小型圓涵易損壞的原因及處理方法

王合偉

(北興農場水務局，黑龍江 七臺河 154625)

圓形涵洞是農田基本建設配套工程中一種常見的小型水工建筑物。圓形涵洞按結構分為基礎、擋土墻、圓形涵管等部分構成。其施工順序主要為基礎開挖、漿砌石基礎、安裝圓形涵管、漿砌石擋土墻、回填土夯實等。這種圓涵在排水量不大，在平行于等高線的排水溝上布設較為經濟實用。

隨著農田基本建設配套工程標準的逐步提高，對配套建筑物的要求也同時提高，排水溝已不能完全按等高線的方向進行布置，那圓涵的布設方向也就不能平行等高線，其布設的方向會與等高線有一定的夾角，夾角越大，圓涵兩端的縱向坡降就越大。在秋冬季節雨水稍大時，漿砌石基礎及擋土墻后的回填土的含水率會達到接進飽和狀態，在經過凍融循環交替后，擋土墻或基礎在薄弱地段凍脹較大而產生不同程度的裂縫，且此裂縫無法自然恢復。經過幾年的凍融循環與夏季的運行后，漿砌石基礎與擋土墻的石料則會出現單塊脫離整體或整體位移的情況，導致擋土墻脫離涵管而倒塌，而基礎也會出現多處寬窄不一、深淺不同的裂縫。在水流量小時，水不從涵管中流淌，而直接從基礎的裂縫中流走;再經過幾年凍融循環和夏季的運行，則會出現涵管錯位，回填土流失，甚至在汛期過水量水稍大的情況下，被直接沖毀，致使車輛無法通行。

根據上述現象，我們在實踐中探索出一種新的優化設計模式，這種設計的優點是:抗凍害強，整體性能優越，使用壽命明顯提高。

1 結構的優化

1.1 基礎優化

圓形涵洞的基礎從剖面圖來看，基本為板凳形狀，根據多年來重建的水毀涵洞的損毀區域來看，損毀處多數為基礎，即涵管以下30～40 cm的漿砌石，因此，我們將此區域改為鋼混凝土結構。

平面形狀與漿砌石基礎平面結構相同。為了施工方便，可在滿足使用要求的情況下略小一些。在施工時由于混凝土量較小，在鋼筋綁扎完畢后，大多數能在一個工作日內一次性澆筑完畢。經過修改設計后修建的涵洞，在運行中大大提高了基礎的抗凍脹性能，壽命也大大提高。

1.2 擋土墻結構優化設計

圓形涵洞的擋土墻大多數為漿砌石。因砂漿與圓涵管外壁的結合能力較低，加之田間運輸車輛在行駛過涵洞時太靠近擋土墻，導致擋土墻與圓涵結合較差的地方先脫離擋土墻，久而久之，擋土墻倒塌。根據這種情況，我們采取將漿砌石重力式擋土墻改為矩形鋼筋混凝土擋土墻，并采用雙面配筋，大大增加了擋土墻的牢固性。

1.3 管縫

為消除高速水流對管縫處管壁周圍泥沙產生的負壓，導致回填土被水流涮走的現象。我們在混凝土底板上，兩管接縫處現澆一段素混凝土管箍，因為是現澆混凝土，經過振搗，使兩管連接處均被密實的混凝土填滿。養生期過后，整個圓涵無論是幾節涵管均能形成一個連續的圓管涵，從而消除了管縫處高速水流時對基礎的破壞。

1.4 結構計算

擋土墻結構可按朗肯理論來計算主動土壓力，公式為:

式中:pa為主動土壓力;γ為土容重;H為墻后填土高度;K為主動土壓力系數，當Φ值選定后K值可由表1、表2查出。

表1 土壤內摩擦角Φ值

Φ為土壤內摩擦角，可按下表選用。

表2 Φ值與K值關系

配筋按矩形受彎構件計算，擋土墻結構采用雙面配筋，內外層主筋采用同一規格，副筋直徑略小。

2 應用實例

北興農場的田間配套圓涵為水利工程建設的主要形式之一，農場自2000年以來，開始全部采用此種設計的圓涵的數量已達百余座，洞長在6～10 m，洞徑在0.6～1.2 m，擋土墻長在4～7 m，最大墻高為1.8 m，墻厚在0.4～0.8 m，經實踐證明，同規格的圓涵在投資上雖提高20% ～30%，但壽命卻增加1倍以上。經觀測，這些圓涵投入使用年限最長的已達8 a，且運行狀況均為良好。