路基不均勻沉降造成的鋼波紋管涵開(kāi)裂修復(fù)施工技術(shù)

陳躍，熊禮慧，穆旺元，楊常軍

（中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 400000）

1 工程概況

國(guó)道307、207 線(xiàn)陽(yáng)泉市繞城改線(xiàn)工程項(xiàng)目K4+604 鋼波紋管涵，直徑3 m，長(zhǎng)67 m，與線(xiàn)路交角102°，進(jìn)出口設(shè)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(chǔ)采用級(jí)配碎石墊層，八字墻基礎(chǔ)及墻身采用C25 片石混凝土，一字墻基礎(chǔ)及墻身采用C25 混凝土。設(shè)計(jì)要求地基承載力不小于0.25 MPa。臺(tái)背采用硬質(zhì)石渣回填，壓實(shí)度不小于96%[1]。

1.1 降雨情況

據(jù)山西省陽(yáng)泉市平定縣氣象臺(tái)資料，2021 年7 月至9 月為雨季；本次連續(xù)強(qiáng)降雨是50 多年來(lái)最大的一次，總降水量達(dá)到了220 mm以上；10 月4 日至10 月5 日分別發(fā)布暴雨藍(lán)色預(yù)警信號(hào)，部分地區(qū)降水達(dá)到50 mm以上。

1.2 地質(zhì)情況

K4+605 涵洞位于溝壑地帶，原地面為梯田，地表覆蓋粉質(zhì)黏土，下伏巖層依次為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，中風(fēng)化石灰?guī)r、中風(fēng)化泥巖，傾向路基，傾角為11°。無(wú)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象分布，結(jié)合地基承載力觸探結(jié)果及地質(zhì)構(gòu)造，綜合評(píng)價(jià)為場(chǎng)地穩(wěn)定性稍差。

2 鋼波紋管涵開(kāi)裂原因分析

2.1 路面結(jié)構(gòu)未及時(shí)施作

2021 年10 月2 日陽(yáng)泉市突遇50 a 一遇特大降雨，總降水量達(dá)到220 mm 以上。涵洞處于超高曲線(xiàn)段，低側(cè)為片石混凝土路肩墻，防撞護(hù)欄已施作，擋墻路面泄水孔不能發(fā)揮作用，造成低側(cè)部分形成積水面。路面結(jié)構(gòu)僅施工水穩(wěn)層，不具備防水性能，造成積水從低側(cè)擋墻與基層縫隙侵入路基。

2.2 路基填料遇水沉降

經(jīng)調(diào)查，該段路基施工過(guò)程中就地取材，采用土石混合料填筑，土質(zhì)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(cè)擋墻施工過(guò)程泄水孔反濾層施工過(guò)程中土工布包裹不嚴(yán)，造成泥土填塞后，不能及時(shí)將路基滲水排出，路基填料含水飽和，土體重量增加。

2.4 設(shè)計(jì)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(xiàn)不均勻沉降，涵洞頂土體浸水后出現(xiàn)土壓力增大情況，最終涵洞豎向受壓，導(dǎo)致管涵縱向受拉破裂。

3 鋼波紋管涵開(kāi)裂修復(fù)技術(shù)

3.1 沉降觀測(cè)

3.1.1 監(jiān)測(cè)范圍

K4+605 鋼波紋管涵線(xiàn)路左側(cè)偏距8.5～14.5 m 范圍鋼波紋管出現(xiàn)變形拉裂，通過(guò)對(duì)涵管和擋墻變形的監(jiān)測(cè)判斷滑動(dòng)面深度、滑動(dòng)范圍及其變形發(fā)展趨勢(shì)，提供預(yù)警信息。通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及時(shí)指導(dǎo)施工，檢驗(yàn)修復(fù)效果，積累量測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為施工提供工程依據(jù)。

3.1.2 監(jiān)測(cè)方法

涵管監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)的縱斷面布置間距為2 m，每環(huán)布設(shè)3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，擋墻間隔8 m 布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

1）在涵洞口遠(yuǎn)離涵管的地方設(shè)置1 個(gè)后視點(diǎn)。

2）采用四等水準(zhǔn)和塔尺進(jìn)行測(cè)量，塔尺精度為1 mm。

3）在涵洞內(nèi)任意位置架設(shè)水準(zhǔn)儀。

4）測(cè)量后視讀數(shù)并記錄，然后，逐一測(cè)量各點(diǎn)位讀數(shù)并記錄，最后，待各布置點(diǎn)測(cè)量完成后再進(jìn)行后視的一次測(cè)量（保證后視讀數(shù)的準(zhǔn)確性和形成高程閉合）。

