淺析公路涵洞病害處治

牛相勇

(新疆阿克蘇公路管理局烏什分局)

淺析公路涵洞病害處治

牛相勇

(新疆阿克蘇公路管理局烏什分局)

首先分析我國(guó)公路涵洞病害的類型以及病害發(fā)生的原因，針對(duì)這些原因，提出有效的處治方法，并根據(jù)新疆地區(qū)特殊的自然地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明。

公路;涵洞;病害;處治措施

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的交通運(yùn)輸量特別公路交通量逐漸增大，涵洞作為公路的基本構(gòu)筑物，在公路交通運(yùn)輸中的作用不容小視。然而涵洞在大自然環(huán)境(風(fēng)、霜、雨、雪、冰凍、高溫、水流沖擊)和車輛荷載作用下易產(chǎn)生病害，導(dǎo)致涵洞不能實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能，不能滿足涵洞的安全要求，對(duì)公路的正常安全通行造成威脅，甚至?xí)o社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大危害。所以必須對(duì)公路涵洞病害給予足夠的重視，本文首先分析我國(guó)公路涵洞病害的類型以及病害發(fā)生的原因，針對(duì)這些原因，提出有效的處治方法，并根據(jù)新疆地區(qū)特殊的自然地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明。

2 我國(guó)公路涵洞病害的類型及原因

2.1 我國(guó)公路涵洞病害的類型

(1)整個(gè)涵節(jié)貫通性的(橫向或縱向)裂紋或裂縫;(2)個(gè)別涵節(jié)的側(cè)墻或者涵頂結(jié)構(gòu)上或底板上出現(xiàn)裂縫和微小裂紋;(3)涵洞的進(jìn)出口部位病害。

整個(gè)涵節(jié)貫通性的裂紋或裂縫包括涵節(jié)間沉降縫的裂開和錯(cuò)位，涵頂結(jié)構(gòu)與其兩側(cè)側(cè)墻之間的錯(cuò)位(即出現(xiàn)水平或垂直方向上的位移)，底板貫通性的縱向裂縫等，這些病害都可能造成嚴(yán)重的后果，輕則影響涵洞的正常使用，重則可能造成人民生命和財(cái)產(chǎn)的損失。

個(gè)別涵節(jié)的側(cè)墻或者涵頂結(jié)構(gòu)上或底板上出現(xiàn)裂縫和微小裂紋與整個(gè)涵節(jié)貫通性的裂紋或裂縫相比，病害較輕，但是整個(gè)涵節(jié)貫通性的裂紋或裂縫往往都是由于個(gè)別涵節(jié)的側(cè)墻或者涵頂結(jié)構(gòu)上或者底板上出現(xiàn)裂縫和微小裂紋逐漸發(fā)展成的，所以必須對(duì)微小的裂縫和裂紋給予足夠的關(guān)注。

涵洞的進(jìn)出口部位病害主要是指在涵洞的進(jìn)出口部位，其端墻和翼墻出現(xiàn)向外傾斜，墻體出現(xiàn)裂縫、破碎或表面脫落以及洞口鋪砌層出現(xiàn)裂縫、下沉等病害。

此外，由于地基和基層的問題，造成填土不均勻下沉還可能出現(xiàn)車輛橋頭“跳車”現(xiàn)象或者涵洞內(nèi)積水不易排出現(xiàn)象，這些現(xiàn)象雖然不能直接造成涵洞損壞，但是也大大降低了涵洞的功能性。

2.2 我國(guó)公路涵洞病害原因分析

(1)設(shè)計(jì)方面原因;(2)勘測(cè)方面原因;(3)計(jì)算方面原因;(4)施工方面原因。

設(shè)計(jì)方面原因包括涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面原因和涵洞地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面原因。

涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于在涵節(jié)縱向接口處沒有連接結(jié)構(gòu)，加之基地和底層的設(shè)計(jì)難以避免的填土不均勻沉降，這樣就會(huì)造成涵節(jié)處分離、錯(cuò)口，可能造成水從涵節(jié)處滲出。此外，由于涵洞側(cè)墻的墻體基礎(chǔ)往往不能滿足最大沖刷和最大凍深確定的埋置深度，因此埋置深度一般較淺，導(dǎo)致墻基土易于被凍脹和沖刷，進(jìn)而側(cè)墻傾斜、甚至倒塌，對(duì)于隔水墻來(lái)說(shuō)破壞會(huì)更大。

涵洞地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面由于沒有充分考慮各方面因素的影響，例如沒有考慮洞頂對(duì)地基承載力的影響，在地基承載力計(jì)算方面可能造成地基承載力計(jì)算值較小，對(duì)于一些力學(xué)強(qiáng)度較大的地層來(lái)說(shuō)影響不大，但是遇到力學(xué)強(qiáng)度較小的地層，由于地基承載力的計(jì)算較小，地層本身不能滿足要求，又沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，這樣就會(huì)造成不均勻下降，帶來(lái)很多公路涵洞病害。此外，對(duì)于地基的加固強(qiáng)度過(guò)大也可能會(huì)造成涵洞病害，加固強(qiáng)度過(guò)大會(huì)造成整個(gè)涵洞的剛度增大，這樣就造成了涵頂和其他部分位移變化不一致，位移影響應(yīng)變，而應(yīng)變影響應(yīng)力，這樣就造成了涵洞整體應(yīng)力的增大，也就是說(shuō)，加固強(qiáng)度過(guò)大可能造成涵洞整體應(yīng)力增大，進(jìn)而造成涵洞病害的發(fā)生。

