于沒(méi)有充分考慮所處地形及地質(zhì)情況而失穩(wěn)破壞，有些由于未充分考慮其上土壓力大小而導(dǎo)致涵洞強(qiáng)度不夠被壓裂，破壞[1-4]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，運(yùn)營(yíng)中約有63.5%的涵洞出現(xiàn)裂縫，其中70%是縱向裂縫；有些涵洞則由于設(shè)計(jì)過(guò)于保守而造成浪費(fèi)。另外，有些涵洞由于縱向不均勻沉降過(guò)大影響其正常使用。

1 工程概況

某高速公路合同段K70+765混凝土拱涵全長(zhǎng)212m，內(nèi)部?jī)舾?.15m，寬2m。涵洞劃分為37節(jié)，中間涵節(jié)（由上游往下游編號(hào)為第19號(hào)）長(zhǎng)6m，其兩側(cè)各有五節(jié)5m長(zhǎng)涵節(jié)，其余涵節(jié)均為6m長(zhǎng)。涵洞底板厚1.2m，其下有3m厚水穩(wěn)層。涵洞施工工藝為：首先在水穩(wěn)層以下以涵洞軸線為中線，兩側(cè)各強(qiáng)夯12.5m；然后開(kāi)始填土3m，再反開(kāi)挖水穩(wěn)層，寬度12m；修筑完成后，再做涵洞底板、臺(tái)身和拱圈。整個(gè)涵洞由4月底水穩(wěn)層施工開(kāi)始到7月下旬結(jié)束。

2 涵洞裂縫調(diào)查

8月下旬開(kāi)始發(fā)現(xiàn)涵洞出現(xiàn)裂縫。典型裂縫情況如圖1所示：

圖1 涵洞破壞典型裂縫

Fig.1 Typical cracks of culvert damage

據(jù)9月19日現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，具體情況如下：

圖2 涵洞19～20節(jié)破壞

Fig.1 culvert damage on section 19～20

涵洞第19節(jié)與第20節(jié)間沉降縫明顯拉開(kāi)，裂縫寬度整體較均勻。涵洞底板裂縫在涵洞西側(cè)較大，測(cè)得最大裂縫寬度為7.1cm，在涵洞東側(cè)較小，測(cè)得最小裂縫寬度3.0cm；該處沉降縫在垂直方向出現(xiàn)錯(cuò)位，表現(xiàn)為第20節(jié)較第19節(jié)低2cm。具體見(jiàn)圖2。

在第20節(jié)與第21節(jié)間沉降縫也出現(xiàn)上述情況，目前裂縫不大，但有發(fā)展趨勢(shì)，其垂直方向錯(cuò)位已達(dá)3.4cm。

在第19涵節(jié)（中間涵節(jié)）西側(cè)臺(tái)身內(nèi)壁出現(xiàn)裂縫，裂縫最大寬度8mm。裂縫形式見(jiàn)圖3：

圖3 涵洞19節(jié)破壞

Fig.3 culvert damage on section 19

在第18節(jié)臺(tái)身西側(cè)發(fā)現(xiàn)裂縫。裂縫形式見(jiàn)圖4：

圖4 涵洞18節(jié)臺(tái)身破壞

Fig.4 culvert damage on body of section 18

在第18節(jié)拱圈上出現(xiàn)微裂縫。裂縫形式見(jiàn)圖5：

圖5 涵洞18節(jié)拱圈破壞

Fig.5 culvert damage on arch of section 18

在第17節(jié)拱頂上出現(xiàn)微小裂縫，第16節(jié)與第17節(jié)間沉降縫也明顯錯(cuò)開(kāi)。

3 裂縫原因淺析

3.1 地基因素

由地形勘察圖可以看出在涵洞水穩(wěn)層底部標(biāo)高以下靠路中線附近存在原始山脊，與破壞涵節(jié)位置基本對(duì)應(yīng)。詳見(jiàn)圖6。圖中橫坐標(biāo)表示涵洞位置，右側(cè)列表表示沉降觀測(cè)日期。根據(jù)在該處“填挖交界面”上的沉降觀測(cè)結(jié)果顯示：此段附近沉降微小，其范圍之外土體沉降相對(duì)較大，如圖6（圖中“十五”緊鄰原始山脊）。

現(xiàn)場(chǎng)施工在標(biāo)高達(dá)到1650.000m附近時(shí)，涵洞工作面方出現(xiàn)，開(kāi)始建造水穩(wěn)層及涵洞。形象的說(shuō)，該水穩(wěn)層及涵體恰好在路中線附近處，擔(dān)在山脊上修筑。其直接影響是：如果在山脊兩側(cè)涵洞下部填土沉降量過(guò)大時(shí)，涵洞在山脊位置附近可能會(huì)產(chǎn)生類似“扁擔(dān)效應(yīng)”的不利受力狀況。由于水穩(wěn)層及涵洞整體剛度較大，在該效應(yīng)作用下，水穩(wěn)層將首先遭到破壞，并退出工作，直觀表現(xiàn)為沉降縫被拉開(kāi)，裂縫形式呈“倒八字形”；隨著涵頂填土繼續(xù)增加，涵體可能會(huì)出現(xiàn)裂縫。

圖6 涵洞處填挖交界面沉降

Fig.6 Filling and digging interface settlement of culvert

該壩式路堤溝底地下水較發(fā)育，常有地下水滲出，原定該處處理方案為清淤。由于淤泥深度較厚，實(shí)際操作困難，不可能完全清除，后采用拋石擠淤方案處理，但處理厚度較薄。而且路堤填土與溝底接合面未做隔水處理，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，溝底填土可能會(huì)遭到地下水浸蝕，導(dǎo)致路堤填土沉降加大；當(dāng)?shù)叵滤豢焖倩芈鋾r(shí)，同樣也會(huì)導(dǎo)致路堤填土整體沉降加大。同時(shí)水的滲流會(huì)帶走填土中的細(xì)小顆粒，也會(huì)引起沉降過(guò)大。現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，8月中旬以前溝底水位較高，此后水位出現(xiàn)急劇回落。

水穩(wěn)層下強(qiáng)夯影響范圍和有效深度有限，也會(huì)導(dǎo)致基底不均勻沉降。

3.2 填土因素

據(jù)了解，涵洞底部標(biāo)高以下路堤填土施工在去年秋冬季進(jìn)行。由于氣溫較低，在填土壓實(shí)過(guò)程中可能有水的結(jié)冰現(xiàn)象存在，影響壓實(shí)質(zhì)量，沉降量加大，導(dǎo)致后期土體變形無(wú)法協(xié)調(diào)。8月中旬以來(lái)，由于工程需要，填土速度加快，使得填土的沉降速率也隨之增加，導(dǎo)致土體沉降與涵體沉降在較短時(shí)期內(nèi)變形無(wú)法協(xié)調(diào)，從而產(chǎn)生破壞面。因此，施工進(jìn)度和工藝也可能會(huì)對(duì)涵洞產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

涵洞破壞牽涉各個(gè)方面。其中涵洞土壓力的低估、涵洞所處地基地質(zhì)狀況、涵洞在建設(shè)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的整體沉降變形等都會(huì)引起涵洞破壞。在實(shí)際工程中，應(yīng)綜合考慮上述各因素，避免涵洞發(fā)生破壞失穩(wěn)。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王楠]