涵洞軟土地基處理方法

王興洲，秦鵬一，貝家震，張杰，王永琪

（核工業(yè)井巷建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 湖州313000）

0 引言

涵洞在公路工程中占較大比例，是公路工程的重要組成部分[1]。然而，由于涵洞規(guī)模較小，往往在施工中得不到足夠的重視，工程質(zhì)量難以得到保證，影響公路使用壽命。并且，相比其他涵洞，蓋板涵和圓管涵這兩類涵洞病害發(fā)生率較高[2]。而地基承載力不足、地基處理不當(dāng)、地基沉降和不均勻沉降等均是產(chǎn)生涵洞病害的重要原因[3]。本文針對圓管涵和鋼筋混凝土蓋板涵，結(jié)合實(shí)例探討在軟土地基施工條件下，針對地基進(jìn)行的加固處理辦法，可為后期的公路建設(shè)提供一定的借鑒。

1 工程概況

某工程主要分布在福建省霞浦縣，公路等級為三級，設(shè)計(jì)速度為40km/h，路基寬度8.5m，雙向兩車道，路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)走軸載為BZZ-100，路面結(jié)構(gòu)為級配碎石層、水泥穩(wěn)定碎石層、改性乳化瀝青單層表面封層、水泥混凝土路面。該區(qū)域平均氣溫在16℃～19℃之間，春季雨水相對豐富，夏季臺風(fēng)較多，冰凍天氣較少，受海洋氣候的影響比較明顯，呈現(xiàn)典型的季風(fēng)氣候特點(diǎn)。本文主要探討涵洞軟土地基的處理方法，主要研究對象為圓管涵（K1）和鋼筋混凝土蓋板涵（K2），該兩處涵洞分別地處居民區(qū)排水溝和天然排水溝的位置，開挖過后，地基承載力明顯達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，均為軟土地基。

2 涵洞軟土地基的隱患分析

軟土地基，主要包括軟黏土、有機(jī)質(zhì)土、腐殖土等，地基不能滿足設(shè)計(jì)和使用要求，需經(jīng)過處理后才能夠正常使用。在軟土地基上修建涵洞等建筑物將存在一定的隱患，發(fā)展到一定程度后，甚至?xí)ハ嚓P(guān)的使用功能。因此，有必要對軟土地基進(jìn)行處理，并對有隱患的地基段落進(jìn)行預(yù)測，并采取相關(guān)的防護(hù)應(yīng)對措施。

軟土地基對涵洞的施工以及后期的安全使用均存在較大的安全隱患，如涵洞洞身開裂、涵洞淤塞積水、節(jié)段錯(cuò)臺等。當(dāng)?shù)鼗ㄓ绕涫窃诤吹亩纯谖恢茫┐嬖诓痪鶆虺两禃r(shí)，涵洞的翼墻以及側(cè)墻容易發(fā)生剪切破壞，其裂縫與水平方向存在一定的交角，影響涵洞安全使用。同時(shí)，如果涵洞地基處理不當(dāng)，在后期的使用過程中，涵洞會出現(xiàn)淤塞、流水不暢的現(xiàn)象，影響涵洞使用功能。

“駝峰”土壓力會引起地基變位[4]。在軟土地基上，該項(xiàng)隱患極為明顯，路堤填土越低，其隱患越明顯。

若軟土地基處理不當(dāng)，涵洞的縱向不均勻沉降將會更加明顯。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過有限單元法進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)涵洞洞口至涵洞中心的壓應(yīng)力不斷增加，因此，沉降量也逐漸增加[5]。

3 涵洞軟土地基處理方法

3.1 新建涵洞設(shè)計(jì)

新建的涵洞主要為圓管涵和矩形蓋板涵，結(jié)構(gòu)形式均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，蓋板、涵身均為C30鋼筋混凝土，帽石采用C30混凝土，涵身基礎(chǔ)采用C20混凝土，基礎(chǔ)鋪砌采用M7.5的漿砌片石。圓管涵和蓋板涵地基設(shè)計(jì)承載力分別不小于130kPa、250kPa。

3.2 涵洞軟土地基處理方案

對涵洞基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高之后，采用動力觸探的方法對地基承載力進(jìn)行現(xiàn)場測試。經(jīng)過測試，圓管涵地基承載力約為30kPa，蓋板涵地基承載力約為20kPa，不滿足設(shè)計(jì)要求，需要對軟土地基進(jìn)行處理。

在基礎(chǔ)開挖之后，針對不同的基坑條件分別采取不同的方法，如換填法和預(yù)壓法。

在基坑有水的情況下，采取換填法。當(dāng)換填厚度小于2m時(shí)，挖除2m的軟土，換填碎石土，并進(jìn)行夯實(shí)，并在上部鋪0.5m厚的片石混凝土，通過混凝土的養(yǎng)護(hù)期之后，對涵洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行修筑。

