公路高填土涵洞的加固设计

张晋涛

（陕西省西安公路管理局三桥公路管理段，西安710003）

1 引言

在很多山区公路工程的建设中都采用了高填土的涵洞设计方案。但由于高填土地基承载能力往往比较低，容易出现裂缝问题，存在较高的安全风险，对公路工程的安全畅通会产生较大的影响。因此，设计人员应全面了解高填土涵洞的水文地质情况，并对产生裂缝的主要原因进行深入的研究分析，从而优化加固设计方案，提高涵洞结构的稳定性。本文结合某高填土涵洞的设计实践分析高填土涵洞加固设计的要点以及优化方法，从而提高我国公路工程的整体设计水平，为我国公路交通事业的发展创造有利条件。

2 某高填土涵洞工程基本情况

2.1 公路高填土涵洞工程概况

某公路工程的高填土涵洞为盖板涵洞，全长88.5m 左右。涵顶填土的最大高度约为11.4m，台身材质主要为浆砌片石，型号为M7.5，采用的是整体式基础结构。该工程位于谷底地带，持力层厚度为0.8m～1.6m，成分主要为中密细砂土；下卧层则主要为厚度在0m～5.6m 的泥质亚砂土。持力层与下卧层的承载力分别为317kPa、190kPa。该涵洞的基础结构以及台身结构在施工过程中有裂缝形成，因此需要对其进行加固处理。

2.2 某高填土涵洞工程裂缝概况

当该涵洞的填土施工距离涵顶约5m 左右位置时，基础结构以及台身有裂缝形成。先是台身前墙部分出现了横向开裂情况，2 道裂缝的宽度在1mm～23mm。后来在基础部分又出现了纵向裂缝，宽度达到了0.5mm～6mm。随着填土增加，裂缝继续发展，并在6 个月之后逐渐趋于稳定状态。

造成该工程出现裂缝的原因有很多，经综合分析发现，该涵洞在施工中未对涵洞基础进行换填加固。同时，高填土涵洞工程不同部位裂缝的成因也各不相同，其中，涵洞基础出现裂缝的主要原因是整体式基础结构的应力分布不均匀，造成实际弯矩明显大于设计弯矩，从而在跨中截面位置形成了裂缝。而涵洞台身出现裂缝的主要原因则是受台背填土因素影响而造成的开裂问题。此外，施工作业的扰动以及操作不规范等因素也会导致裂缝形成。

3 公路高填土涵洞的加固设计

3.1 加固设计要点分析

3.1.1 地基容许承载力的设计取值要点

在公路工程高填土涵洞的加固设计中，地基容许承载力会受到涵洞结构容易变形值因素的影响，因此该参数并不是固定不变的[1]。设计人员应根据高填土涵洞对变形的具体控制要求来合理确定地基容许承载力值。此外，在对软弱基础持力层进行地基容许承载力取值时，要注意持力层性质并不会影响承载力值，影响实际取值范围的是下卧层的变形量以及强度。

3.1.2 高填土涵洞基础结构形式选择

在选择涵洞的基础结构形式时，虽然整体式基础能够使基础结构的平均应力得到有效降低，不过该结构形式仍会造成应力分布不均匀，出现沉降不均匀情况。而轻型梁氏涵台结构由于其上部结构、台身以及支撑梁所行车的结构体系具有较强的几何可变性，所以，应避免在软弱地基上采用这种结构形式[2]。

3.1.3 高填土涵洞基础设计

如果在公路工程的高填土涵洞中采用整体式基础结构，可以在设计中参考与其比较接近的埋深在5m 以上的地下室基础的受力情况进行加固设计[3]。特别要注意的是，在高填土涵洞中的台背填土既会影响涵洞地基的压应力值，而且还会由于负摩阻力的形成而加大地基应力变化幅度。在设计沉降缝时，如果涵洞基础板台身长度存在差异，则应将其作为柔性墩台来取值计算。同时，在高填土涵洞设计中，应根据填土的实际高度进行预留拱度的设计。

3.2 加固设计方案的对比分析

3.2.1 采用箱型结构内嵌的加固设计方案

由于该涵洞工程的上游仅存在较小的汇水面积，所以，在进行加固设计时可以采用将箱型结构设置在涵洞内部的方式对其进行加固处理。箱型结构应选择钢筋混凝土材料，其中，混凝土应采用C30 强度等级的型号，并将受力钢筋设置在四周，采用双层配置方式。对于涵洞台身开裂部分应采用型号为φ22mm×10cm 的主筋以及型号为φ12mm×15cm 的分布筋；而对于其他部分则可以采用型号为φ12mm×15cm 的主筋以及型号为φ12mm×20cm 的分布筋。此外，箱型结构的设计规格长约3.2m，高度约为3.5m。

3.2.2 采用增加截面的加固设计方案

根据该涵洞基础结构以及台身裂缝的特点，也可以采用与涵洞原结构材质相应的钢筋混凝土材料来进行加固处理，即涵洞基础应采用型号为φ12mm×15cm 的主筋，以及型号为φ12mm×20cm 的分布筋，并将涵洞基础结构以及台身结构分别增加约50cm 的厚度。此外，还应凿毛接触面，以提高原结构与加固部分的结合紧密度。

3.2.3 采用脱梁拔柱的加固设计方案

此外，还可以采用在上部结构原状的条件下对下部结构进行拆除的设计方法。该技术需要综合运用结构加固、顶升上部结构以及拆除下部结构等多种技术方法，在设计时应合理选择施工工艺以及强度设计值，以保证涵洞结构的稳定性。在设计方案中可以选择间隔拆除及其他工艺方法，并明确标注拆除长度、拆除范围等参数。在设计立模压注混凝土配比时，可以适量加入早强剂，并将小石子混凝土的强度等级控制在C30。此外，还应根据加固位置的不同选择相应的主筋以及分布筋型号。

3.2.4 综合分析不同加固设计方案

对以上3 种加固设计方案进行综合性的对比分析发现，如果采用第2 或第3 种加固方案，则必须在公路工程高填土涵洞完成沉降变形后才能进行加固处理，因此有可能导致裂缝问题更加严重，延误工期[4]。而如果选择第一种加固方案，由于其采用的是将刚构支撑设置于涵洞内部的加固方式，可以对涵洞原结构系统加以改善，从而有效控制裂缝的发育，并减小涵洞结构的变形以及内力；该加固方式对原结构体系进行了充分的利用，使新老结构形成了一个共同受力的有机整体，可以有效满足涵洞行车以及过水等使用功能的需要。

此外，虽然该加固方案的成本相对较高，但技术难度比较小，而且安全性以及结构的稳定性均比较高，是比较适合的加固设计方案。

4 结语

在对工程的高填土涵洞进行加固设计时，设计人员应充分了解工程的施工要求以及工程施工现场的地质条件等因素，并综合分析裂缝的成因。在设计时应严格遵守相关的设计规范和技术标准，采用科学合理的加固措施来对高填土涵洞结构进行补强修复，增强基础结构的承载能力，从而使公路涵洞的使用功能正常发挥。此外，在高填土涵洞的加固设计中还应对不同加固方案进行对比优化，从而提高加固的效果，有效延长涵洞的使用寿命，为公路工程的安全畅通奠定良好的基础。