某公路路基下石砌拱涵結構拱頂開裂檢測及分析

吳 果 梅

(代縣建筑工程質量監(jiān)督站，山西 代縣 034200)

·道路·鐵路·

某公路路基下石砌拱涵結構拱頂開裂檢測及分析

吳 果 梅

(代縣建筑工程質量監(jiān)督站，山西 代縣 034200)

針對某公路路基下石砌拱涵結構的拱頂開裂情況進行了詳細檢測，并從結構受力狀況、施工過程、地基處理及地質情況等方面分析了開裂原因，同時提出了具體的處理建議，可為同類工程提供參考。

石砌拱涵，裂縫，檢測

1 工程概況

某公路路基下方的石砌拱涵結構形式為石砌雙拱結構，拱圈凈矢高為2.0 m，凈跨徑為4.0 m，洞身高度為5.5 m，涵身長度為61.0 m，采用正八字翼墻進出口形式。該拱涵主要功能為便于水、人以及小型機車由西外環(huán)公路下穿越。目前該拱涵上方公路路基填方土厚度為15.5 m左右，且處于路基填土壓實施工過程。該拱涵位置處為溝壑地形，且多年未見地表徑流；該區(qū)域地表土質類型主要為黃褐土性土與草甸土，冬季凍土深度最大值為1 m以上。

由于在進行拱涵上方路基填方施工過程中發(fā)現(xiàn)該拱涵南側拱圈出現(xiàn)多道順涵長方向裂縫，為查明該拱涵南側拱圈開裂原因。本文對該拱涵南側拱圈裂縫進行檢測，并根據(jù)裂縫現(xiàn)狀對裂縫成因及其影響進行分析評定。

2 裂縫檢測及其位置測繪

現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)南側拱圈裂縫沿涵長方向呈交匯貫通狀分布，其特征是：

1)順涵方向全長開裂；2)分支少，長度大；3)裂縫縫隙平整光滑；4)裂縫寬度多為3 mm～5 mm左右；5)大多數(shù)裂縫已采用水泥砂漿進行抹面修補，但在裂縫修補處可見開裂的情況；6)原有裂縫附近可見新裂縫。

南側拱圈裂縫典型情況見圖1。

3 裂縫產(chǎn)生原因分析

由該拱涵地基承重力實驗報告、砂礫基底換墊層壓實度實驗報告及監(jiān)理檢驗申請批復單可知，該拱涵基底平面尺寸、基底標高、平整度及壓實度符合要求，但地基承載力未達到要求承載力(500 kPa)，且地基實際承載力僅為要求承載力的60%左右；該拱涵基礎采用600 mm厚砂石墊層進行地基處理；施工過程中，為方便附近居民通行和形成施工通道，對該拱涵南側土牛進行拆除，土牛拆除以后南側涵洞未采取其他支護措施，且該拱涵上方填方路基同時施工。

綜合實際施工情況、現(xiàn)場檢測結果及有關試驗檢驗報告，分析認為拱涵裂縫為以下3條原因綜合影響所致:

1)該拱涵(路基)地基承載力不滿足要求。根據(jù)該拱涵地基承載力試驗報告可知，該拱涵下部地基實際承載力最大僅達到300 kPa，遠小于設計承載力要求(500 kPa)。因此，當拱涵砌筑完畢之后，開始進行拱涵上部填方路基施工，隨填土高度的增加，拱涵(或路基)地基所承受的來自拱涵自重及其上部填方土體壓力荷載隨之增大，因此地基實際承載力不達標，拱涵地基及其下部土體便會產(chǎn)生較大壓縮變形，隨荷載繼續(xù)增加到超過下部土體實際承載力時，以至于產(chǎn)生更大變形?；A出現(xiàn)的較大不均勻壓縮變形會體現(xiàn)為上部結構的開裂情況，因此該拱涵(路基)地基承載力不足是導致南側拱圈出現(xiàn)裂縫的原因之一。

