高填土通道、涵洞的設(shè)計與施工

劉豐

摘要：針對在建古武高速十方至東留段高填土通道兼涵洞出現(xiàn)的變更設(shè)計，就高填土涵洞的影響因素，設(shè)計與施工中應(yīng)注意的問題以及處理意見等提出淺要的見解。

關(guān)鍵詞：高填土通道；構(gòu)造物；涵洞；設(shè)計施工

在建古武高速東留至十方段受地形限制，從減少造價，節(jié)約投資等角度考慮，施工圖設(shè)計階段將原有路基設(shè)計高高出地面25-35m的路段除留有其功能性橋梁外，其余均取消了橋梁，改為高填方路基，設(shè)置通道涵或排水涵。

從設(shè)計角度來看，其一，對于高填土涵洞的地基承載力的計算基本沿用土的容重乘填土高度來計算，涵頂以上土柱重量全部由涵洞來承擔(dān)并作用于涵的基礎(chǔ)，而不考慮土體的相互作用，這顯然不符合實際的受力情況，但現(xiàn)行規(guī)范也沒有提出更合理的計算方法。其二，現(xiàn)場涵位設(shè)計主要考慮與原有水道順接，避免水溝不順暢，導(dǎo)致涵洞進口壅水。其三，通道與涵洞功能同時兼顧，通道與道路順接，并要求排水順接，因構(gòu)造物覆土高，構(gòu)造物長且采光效果差。

從宏觀上看公路的構(gòu)造物，路基作為帶狀建筑物，通道、涵洞是路堤填土中橫向溝通交通及水系的，路堤的填筑強度及路堤、構(gòu)造物對地基承載力都有一定的要求。

設(shè)計計算的高填土路段通道（涵洞）的地基承載力較大，若現(xiàn)場經(jīng)過換填處理后仍然達不到設(shè)計要求，通過地基的深層處理，又會增加工程造價，處理不好會因高填土涵洞中部沉降值較大，造成涵內(nèi)積水甚至裂縫，嚴重影響通道、涵洞的正常使用。

為設(shè)計好高填方路堤內(nèi)的構(gòu)造物，首先從高填方路堤的力學(xué)性能入手，填方路堤的壓實對土的物理力學(xué)性質(zhì)有明顯的改善；提高土的抗壓強度，增加了土的彈性模量，減小土的塑性變形，使土的抗剪強度大大提高。由于路基填土壓實對土的物理力學(xué)性能的改善，路基作為帶狀建筑物具有比較好的整體性和較大的剛度。于是對于高填土涵洞地基承載力的計算不能孤立的看待，要從路基的總體強度和涵洞地基承載力的要求統(tǒng)籌考慮它們之間的相互作用和影響，才能比較確切的計算地基承載力，避免涵洞下沉和過分強調(diào)涵洞的地基承載力。但現(xiàn)階段現(xiàn)行規(guī)范沒有提出更合理的計算方法，圍繞規(guī)范的約束性和實際施工中存在構(gòu)造物高填土與地基承載力要求的實際矛盾，方案如下：

為了能使地基承載力的計算考慮與高填土路堤的相互作用關(guān)系，在施工過程中能較好的協(xié)調(diào)設(shè)計與施工地基承載力的銜接問題，對位于“V”型山谷和“U”型山谷的構(gòu)造物采取各自的處理措施。

1、“V”型山谷處構(gòu)造物的設(shè)計

“V”型山谷的通道、涵洞等構(gòu)造物無論山谷的地質(zhì)狀況如何即構(gòu)造物基礎(chǔ)承載力，設(shè)計一般將構(gòu)造物置于谷底，能較好的排除山谷匯水，起到構(gòu)造物應(yīng)有的功能。但一旦涵洞填土高度大于20m，設(shè)計填土若不采取特殊的輕質(zhì)材料填筑，按照規(guī)范的計算方法計算構(gòu)造物基底承載力，若天然地基為非硬質(zhì)巖石，天然地基需經(jīng)過特殊處理，付出高昂的代價，方能達到設(shè)計要求的地基承載力。

在實際施工過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計首先是考慮結(jié)構(gòu)的安全既能節(jié)約工程造價，又能使構(gòu)造物基底應(yīng)力減小，方法有減小構(gòu)造物頂?shù)奶钔粮叨龋档蜆?gòu)造物頂部填筑土的密度。在特定的“V”型山谷，可將通道、涵洞的構(gòu)造物移位（包括垂直和水平方向位移），在“V”型山谷，非硬質(zhì)巖石基礎(chǔ)承載力受地下水的影響大，可將涵洞移位至受地下水影響較小的山坡坡地，開挖平臺，人為的將涵洞底標(biāo)高抬高，減小結(jié)構(gòu)物的長度，同時降低結(jié)構(gòu)物的覆土厚度，及基礎(chǔ)底面的應(yīng)力，提高天然地基承載力。移位后會導(dǎo)致山谷局部出現(xiàn)洼地，進口水流不順，下游出口易受水流淘蝕等問題，設(shè)計中可綜合考慮洼地的面積——需要整平的范圍，下游出口鋪砌的工程量，過水的同時是不是兼有通行功能等多方面因素，合理的移位，選擇較優(yōu)的設(shè)計方案，既節(jié)約造價，施工又合理可行。

