公路涵洞破壞實例分析

劉靜　田曉艷

【摘 要】公路建設(shè)運營中涵洞破壞較為常見，通過持續(xù)觀測某在建涵洞破壞現(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；破壞實例；原因分析

0 引言

隨著我國高等級公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，公路中的涵洞結(jié)構(gòu)物所占比重越來越大。從已建成的高等級公路調(diào)查來看，大約平均3座/公里。有些涵洞由于沒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)致涵洞強度不夠被壓裂，破壞[1-4]。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料，運營中約有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)計過于保守而造成浪費。另外，有些涵洞由于縱向不均勻沉降過大影響其正常使用。

1 工程概況

某高速公路合同段K70+765混凝土拱涵全長212m，內(nèi)部凈高2.15m，寬2m。涵洞劃分為37節(jié)，中間涵節(jié)（由上游往下游編號為第19號）長6m，其兩側(cè)各有五節(jié)5m長涵節(jié)，其余涵節(jié)均為6m長。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)各強夯12.5m；然后開始填土3m，再反開挖水穩(wěn)層，寬度12m；修筑完成后，再做涵洞底板、臺身和拱圈。整個涵洞由4月底水穩(wěn)層施工開始到7月下旬結(jié)束。

2 涵洞裂縫調(diào)查

8月下旬開始發(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，裂縫寬度整體較均勻。涵洞底板裂縫在涵洞西側(cè)較大，測得最大裂縫寬度為7.1cm，在涵洞東側(cè)較小，測得最小裂縫寬度3.0cm；該處沉降縫在垂直方向出現(xiàn)錯位，表現(xiàn)為第20節(jié)較第19節(jié)低2cm。具體見圖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，其垂直方向錯位已達(dá)3.4cm。

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

圖3 涵洞19節(jié)破壞

Fig.3 culvert damage on section 19

在第18節(jié)臺身西側(cè)發(fā)現(xiàn)裂縫。裂縫形式見圖4：

圖4 涵洞18節(jié)臺身破壞

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)間沉降縫也明顯錯開。

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)位置基本對應(yīng)。詳見圖6。圖中橫坐標(biāo)表示涵洞位置，右側(cè)列表表示沉降觀測日期。根據(jù)在該處“填挖交界面”上的沉降觀測結(jié)果顯示：此段附近沉降微小，其范圍之外土體沉降相對較大，如圖6（圖中“十五”緊鄰原始山脊）。

現(xiàn)場施工在標(biāo)高達(dá)到1650.000m附近時，涵洞工作面方出現(xiàn)，開始建造水穩(wěn)層及涵洞。形象的說，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大時，涵洞在山脊位置附近可能會產(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，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，溝底填土可能會遭到地下水浸蝕，導(dǎo)致路堤填土沉降加大；當(dāng)?shù)叵滤豢焖倩芈鋾r，同樣也會導(dǎo)致路堤填土整體沉降加大。同時水的滲流會帶走填土中的細(xì)小顆粒，也會引起沉降過大。現(xiàn)場情況來看，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)層下強夯影響范圍和有效深度有限，也會導(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，在填土壓實過程中可能有水的結(jié)冰現(xiàn)象存在，影響壓實質(zhì)量，沉降量加大，導(dǎo)致后期土體變形無法協(xié)調(diào)。8月中旬以來，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期內(nèi)變形無法協(xié)調(diào)，從而產(chǎn)生破壞面。因此，施工進(jìn)度和工藝也可能會對涵洞產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

涵洞破壞牽涉各個方面。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)與運營過程中的整體沉降變形等都會引起涵洞破壞。在實際工程中，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)】

[1]顧安全.上埋式管道及洞室垂直土壓力的研究[J].巖土工程學(xué)報，1981，3（1）：3-15.

[2]劉靜，謝永利，劉保健.高填涵洞受力現(xiàn)場測試及有限元計算[J].巖土工程技術(shù)， 2004（03）.

[3]魏銀紅.高填涵洞垂直土壓力分布規(guī)律的數(shù)值模擬分析[J].路基工程，2007（03）.

[4]楊錫武.山區(qū)公路高填方涵洞土壓力計算理論研究綜述[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報，2005（04）.

[責(zé)任編輯：王楠]