路基不均勻沉降造成的鋼波紋管涵開裂修復施工技術

陳躍，熊禮慧，穆旺元，楊常軍

（中建隧道建設有限公司，重慶 400000）

1 工程概況

國道307、207 線陽泉市繞城改線工程項目K4+604 鋼波紋管涵，直徑3 m，長67 m，與線路交角102°，進出口設八字墻，涵頂最大填土高度為9.23 m。鋼波紋管管材采用Q235-A熱軋鋼板加工成型，壁厚4.0 mm，波高64 mm，波距230 mm，表面熱浸鍍鋅，鍍鋅量不小于600 g/m2，平均厚度不小于84 μm?；A采用級配碎石墊層，八字墻基礎及墻身采用C25 片石混凝土，一字墻基礎及墻身采用C25 混凝土。設計要求地基承載力不小于0.25 MPa。臺背采用硬質石渣回填，壓實度不小于96%[1]。

1.1 降雨情況

據山西省陽泉市平定縣氣象臺資料，2021 年7 月至9 月為雨季；本次連續強降雨是50 多年來最大的一次，總降水量達到了220 mm以上；10 月4 日至10 月5 日分別發布暴雨藍色預警信號，部分地區降水達到50 mm以上。

1.2 地質情況

K4+605 涵洞位于溝壑地帶，原地面為梯田，地表覆蓋粉質黏土，下伏巖層依次為強風化砂巖，中風化石灰巖、中風化泥巖，傾向路基，傾角為11°。無滑坡、崩塌等不良地質現象分布，結合地基承載力觸探結果及地質構造，綜合評價為場地穩定性稍差。

2 鋼波紋管涵開裂原因分析

2.1 路面結構未及時施作

2021 年10 月2 日陽泉市突遇50 a 一遇特大降雨，總降水量達到220 mm 以上。涵洞處于超高曲線段，低側為片石混凝土路肩墻，防撞護欄已施作，擋墻路面泄水孔不能發揮作用，造成低側部分形成積水面。路面結構僅施工水穩層，不具備防水性能，造成積水從低側擋墻與基層縫隙侵入路基。

2.2 路基填料遇水沉降

經調查，該段路基施工過程中就地取材，采用土石混合料填筑，土質為微濕陷性黃土，遇水液化，石料縫隙的土顆粒流失后，形成蜂窩，造成路基不均勻沉降。

2.3 路基填料遇水變重

路基低側擋墻施工過程泄水孔反濾層施工過程中土工布包裹不嚴，造成泥土填塞后，不能及時將路基滲水排出，路基填料含水飽和，土體重量增加。

2.4 設計存在缺陷

鋼波紋管涵出水口段直接與混凝土擋墻連接成整體，擋墻與路基交界處出現不均勻沉降，涵洞頂土體浸水后出現土壓力增大情況，最終涵洞豎向受壓，導致管涵縱向受拉破裂。

3 鋼波紋管涵開裂修復技術

3.1 沉降觀測

3.1.1 監測范圍

K4+605 鋼波紋管涵線路左側偏距8.5～14.5 m 范圍鋼波紋管出現變形拉裂，通過對涵管和擋墻變形的監測判斷滑動面深度、滑動范圍及其變形發展趨勢，提供預警信息。通過動態監測及時指導施工，檢驗修復效果，積累量測數據，總結經驗，為施工提供工程依據。