2)拱涵地基砂石換墊處理厚度偏小，漿砌片石基礎截面較小，整體抗彎剛度較差。該拱涵地基僅采用600 mm厚砂石換墊層處理，厚度偏薄。該地區(qū)屬于季節(jié)性凍土地區(qū)，最大凍土深度為1.0 m左右，砂礫墊層施工時間為2013年3月份，該地區(qū)溫度較低(最低氣溫基本為0 ℃以下)，當該處基底土體處于凍融臨界狀態(tài)或凍脹狀態(tài)時，土體隨溫度周期性變化而引起的凍結與融化過程交替出現(xiàn)，土體凍融作用可能致使該拱涵產(chǎn)生較大不均勻沉降。又根據(jù)原設計圖紙可知，該拱涵基礎采用M7.5漿砌MU30片石基礎，基礎截面高度僅為800 mm，由于基礎砌筑材料均為脆性材料，截面高度相對較小時，其整體抗彎剛度較低，當其下部的砂石換填地基出現(xiàn)不均勻沉降時，無法抵抗過大的沉降變形，而當不均勻沉降處墻體內最大拉應力大于結構材料所能承受的最大拉應力時就會導致結構開裂。因此，可認為砂石換墊層處理措施不當，片石基礎厚度小，剛度較低是該拱涵南側拱圈開裂的原因之一。

3)該拱涵上方路基填方施工擾動對拱涵產(chǎn)生不利影響。依據(jù)《公路橋涵施工技術規(guī)范》第23.1.5條～23.1.8條規(guī)定，拱涵砌筑完成之后，砌筑砂漿強度達到設計強度75%后方可進行涵洞洞身兩側的回填，應同時水平、分層、對稱進行填筑，壓實度不應小于96%，涵洞洞身兩側回填不得使用大型施工機械，涵頂填土厚度必須大于0.5 m～1.0 m時，方允許機械通過?？梢姮F(xiàn)行規(guī)范對砂漿石砌筑涵洞上方的填土施工工藝是有比較嚴格的要求的，當上部填土施工過程中稍有控制不當時，即很容易對下方涵洞產(chǎn)生不利影響。

4 檢測結論及處理建議

該拱涵南側拱圈沿長度方向出現(xiàn)的裂縫主要為三方面因素共同影響所致，包括：1)拱涵(路基)地基承載力不滿足要求；2)拱涵地基砂石換墊處理厚度偏小，漿砌片石基礎截面較小，整體抗彎剛度較差；3)拱涵上方路基填方施工擾動對拱涵產(chǎn)生不利影響。

上述原因導致該拱涵南側拱圈沿涵身長度方向出現(xiàn)的裂縫均為受拉開裂裂縫，而拱涵本身為上部填土所覆蓋，處于多向受壓狀態(tài)，且目前未發(fā)現(xiàn)拱涵周圍土體出現(xiàn)明顯隆起等破壞現(xiàn)象，裂縫未見明顯發(fā)展跡象，未見拱身及擋土墻歪閃等跡象。因此可認為現(xiàn)有裂縫不會對拱涵結構安全造成顯著影響。

鑒于該拱涵地基實際承載力不足且裂縫成因復雜，提出以下幾點建議：

1)對該拱涵及路基周邊土體定時進行觀察是否出現(xiàn)土體隆起等現(xiàn)象，酌情對地基基礎進行有效的加固措施以提高其承載能力。2)在上部填方土體施工時對兩拱圈采取有效支撐形式及保護措施，以減少施工對拱圈產(chǎn)生不利影響。3)對裂縫進行有效封堵處理，并進行長期觀測，特別是重點觀測上部路面建成通車運營階段，同時觀察修補后原裂縫處是否有明顯的繼續(xù)發(fā)展跡象，并做詳細記錄；待現(xiàn)場設置的水準點穩(wěn)定后對拱涵做全面的沉降觀測。4)建議在雨季來臨之前對涵洞內部路面及洞口外一定范圍路面進行有效的防水疏導措施，減少雨水等對拱涵地基基礎的不利影響。

[1] JTG/T D65-04-2007，公路涵洞設計細則[S].

[2] JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[3] JTG H11-2004，公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范[S].

[4] JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范[S].

[5] JGJ 8-2007，建筑變形測量規(guī)范[S].

On inspection of cracks on arch crown at stone arch culvert under some roadbed and its analysis

WU Guo-mei

(Daixian Architectural Engineering Quality Inspection Station, Daixian 034200, China)

The paper has the detailed inspection on the cracks at the arch crown at the stone arch culvert of some roadbed, analyzes the reasons for the cracks from the structural stress, construction process, foundation treatment and geological circumstances, and points out some factual treatment suggestions, so as to provide some reference for similar projects.

stone arch culvert, crack, inspection

1009-6825(2014)36-0141-02

2014-10-18

吳果梅(1970- )，女，工程師

U416.1

A