在基坑無水的情況下，采取換填法或預(yù)壓法。在選擇方案的同時(shí)，應(yīng)充分考慮施工工期、施工條件等因素，針對不同的條件，綜合考慮施工方案。采用換填法，對工期的影響較小，但是成本相對較高。采用預(yù)壓法，需要預(yù)壓時(shí)間，同時(shí)需要鋪設(shè)臨時(shí)排水管道，對工期有所影響，但是施工成本低。因此在施工工程中，需要考慮各項(xiàng)因素，確定最優(yōu)施工方案。

4 工程實(shí)例

4.1 軟土地基的處理

對福建設(shè)霞浦縣某項(xiàng)目涵洞施工，施工過程中，兩處涵洞均存在軟土地基，分別位于K0+020（圓管涵孔徑1～0.75m）和K0+558（蓋板涵1-3×2m）處。在確定好兩處涵洞的周邊施工條件之后，對涵洞的基坑進(jìn)行開挖，K0+020圓管涵周邊、臨時(shí)排水管周邊生活廢水較多，因此在開挖前，需測量定位出涵洞的進(jìn)出口位置。在進(jìn)出水口位置處，首先挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，之后分別挖出2m×2m×2m的集水坑，并配備污水泵進(jìn)行抽水，同時(shí)，對基坑進(jìn)行開挖，但基坑底部仍存在部分濕漬。對地基進(jìn)行動力觸探試驗(yàn)，測出地基承載力約為30kPa，與設(shè)計(jì)承載力相差較大，因此，需要對該處地基進(jìn)行有效處理。

通過測試，軟土地基的厚度為1.8m，采用換填法處理該段軟土地基，在挖除軟質(zhì)土之后，使用碎石土進(jìn)行換填，換填至距離基坑底部0.5m的位置。在回填的過程中，分層壓實(shí)，松鋪厚度控制在0.3m之內(nèi)，在回填至要求位置時(shí)，現(xiàn)場再次測試基坑的地基承載力，待合格之后，在頂部鋪0.5m厚的片石混凝土封層加固。通過換填碎石土，并壓實(shí)之后，測出地基承載力為145kPa，達(dá)到設(shè)計(jì)承載力的要求。

通過相同的調(diào)查方法，對現(xiàn)場開挖部分段落的基坑進(jìn)行現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)地基承載力為200kPa，不滿足設(shè)計(jì)要求。考慮到該階段施工工期相對較長，且該項(xiàng)不在施工工期的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，因此為降低施工成本，采用預(yù)壓法對該處地基進(jìn)行處理。

在施工的過程中，先填筑路堤，利用路堤的荷載在施工過程中對路堤進(jìn)行分層碾壓，促使涵洞處軟土地基固結(jié)沉降，從而達(dá)到提高該處基坑地基承載力的目的。在該段路堤填筑完成之后，對涵洞基坑進(jìn)行開挖，并對地基的承載力進(jìn)行現(xiàn)場測試，測試結(jié)果為290kPa，滿足設(shè)計(jì)承載力的要求。

4.2 沉降觀測

在處理完軟土地基之后，對圓管涵和蓋板涵進(jìn)行施工，同時(shí)在圓管涵管壁和蓋板涵側(cè)墻處分別布置沉降觀測點(diǎn)，圓管涵布設(shè)6處，蓋板涵側(cè)墻分別布設(shè)3處，根據(jù)二等水準(zhǔn)測量要求進(jìn)行觀測，施工后一周內(nèi)每天觀測一次，之后每周觀測一次，并記錄沉降數(shù)據(jù)，觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 觀測時(shí)間及沉降值統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，隨著時(shí)間延長，圓管涵和蓋板涵的沉降不斷減小，逐漸趨于穩(wěn)定。由此可以得出，通過以上方法對軟土地基進(jìn)行處理是可行的。

5 結(jié)論

在公路建設(shè)中，不可避免地會遇到軟土地基問題。軟土地基具有含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、滲透性小、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小等特點(diǎn)，導(dǎo)致地基承載力往往不能滿足工程設(shè)計(jì)的要求。因此，需要對地基進(jìn)行人工加固處理。涵洞作為公路工程的重要組成部分，在施工時(shí)應(yīng)得到足夠的重視。當(dāng)涵洞存在軟土地基的情況下，結(jié)合施工現(xiàn)場的具體施工條件，通過換填法和預(yù)壓法可以解決涵洞軟土地基設(shè)計(jì)承載力不足的問題，有效保證構(gòu)筑物的安全施工和使用。