涵洞軟土地基處理方法

王興洲，秦鵬一，貝家震，張杰，王永琪

（核工業井巷建設集團有限公司，浙江 湖州313000）

0 引言

涵洞在公路工程中占較大比例，是公路工程的重要組成部分[1]。然而，由于涵洞規模較小，往往在施工中得不到足夠的重視，工程質量難以得到保證，影響公路使用壽命。并且，相比其他涵洞，蓋板涵和圓管涵這兩類涵洞病害發生率較高[2]。而地基承載力不足、地基處理不當、地基沉降和不均勻沉降等均是產生涵洞病害的重要原因[3]。本文針對圓管涵和鋼筋混凝土蓋板涵，結合實例探討在軟土地基施工條件下，針對地基進行的加固處理辦法，可為后期的公路建設提供一定的借鑒。

1 工程概況

某工程主要分布在福建省霞浦縣，公路等級為三級，設計速度為40km/h，路基寬度8.5m，雙向兩車道，路面設計標準走軸載為BZZ-100，路面結構為級配碎石層、水泥穩定碎石層、改性乳化瀝青單層表面封層、水泥混凝土路面。該區域平均氣溫在16℃～19℃之間，春季雨水相對豐富，夏季臺風較多，冰凍天氣較少，受海洋氣候的影響比較明顯，呈現典型的季風氣候特點。本文主要探討涵洞軟土地基的處理方法，主要研究對象為圓管涵（K1）和鋼筋混凝土蓋板涵（K2），該兩處涵洞分別地處居民區排水溝和天然排水溝的位置，開挖過后，地基承載力明顯達不到設計要求，均為軟土地基。

2 涵洞軟土地基的隱患分析

軟土地基，主要包括軟黏土、有機質土、腐殖土等，地基不能滿足設計和使用要求，需經過處理后才能夠正常使用。在軟土地基上修建涵洞等建筑物將存在一定的隱患，發展到一定程度后，甚至會失去相關的使用功能。因此，有必要對軟土地基進行處理，并對有隱患的地基段落進行預測，并采取相關的防護應對措施。

軟土地基對涵洞的施工以及后期的安全使用均存在較大的安全隱患，如涵洞洞身開裂、涵洞淤塞積水、節段錯臺等。當地基（尤其是在涵洞的洞口位置）存在不均勻沉降時，涵洞的翼墻以及側墻容易發生剪切破壞，其裂縫與水平方向存在一定的交角，影響涵洞安全使用。同時，如果涵洞地基處理不當，在后期的使用過程中，涵洞會出現淤塞、流水不暢的現象，影響涵洞使用功能。

“駝峰”土壓力會引起地基變位[4]。在軟土地基上，該項隱患極為明顯，路堤填土越低，其隱患越明顯。

若軟土地基處理不當，涵洞的縱向不均勻沉降將會更加明顯。根據相關數據，并通過有限單元法進行計算，發現涵洞洞口至涵洞中心的壓應力不斷增加，因此，沉降量也逐漸增加[5]。

3 涵洞軟土地基處理方法

3.1 新建涵洞設計

新建的涵洞主要為圓管涵和矩形蓋板涵，結構形式均為鋼筋混凝土結構，蓋板、涵身均為C30鋼筋混凝土，帽石采用C30混凝土，涵身基礎采用C20混凝土，基礎鋪砌采用M7.5的漿砌片石。圓管涵和蓋板涵地基設計承載力分別不小于130kPa、250kPa。

3.2 涵洞軟土地基處理方案

對涵洞基坑開挖至設計標高之后，采用動力觸探的方法對地基承載力進行現場測試。經過測試，圓管涵地基承載力約為30kPa，蓋板涵地基承載力約為20kPa，不滿足設計要求，需要對軟土地基進行處理。

