公路石拱涵病害及加固方法研究

摘 要：拱涵是我國在特定歷史時期常見的一種涵洞結構形式，文章結合工程實例介紹拱涵常見病害產生的原因及有效可行的加固方法。

關鍵詞：拱涵；裂縫；加固；套拱

引言

拱涵是一種傳統的涵洞結構形式，在我國早期修建的公路中，從經濟和就地取材的理念出發，很多地區的涵洞結構形式以石拱涵為主，石拱涵有施工工序簡單，適用高填土路基、跨越能力強，價格低廉，承載能力高等優點，尤其山區修建石拱涵是一種較為經濟的選擇。隨著我國經濟的飛速發展，公路運輸在整個運輸體系中占有的比例越來越重，大噸位運輸車輛也越來越多，加之目前車輛超載現象比較嚴重，在公路設計調查中發現，一些早期修建的石拱涵病害比較嚴重，主要病害表現為：拱圈縱橫向裂縫，拱體部分部位滲水及滲水結晶，臺身豎向裂縫，臺身局部滲水。此類拱涵安全隱患較大，因此采用技術上可行，經濟上合理的加固維修方法，以達到提高承載力及耐久性的目的，是十分必要的。

1 石拱涵常見病害及成因

1.1 拱體裂縫

拱體結構裂縫的成因復雜而繁多，甚至多種因素相互影響，根據許多石拱涵調查檢測，經過認真分析，認為產生裂縫的主要原因如下。

（1）荷載變化引起的裂縫，涵洞原設計荷載等級低，不能滿足日益增加的交通量及大噸位車輛運輸的要求，并且實際運輸中車輛超載現象比較嚴重，使得涵洞因承載力不足而產生裂縫。

（2）石拱涵為無鉸拱，是二次超靜定結構，少量變形就會產生較大的附加內力，石拱涵基礎局部或者地基承載力不足，使涵洞產生不均勻沉降，造成臺身出現豎向裂縫與斜向裂縫。

（3）施工質量控制不嚴格引起的裂縫，施工過程中若施工順序不合理，施工質量差也會引起各種形式的裂縫。如施工過程涵洞兩側未按設計要求對稱回填，兩側土壓力不同，引起石拱涵向一側傾斜，引起拱圈開裂；施工過程中涵洞填土壓實度不夠，土體本身產生的自拱效應差，填土自重對涵洞產生較大的土壓力，使涵臺開裂；涵洞拱圈有多層塊石砌成，施工過程中，圈與圈之間的塊石未交錯搭接，使得拱圈參產生縱向裂縫。

1.2 涵洞砌體部分滲水結晶

滲水的原因主要為涵臺背后填土排水不暢，塊石間砂漿強度及密實度達不到要求及涵洞附近填土路基排水不暢，從而導致積水從從涵臺及拱圈砂漿不密實處滲出，影響涵洞耐久性。

1.3 涵洞進出口淤積及進出口構造物開裂

涵洞進出口淤積，導致涵洞排水不暢，洞口積水，使涵洞進出口地基承載力下降，造成進出口構造物由于地基不均勻沉降產生開裂。

2 加固方法

石拱涵的加固一般通過對基礎、涵臺及拱圈的加固來實現，可根據病害程度的不同采取不同的加固措施，常見的加固方法有以下幾種。

涵洞砌體出現細微裂縫的主要加固方法是高壓灌注性能較好的聚合物砂漿封閉裂縫。檢測后涵洞評等級較差，拱圈承載力不足產生裂縫時，多采用注漿封閉裂縫并在拱下增設套拱的加固方法（涵洞凈空及過水面積容許縮小）。對于出現滲水及滲水結晶的部位，一般是采用將滲水部位打穿，并高壓灌注高性能聚合物砂漿的方法進行加固。當然對于具體涵洞的加固，主要看該涵洞的整體狀況，再進行合理的受力分析，根據不同的病害采用不同的合理加固方法。下面主要介紹在拱下增設套拱的加固方法。

在涵洞凈空容許或根據水文資料，涵下過水斷面容許縮小時，可在拱下增設套拱（緊貼原拱圈下澆筑鋼筋混凝土拱圈）的加固方法提高拱圈的承載力，從而起到加固的目的。

3 工程實例

某二級公路漿砌片石拱涵，進出口均為八字墻，排洪涵洞，涵洞長24m，孔徑2.5m，高3.75m，原設計荷載為汽車-20，掛車-100。通過現場調查，該涵洞主要病害為進出口鋪砌受水流沖刷嚴重破損，涵內涵底鋪砌局部被水流壞，掏空，基礎局部出露，部分臺身破損形成凌空面，局部臺身勾縫及抹面砂漿脫落嚴重，拱圈滲水嚴重，并有白色結晶出現，部分拱圈及臺身存在多條縱橫向裂縫，裂縫寬度約1cm。如圖1、2、3所示。

3.1 病害原因及加固方法

涵底鋪砌被水流沖壞，臺身局部掏空主要是涵底縱坡過大導致水流沖刷過大引起；局部臺身勾縫及抹面砂漿脫落嚴重主要是砂漿強度低，涵洞滲水等因素作用下產生的；部分拱圈及臺身產生多條縱橫向裂縫主要是由于涵洞自身承載力不足及涵洞基礎局部或者地基承載力不足產生的。涵洞裂縫主要是由于承載力不足造成的，進行加固處理時不能只采取注漿封閉裂縫的方法進行處理，應從提高涵洞自身強度方面考慮，決定采用注聚合物砂漿封閉裂縫并在拱下增設鋼筋混凝土拱的加固方法進行加固。此方法壓縮了既有涵洞的過水斷面，應對加固后的涵洞過水能力進行驗算，看是否滿足排洪要求。

加固計算理論采用拱涵計算模式，同時采用計算有限元計算軟件MIDAS對涵洞受力進行分析，計算模型見圖4。

如圖5，套拱材料采用C30混凝土，厚度為20cm，受力主筋N1、N2、N3采用直徑為16mm，間距20cm的HRB400鋼筋，縱向鋼筋N4采用直徑為12mm，間距20cm的HRB400鋼筋，新舊混凝土錨固筋N5鋼筋采用直徑為16mm的HRB400鋼筋。根據計算結果，加固后混凝土最大壓應力為13.0Mpa小于規范要求16.1Mpa，加固后拱涵過水斷面縮小，經過驗算滿足流量要求。

4 結束語

根據以上分析，通過在既有涵洞拱下增設鋼筋混凝土套拱的加固方法，可以提高既有涵洞的承載能力，從根本上解決石拱涵由于承載力不足發生突然坍塌的病害，且該方法施工工藝成熟，方法簡單，對既有交通影響較小，涵洞加固后經過幾年的跟蹤觀測，加固效果較好，切實可行。

參考文獻

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