3.1.2 監測方法

涵管監控量測點的縱斷面布置間距為2 m，每環布設3 個監測點，擋墻間隔8 m 布設監測點，如圖1 所示。

圖1 監測點布置示意圖

1）在涵洞口遠離涵管的地方設置1 個后視點。

2）采用四等水準和塔尺進行測量，塔尺精度為1 mm。

3）在涵洞內任意位置架設水準儀。

4）測量后視讀數并記錄，然后，逐一測量各點位讀數并記錄，最后，待各布置點測量完成后再進行后視的一次測量（保證后視讀數的準確性和形成高程閉合）。

5）整理數據（后視點讀數減對應的前視點讀數）。

6）將所整理數據與第一次和上一次進行對比，得出地表總沉降和相對沉降。

3.1.3 布設沉降觀測點

通過現場排查發現，填方路堤部分段落擋墻均出現沉降現象，項目測量隊及時對發現沉降部位的擋墻布設沉降觀測點進行觀測，具體觀測數據情況如下：

K4+570～K4+640 路肩墻共布設沉降位移觀測點6 個，9 月15 日至10 月17 日共觀測6 次，累計沉降6.8 mm，位移0.7 mm。

通過監測數據，擋墻尚未趨于穩定，后續施工過程中繼續加強監測。

3.1.4 監控量測資料的整理分析

1）完成現場量測和數據采集后，及時對現場觀測所得資料加以整理，編制成圖表和說明，以便于后期使用;量測資料保存在施工現場，以便于核查。具體步驟和內容為：（1）核查各項原始記錄，檢查監測值的正確性；（2）對各種觀測值按時間逐點填寫觀測數值表；（3）繪制各種變形過程線或變形分布圖。

2）當曲線出現異常時，應及時分析原因，根據具體情況及時采取加密或加長錨桿、增加鋼架等加固措施。

3.2 涵洞裂縫處治措施

3.2.1 探孔檢測驗證

破除路面層后，在路床頂每隔3 m 打設1 個探孔，揭露路基浸水情況，主要探測路基填料集配情況、含水率，與填筑施工原始記錄對比，分析集配是否變化，當前路基含水率的承載能力，綜合分析涵管破裂的直接原因。

3.2.2 涵管地基處理

根據現場探空及涵管破裂處揭露土體含水率約為16%，采用引排與加固結合的方式進行處理。

涵管外側擋墻泄水孔進行重新掃孔，并在孔內設置有效的泄水管引排地下水。

在鋼波紋管開裂變形范圍延伸一個關節范圍，利用長2.5 m，規格為φ22 mm 的砂漿錨桿進行加固，按間距40 cm×110 cm，沿涵管底部120°翻完了軸線方向梅花形布置，如圖2所示。涵管內修復空間狹小，施工不便，采用小型鉆孔機械，環向帶傾角打設注漿錨桿，以改善鋼波紋管涵地基及臺背回填情況，增加其承載力和穩定性[2]。

圖2 錨桿搭設示意圖

3.2.3 鋼波紋管管身處理

出水口擋墻處涵管與路基處涵管進行機械切割分離，管身破裂處采用鋼板補焊完整，分割及破裂位置用防水油氈布包裹。

3.2.4 工字鋼支撐加強處理

K4+605 鋼波紋涵管變形拉裂范圍向兩側延伸1 個管節內工字鋼肋箍加固支撐，采用I14 工字鋼彎曲圓形，小于鋼波紋管變形后輪廓尺寸5 cm，取直徑2.95 m，等分3 段拼接，拼接處用鋼板螺栓連接；工字鋼支撐每1.1 m/榀，在每節鋼波紋管拼接縫處增加一道工字鋼內襯，如圖3 所示。加固工字鋼拱架貼于波紋凹槽內，連接板尺寸不大于工字鋼尺寸，避免突出后二次頂破波紋管，如圖4 所示。

圖3 鋼支撐設計圖（單位：mm）

圖4 鋼支撐加固示意圖

3.2.5 涵底鋪砌

涵管工字鋼加固完成后，鋪筑30 cm 厚的C15 素混凝土對涵管內進行找平，防治涵管錯臺處滲水進入地基，確保涵管流水順暢。

3.2.6 輔助措施

路面層切割破除后，重新在路床底攤鋪2 層三七灰土碾壓封層，在擋墻內側路床頂下1.2 cm 位置水平布置泄水孔，間距為2 m；泄水孔處鋪設30 cm碎石設反濾層，處理完成后施作路床、路面層[3]。

4 結語

本文針對鋼波紋管涵開裂修復施工的重難點，結合國道307、207 線陽泉市繞城改線工程中涵管最終修復的效果及成本，對含有濕陷性黃土填料區路基埋設鋼波紋管涵沉降開裂修復施工，提出如下建議供大家參考：

1）鋼波紋管沉降開裂后沉降觀測點的布置，數據反饋能夠指導修復所用支撐等級。

2）鋼波紋管在施工過程中避免與擋墻等結構物直接連接，無法避免部位采用伸縮橡膠環連接。

3）設置路面結構層施工過程中的臨時排水措施。

4）修復過程中以引排地下水，加固土體自穩能力為主，管壁內側支撐為輔，在涵管周圍形成拱效應，保證修復作用長效持久。