在基礎開挖之后，針對不同的基坑條件分別采取不同的方法，如換填法和預壓法。

在基坑有水的情況下，采取換填法。當換填厚度小于2m時，挖除2m的軟土，換填碎石土，并進行夯實，并在上部鋪0.5m厚的片石混凝土，通過混凝土的養護期之后，對涵洞結構進行修筑。

在基坑無水的情況下，采取換填法或預壓法。在選擇方案的同時，應充分考慮施工工期、施工條件等因素，針對不同的條件，綜合考慮施工方案。采用換填法，對工期的影響較小，但是成本相對較高。采用預壓法，需要預壓時間，同時需要鋪設臨時排水管道，對工期有所影響，但是施工成本低。因此在施工工程中，需要考慮各項因素，確定最優施工方案。

4 工程實例

4.1 軟土地基的處理

對福建設霞浦縣某項目涵洞施工，施工過程中，兩處涵洞均存在軟土地基，分別位于K0+020（圓管涵孔徑1～0.75m）和K0+558（蓋板涵1-3×2m）處。在確定好兩處涵洞的周邊施工條件之后，對涵洞的基坑進行開挖，K0+020圓管涵周邊、臨時排水管周邊生活廢水較多，因此在開挖前，需測量定位出涵洞的進出口位置。在進出水口位置處，首先挖至設計標高，之后分別挖出2m×2m×2m的集水坑，并配備污水泵進行抽水，同時，對基坑進行開挖，但基坑底部仍存在部分濕漬。對地基進行動力觸探試驗，測出地基承載力約為30kPa，與設計承載力相差較大，因此，需要對該處地基進行有效處理。

通過測試，軟土地基的厚度為1.8m，采用換填法處理該段軟土地基，在挖除軟質土之后，使用碎石土進行換填，換填至距離基坑底部0.5m的位置。在回填的過程中，分層壓實，松鋪厚度控制在0.3m之內，在回填至要求位置時，現場再次測試基坑的地基承載力，待合格之后，在頂部鋪0.5m厚的片石混凝土封層加固。通過換填碎石土，并壓實之后，測出地基承載力為145kPa，達到設計承載力的要求。

通過相同的調查方法，對現場開挖部分段落的基坑進行現場測試，發現地基承載力為200kPa，不滿足設計要求。考慮到該階段施工工期相對較長，且該項不在施工工期的關鍵節點上，因此為降低施工成本，采用預壓法對該處地基進行處理。

在施工的過程中，先填筑路堤，利用路堤的荷載在施工過程中對路堤進行分層碾壓，促使涵洞處軟土地基固結沉降，從而達到提高該處基坑地基承載力的目的。在該段路堤填筑完成之后，對涵洞基坑進行開挖，并對地基的承載力進行現場測試，測試結果為290kPa，滿足設計承載力的要求。

4.2 沉降觀測

在處理完軟土地基之后，對圓管涵和蓋板涵進行施工，同時在圓管涵管壁和蓋板涵側墻處分別布置沉降觀測點，圓管涵布設6處，蓋板涵側墻分別布設3處，根據二等水準測量要求進行觀測，施工后一周內每天觀測一次，之后每周觀測一次，并記錄沉降數據，觀測數據統計見表1。

表1 觀測時間及沉降值統計

從表1可以看出，隨著時間延長，圓管涵和蓋板涵的沉降不斷減小，逐漸趨于穩定。由此可以得出，通過以上方法對軟土地基進行處理是可行的。

5 結論

在公路建設中，不可避免地會遇到軟土地基問題。軟土地基具有含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、滲透性小、抗剪強度低、固結系數小等特點，導致地基承載力往往不能滿足工程設計的要求。因此，需要對地基進行人工加固處理。涵洞作為公路工程的重要組成部分，在施工時應得到足夠的重視。當涵洞存在軟土地基的情況下，結合施工現場的具體施工條件，通過換填法和預壓法可以解決涵洞軟土地基設計承載力不足的問題，有效保證構筑物的安全施工和使用。