勘測(cè)方面的原因是造成涵洞病害的次要原因，一般是由于對(duì)于地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)不清楚或者是勘測(cè)力度不夠等原因造成設(shè)計(jì)方面的原因，進(jìn)而造成涵洞病害的發(fā)生。

根據(jù)我國(guó)《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定

其中qv代表垂直土壓力，qh代表水平土壓力，λ=tg2(45°-φ/2)，φ為內(nèi)摩擦角。

這里對(duì)于垂直土壓力和水平土壓力的計(jì)算雖然簡(jiǎn)便，但是沒有考慮到涵洞開挖對(duì)于整體來(lái)說(shuō)是一個(gè)應(yīng)力釋放的過(guò)程，在應(yīng)力釋放的過(guò)程中，整體會(huì)釋放出來(lái)一定的能力，為了保證涵洞的形狀和大小，必須有一部分支護(hù)強(qiáng)度用于抵抗能量釋放，但是在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中并沒有體現(xiàn)這一部分的能量，造成計(jì)算結(jié)果較小，在實(shí)際施工過(guò)程后，造成涵洞病害的發(fā)生。

我國(guó)公路涵洞施工主要有以下兩種施工方式：一種施工方式是先進(jìn)行涵洞施工然后再進(jìn)行填土工作;另一種是進(jìn)行完填土工作后再進(jìn)行涵洞施工。由于填土本身有一定的重力作用，在進(jìn)行涵洞施工過(guò)程中，填土可能會(huì)造成涵洞的沉陷，不利于涵洞的施工，所以在我國(guó)涵洞施工過(guò)程中，采用先進(jìn)行涵洞施工，后進(jìn)行填土工作更加有利于涵洞病害的防治。

3 我國(guó)公路涵洞病害的處治策略

我國(guó)公路涵洞病害的處治策略有很多，包括套襯補(bǔ)強(qiáng)及裂縫嵌補(bǔ)技術(shù)、錨固法和地基托換等方法，本文不一一進(jìn)行介紹，主要對(duì)地基托換法進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 地基托換法

不均勻沉陷造成涵洞病害的出現(xiàn)，而地基托換法的目的是改變地基的性能，增加地基的穩(wěn)定性，避免或者減少不均勻沉陷現(xiàn)象的發(fā)生。地基托換法主要有三種：靜壓注漿法、旋噴樁法和樹根樁托換法。

靜壓注漿法加固松散雜填土，是一種比較成熟又經(jīng)濟(jì)的地基加固技術(shù)，該法的原理是通過(guò)壓力將水硬性漿材注入到填土中，加固體在土中形成板根狀骨架，從而提高土體的密實(shí)度，增加強(qiáng)度和水穩(wěn)性，減少沉降。

通過(guò)鉆入土層中的灌漿管，用高壓壓入某種流體和水泥漿液，并從鉆桿下端的特殊噴嘴以高速噴射出去的地基處理方法(圖1)。在噴射的同時(shí)，鉆桿以一定速度旋轉(zhuǎn)，并逐漸提升;高壓射流使四周一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)遭受破壞，并被強(qiáng)制與漿液混合，凝固成具有特殊結(jié)構(gòu)的圓柱體，也稱旋噴樁。

圖1 旋噴漿桿體示意圖

樹根樁是指在套管導(dǎo)向下逐漸鉆進(jìn)，同樣也是利用旋轉(zhuǎn)方法，鉆孔直徑一般在100～300 mm，穿過(guò)原有建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)入地基土中至設(shè)計(jì)標(biāo)高，清孔后下放鋼筋，鋼筋數(shù)量視樁孔直徑而定;再用壓力灌注水泥漿、水泥砂漿或細(xì)石混凝土;邊灌、邊振、邊拔管，最后成樁，由于它所形成的樁基形狀如“樹根”而得名，樁基可以是單根的或成排的，垂直的或傾斜的，形狀和樹根相似。

3.2 工程實(shí)例

新疆公路某涵洞由于車跳原因，進(jìn)行鉆孔灌漿，涵洞長(zhǎng)30 m，填土高度為9 m。設(shè)備主要有 XY-100型鉆機(jī)、100/15沙漿泵及相關(guān)配套設(shè)備。灌漿采用一次連續(xù)灌漿的方法，漿液濃度 m水∶m水泥∶m干粉煤灰為 1∶1∶5 ～4∶1∶5 之間。注漿壓力為0～4 MPa。止?jié){標(biāo)準(zhǔn)為在注漿壓力大于2 MPa的基礎(chǔ)上，漿液吸收量小于1 L/min。通過(guò)對(duì)該涵洞進(jìn)行灌漿，不但減小了涵背車跳的問題，還減小了不均勻沉降的問題，灌漿效果良好。

［1］馮忠居，顧安全.大型溝埋式管道側(cè)向土壓力的研究［J］.西安公路學(xué)院學(xué)報(bào)，1994.

［2］劉庭金，朱合華，夏才初，等.云南省連拱隧道襯砌開裂和滲漏.水調(diào)查結(jié)果及分析［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2004，(2).

［3］張樹仁，王宗仁.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計(jì)［M］.北京：人民交通出版社，2006.

U445.7

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1008-3383(2012)11-0111-02

2012-01-17

牛相勇(1982-)，男，助理工程師，從事道路與橋梁施工技術(shù)研究。