5）整理數(shù)據(jù)（后視點(diǎn)讀數(shù)減對(duì)應(yīng)的前視點(diǎn)讀數(shù)）。

6）將所整理數(shù)據(jù)與第一次和上一次進(jìn)行對(duì)比，得出地表總沉降和相對(duì)沉降。

3.1.3 布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)，填方路堤部分段落擋墻均出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，項(xiàng)目測(cè)量隊(duì)及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)沉降部位的擋墻布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，具體觀測(cè)數(shù)據(jù)情況如下：

K4+570～K4+640 路肩墻共布設(shè)沉降位移觀測(cè)點(diǎn)6 個(gè)，9 月15 日至10 月17 日共觀測(cè)6 次，累計(jì)沉降6.8 mm，位移0.7 mm。

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，擋墻尚未趨于穩(wěn)定，后續(xù)施工過(guò)程中繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

3.1.4 監(jiān)控量測(cè)資料的整理分析

1）完成現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)和數(shù)據(jù)采集后，及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)所得資料加以整理，編制成圖表和說(shuō)明，以便于后期使用;量測(cè)資料保存在施工現(xiàn)場(chǎng)，以便于核查。具體步驟和內(nèi)容為：（1）核查各項(xiàng)原始記錄，檢查監(jiān)測(cè)值的正確性；（2）對(duì)各種觀測(cè)值按時(shí)間逐點(diǎn)填寫(xiě)觀測(cè)數(shù)值表；（3）繪制各種變形過(guò)程線(xiàn)或變形分布圖。

2）當(dāng)曲線(xiàn)出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析原因，根據(jù)具體情況及時(shí)采取加密或加長(zhǎng)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(cè)驗(yàn)證

破除路面層后，在路床頂每隔3 m 打設(shè)1 個(gè)探孔，揭露路基浸水情況，主要探測(cè)路基填料集配情況、含水率，與填筑施工原始記錄對(duì)比，分析集配是否變化，當(dāng)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jié)合的方式進(jìn)行處理。

涵管外側(cè)擋墻泄水孔進(jìn)行重新掃孔，并在孔內(nèi)設(shè)置有效的泄水管引排地下水。

在鋼波紋管開(kāi)裂變形范圍延伸一個(gè)關(guān)節(jié)范圍，利用長(zhǎng)2.5 m，規(guī)格為φ22 mm 的砂漿錨桿進(jìn)行加固，按間距40 cm×110 cm，沿涵管底部120°翻完了軸線(xiàn)方向梅花形布置，如圖2所示。涵管內(nèi)修復(fù)空間狹小，施工不便，采用小型鉆孔機(jī)械，環(huán)向帶傾角打設(shè)注漿錨桿，以改善鋼波紋管涵地基及臺(tái)背回填情況，增加其承載力和穩(wěn)定性[2]。

圖2 錨桿搭設(shè)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(jìn)行機(jī)械切割分離，管身破裂處采用鋼板補(bǔ)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(qiáng)處理

K4+605 鋼波紋涵管變形拉裂范圍向兩側(cè)延伸1 個(gè)管節(jié)內(nèi)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(jié)鋼波紋管拼接縫處增加一道工字鋼內(nèi)襯，如圖3 所示。加固工字鋼拱架貼于波紋凹槽內(nèi)，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(shè)計(jì)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(duì)涵管內(nèi)進(jìn)行找平，防治涵管錯(cuò)臺(tái)處滲水進(jìn)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(nèi)側(cè)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(shè)30 cm碎石設(shè)反濾層，處理完成后施作路床、路面層[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)鋼波紋管涵開(kāi)裂修復(fù)施工的重難點(diǎn)，結(jié)合國(guó)道307、207 線(xiàn)陽(yáng)泉市繞城改線(xiàn)工程中涵管最終修復(fù)的效果及成本，對(duì)含有濕陷性黃土填料區(qū)路基埋設(shè)鋼波紋管涵沉降開(kāi)裂修復(fù)施工，提出如下建議供大家參考：

1）鋼波紋管沉降開(kāi)裂后沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置，數(shù)據(jù)反饋能夠指導(dǎo)修復(fù)所用支撐等級(jí)。

2）鋼波紋管在施工過(guò)程中避免與擋墻等結(jié)構(gòu)物直接連接，無(wú)法避免部位采用伸縮橡膠環(huán)連接。

3）設(shè)置路面結(jié)構(gòu)層施工過(guò)程中的臨時(shí)排水措施。

4）修復(fù)過(guò)程中以引排地下水，加固土體自穩(wěn)能力為主，管壁內(nèi)側(cè)支撐為輔，在涵管周?chē)纬晒靶?yīng)，保證修復(fù)作用長(zhǎng)效持久。