公路涵洞破壞實例分析

劉靜　田曉艷

【摘 要】公路建設運營中涵洞破壞較為常見，通過持續觀測某在建涵洞破壞現狀，分析其破壞原因，為今后類似工程提供借鑒與教訓。

【關鍵詞】涵洞；破壞實例；原因分析

0 引言

隨著我國高等級公路建設的迅猛發展，公路中的涵洞結構物所占比重越來越大。從已建成的高等級公路調查來看，大約平均3座/公里。有些涵洞由于沒有充分考慮所處地形及地質情況而失穩破壞，有些由于未充分考慮其上土壓力大小而導致涵洞強度不夠被壓裂，破壞[1-4]。根據現場調查資料，運營中約有63.5%的涵洞出現裂縫，其中70%是縱向裂縫；有些涵洞則由于設計過于保守而造成浪費。另外，有些涵洞由于縱向不均勻沉降過大影響其正常使用。

1 工程概況

某高速公路合同段K70+765混凝土拱涵全長212m，內部凈高2.15m，寬2m。涵洞劃分為37節，中間涵節（由上游往下游編號為第19號）長6m，其兩側各有五節5m長涵節，其余涵節均為6m長。涵洞底板厚1.2m，其下有3m厚水穩層。涵洞施工工藝為：首先在水穩層以下以涵洞軸線為中線，兩側各強夯12.5m；然后開始填土3m，再反開挖水穩層，寬度12m；修筑完成后，再做涵洞底板、臺身和拱圈。整個涵洞由4月底水穩層施工開始到7月下旬結束。

2 涵洞裂縫調查

8月下旬開始發現涵洞出現裂縫。典型裂縫情況如圖1所示：

圖1 涵洞破壞典型裂縫

Fig.1 Typical cracks of culvert damage

據9月19日現場調查，具體情況如下：

圖2 涵洞19～20節破壞

Fig.1 culvert damage on section 19～20

涵洞第19節與第20節間沉降縫明顯拉開，裂縫寬度整體較均勻。涵洞底板裂縫在涵洞西側較大，測得最大裂縫寬度為7.1cm，在涵洞東側較小，測得最小裂縫寬度3.0cm；該處沉降縫在垂直方向出現錯位，表現為第20節較第19節低2cm。具體見圖2。

在第20節與第21節間沉降縫也出現上述情況，目前裂縫不大，但有發展趨勢，其垂直方向錯位已達3.4cm。

在第19涵節（中間涵節）西側臺身內壁出現裂縫，裂縫最大寬度8mm。裂縫形式見圖3：

圖3 涵洞19節破壞

Fig.3 culvert damage on section 19

在第18節臺身西側發現裂縫。裂縫形式見圖4：

圖4 涵洞18節臺身破壞

Fig.4 culvert damage on body of section 18

在第18節拱圈上出現微裂縫。裂縫形式見圖5：

圖5 涵洞18節拱圈破壞

Fig.5 culvert damage on arch of section 18

在第17節拱頂上出現微小裂縫，第16節與第17節間沉降縫也明顯錯開。

3 裂縫原因淺析

3.1 地基因素

由地形勘察圖可以看出在涵洞水穩層底部標高以下靠路中線附近存在原始山脊，與破壞涵節位置基本對應。詳見圖6。圖中橫坐標表示涵洞位置，右側列表表示沉降觀測日期。根據在該處“填挖交界面”上的沉降觀測結果顯示：此段附近沉降微小，其范圍之外土體沉降相對較大，如圖6（圖中“十五”緊鄰原始山脊）。

現場施工在標高達到1650.000m附近時，涵洞工作面方出現，開始建造水穩層及涵洞。形象的說，該水穩層及涵體恰好在路中線附近處，擔在山脊上修筑。其直接影響是：如果在山脊兩側涵洞下部填土沉降量過大時，涵洞在山脊位置附近可能會產生類似“扁擔效應”的不利受力狀況。由于水穩層及涵洞整體剛度較大，在該效應作用下，水穩層將首先遭到破壞，并退出工作，直觀表現為沉降縫被拉開，裂縫形式呈“倒八字形”；隨著涵頂填土繼續增加，涵體可能會出現裂縫。

圖6 涵洞處填挖交界面沉降

Fig.6 Filling and digging interface settlement of culvert

該壩式路堤溝底地下水較發育，常有地下水滲出，原定該處處理方案為清淤。由于淤泥深度較厚，實際操作困難，不可能完全清除，后采用拋石擠淤方案處理，但處理厚度較薄。而且路堤填土與溝底接合面未做隔水處理，當地下水位較高時，溝底填土可能會遭到地下水浸蝕，導致路堤填土沉降加大；當地下水位快速回落時，同樣也會導致路堤填土整體沉降加大。同時水的滲流會帶走填土中的細小顆粒，也會引起沉降過大。現場情況來看，8月中旬以前溝底水位較高，此后水位出現急劇回落。

水穩層下強夯影響范圍和有效深度有限，也會導致基底不均勻沉降。

3.2 填土因素

據了解，涵洞底部標高以下路堤填土施工在去年秋冬季進行。由于氣溫較低，在填土壓實過程中可能有水的結冰現象存在，影響壓實質量，沉降量加大，導致后期土體變形無法協調。8月中旬以來，由于工程需要，填土速度加快，使得填土的沉降速率也隨之增加，導致土體沉降與涵體沉降在較短時期內變形無法協調，從而產生破壞面。因此，施工進度和工藝也可能會對涵洞產生影響。

4 結論

涵洞破壞牽涉各個方面。其中涵洞土壓力的低估、涵洞所處地基地質狀況、涵洞在建設與運營過程中的整體沉降變形等都會引起涵洞破壞。在實際工程中，應綜合考慮上述各因素，避免涵洞發生破壞失穩。

【參考文獻】

[1]顧安全.上埋式管道及洞室垂直土壓力的研究[J].巖土工程學報，1981，3（1）：3-15.

[2]劉靜，謝永利，劉保健.高填涵洞受力現場測試及有限元計算[J].巖土工程技術， 2004（03）.

[3]魏銀紅.高填涵洞垂直土壓力分布規律的數值模擬分析[J].路基工程，2007（03）.

[4]楊錫武.山區公路高填方涵洞土壓力計算理論研究綜述[J].重慶交通學院學報，2005（04）.

[責任編輯：王楠]