2“U”型山谷通道、涵洞的設(shè)計

“U”型山谷的通道、涵洞等構(gòu)造物設(shè)計一般將構(gòu)造物置于原有的水溝、河溝原位，保持水流順暢，避免涵洞進口彎道出現(xiàn)澭水現(xiàn)象?！癠”型山谷地形相對平坦，微丘地貌里相對平緩的地形地質(zhì)條件一般都比較差——受水流的沖刷堆積的粉質(zhì)粘土，含水率高，承載力低。此類修筑在原位的構(gòu)造物一旦頂部填土高度大于20m，按照規(guī)范的計算方法計算構(gòu)造物基底承載力，在原溝槽修建，天然地基需經(jīng)過特殊處理，付出高昂的代價。

此類地形靠近山坡坡腳的地質(zhì)條件優(yōu)于原有溝槽位置，且坡腳與溝槽底的高程差值相對較小，為構(gòu)造物進出口改溝提供了便利條件。雖同為土質(zhì)地基，山坡坡腳一般為基巖風(fēng)化的產(chǎn)物，受地下水影響較小，壓縮性小，地基承載力較高；溝槽一般為沖洪積層，且長期受地下水浸泡，壓縮性大，承載力小。此類地形最終也是采取構(gòu)造物移位，但只能是水平移動，豎向上移，因地勢平緩，導(dǎo)致上游積水，影響耕作；豎向下移則導(dǎo)致開挖量的增多，且下游出水口排水困難。移位后可有效的提高地基承載力，移位后盡量保持構(gòu)造物條形基礎(chǔ)的地質(zhì)條件均一性，若天然基礎(chǔ)不均一，則可采取換填措施，使地基條件均一，減小構(gòu)造物各伸縮縫位置的工后沉降差異。改溝應(yīng)盡量考慮原有溝渠的溝底縱坡滿足規(guī)范要求，水流順暢，避免洪水季節(jié)溝槽澭水，淹沒農(nóng)田。

若山澗平地較寬，左右移動均不能起到有效的排水效果時，可考慮原位修建，此時筆者建議無需按照規(guī)范的方法計算構(gòu)造物的地基承載力，若地基條件滿足高填方路基的穩(wěn)定性，則構(gòu)造物的修建首先保證結(jié)構(gòu)物自身結(jié)構(gòu)安全，通過地質(zhì)勘察的土樣進行土壓力及結(jié)構(gòu)物放置的地基及地基以下的土層及下臥各土層壓縮模量計算構(gòu)造物各段的最終沉降量，保證地質(zhì)條件的均一性，則沉降差異一致，不會導(dǎo)致涵洞局部下沉積水，考慮整體涵洞的均勻沉降，在地基土受力后，土體的力學(xué)性能隨著路堤填筑高度的增加，土體的承壓能力在逐漸的提高，土體孔隙率在逐漸的減小，變形量也在逐步的增加，新填筑的路基和地基在填筑過程中穩(wěn)定的情況下，達到新的平衡狀態(tài)。

3結(jié)束語

對涵洞地基承載力的計算和影響涵洞沉降的因素以及擬解決的措施等，以上只是粗淺的設(shè)想。目前對涵頂土體重孤立的全部作用于涵基，大部分工程技術(shù)人員都認為這種計算方法不盡合理，但又沒有見到人們研究出新的計算方法。土作為三相體是相當(dāng)復(fù)雜的，由于土的顆粒組成、礦物成份、親水礦物等相當(dāng)復(fù)雜，因此要完全掌握土的特征還有相當(dāng)大的難度。上述建議要建立在可行的基礎(chǔ)上和有的建議能否達到目的。例如：涵頂填筑調(diào)整沉降壓實度較小的土層（如80區(qū)等）。路基土體靜壓和涵基、涵洞反力能否將達不到設(shè)計要求壓實度的土層壓密至達到設(shè)計要求的壓實度等，還應(yīng)通過科研，設(shè)計和施工部門在工程建設(shè)中進一步研究檢驗驗證。為合理設(shè)計涵洞地基承載力提供可靠依據(jù)，這也是涵洞地基承載力設(shè)計計算經(jīng)濟合理和使用安全的一個應(yīng)引起重視的課題。