公路涵洞病害的主要类型与处理措施研究

公路涵洞病害的主要类型与处理措施研究
【摘要】：本文根据实践经验，分析了我国公路涵洞病害的主要类型，以及导致这些病害的主要因素，探讨了涵洞病害的处理措施，并对其中的地基托换法进行了详细说明。

【关键词】：公路工程，涵洞病害，引发原因，地基托换法
【abstract 】this paper according to the experience of the practice in China is analyzed, and the main highway tunnels disease types, and lead to the main factors of these diseases, and probes into the measures of treatment culverts disease, and one of the foundation underpinning method for a detailed explanation.
【key words 】: the highway engineering, culverts disease, a factor, the foundation underpinning method
1引言
涵洞是穿越道路的工程构筑物，相对于其他建筑物来说，涵洞属于设计等级较低的一类。

但是，由于我国人口众多，经济相对不发达，以及高速公路全封闭等原因，人、小型车辆、动物以及水穿越公路采用涵洞比桥梁更加经济、方便。

但是，长期的运营发现，涵洞又是公路工程中病害发生最多的工程构筑物。

从以往的统计数据中可以发现，我国公路工程中约70%的涵洞存在病害，对公路的正常安全通行造成一定的威胁，甚至会给社会经济和人民生命财产造成重大危害。

因此，对公路涵洞的病害类型进行分析，找出发生这些病害的原因，并有针对性的提出治理措施，已经成为我国交通部门亟需解决的问题。

本文根据工程实践，对我国公路涵洞的危害类型进行了分析，探讨了产生各种涵洞危害的原因，并提出了针对性的解决措施。

2公路涵洞病害的主要类型及其产生原因分析
2.1公路涵洞病害的主要类型
根据涵洞病害的类型以及发生部位，可以将公路涵洞的病害的分为以下三个主要类型：
1）整个涵节贯通性的(横向或纵向)裂纹或裂缝
整个涵节贯通性的裂纹或裂缝的形式主要有三种，按照裂纹或裂缝的位置、大小分为：涵节间的裂缝或裂纹，甚至发生涵节间的错位；涵顶部分的裂缝或裂
纹，一般是其侧墙之间发生错位，导致涵洞产生水平或垂直方向的位移；底板部部位的裂缝或裂纹，一般裂缝较大，贯穿整个底板。

这些病害都可能造成严重的后果，轻则影响涵洞的正常使用，重则可能造成人民生命和财产的损失。

2）部分涵节的侧墙、顶部以及底板上的裂纹和裂缝
部分涵节的侧墙、顶部以及底板上的裂纹和裂缝与整个涵节贯通性的裂纹或裂缝相比，病害较轻，但是整个涵节贯通性的裂纹或裂缝往往都是由于部分涵节的侧墙、顶部以及底板上的裂纹和裂缝逐渐发展成的，所以在日常维护工作中，必须对细小的裂缝和裂纹进行认真检查，以防其进一步扩大。

3）涵洞的进出口部位病害
涵洞的进出口部位病害种类比较多，但都集中在涵洞的进出口部位，因此其对公路的影响将更为显著。

主要包括墙体的倾斜（包括端墙和翼墙）、墙体的裂缝或破碎、墙体表面发生脱落以及洞口铺砌层出现裂缝、下沉等病害。

此外，由于地基和基层的问题，造成填土不均匀下沉还可能出现车辆车头“跳车”现象或者涵洞内积水不易排出现象，这些现象虽然不能直接造成涵洞损坏，但是也大大降低了涵洞的功能性。

2.2公路涵洞病害的产生原因分析
通过对上述涵洞病害的总结，结合现场的地质、地貌、气候以及涵洞的设计、施工、维护等各种因素，可认为导致公路涵洞病害的因素主要有以下几个方面：
1）受地质、地貌、气候条件、施工条件，甚至是设计人员个人偏好等因素的影响，同一条线路上涵洞的结构形式一般相同；
2）涵洞的破坏主要是由土压应力集中引起的纵向结构破坏和由沉降不均匀引起的横向结构破坏，或由这两个原因共同引起的结构斜向破坏；
3）缺少涵洞勘察资料与涵洞设计验算资料，甚至不合理的涵洞设计标准图也对涵洞的设计产生一定程度的负面影响；
4）施工不当也是引发涵洞病害的重要原因之一。

由于填土本身有一定的重力作用，在进行涵洞施工过程中，填土可能会造成涵洞的沉陷；
5）有些涵洞病害是由人为的主观因素引起的，如某线路上，为减少由台背沉降差引起的跳车问题，在桥台、涵背填土体上普遍进行了强夯处理，这样的处
理虽压实了土体，但也对涵洞结构造成了破损。

此外，计算方面出现的问题也会导致涵洞病害的产生。

根据我国《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》规定，涵洞所受应力的计算方法如下：
垂直应力：；水平应力：。

其中：，式中表示所填土的内摩擦角，H表示填土的总厚度。

这里对于垂直土压力和水平土压力的计算虽然简便，但是没有考虑到涵洞开挖对于整体来说是一个应力释放的过程，在应力释放的过程中，整体会释放出来一定的能力，为了保证涵洞的形状和大小，必须有一部分支护强度用于抵抗能量释放，但是在实际计算过程中并没有体现这一部分的能量，造成计算结果较小，在实际施工过程后，造成涵洞病害的发生。

3公路涵洞病害的处理措施
公路涵洞的处理措施应根据公路涵洞所处的地质条件以及气候环境等因素综合考虑。

针对我国公路涵洞的主要结构特征，涵洞病害的主要处理措施包括套衬补强及裂缝嵌补技术、锚固法和地基托换等方法。

由于地基托换法具有较强的适应性，可以对不同地区的公路涵洞以及不同的涵洞病害进行处理，因此笔者对地基托换法进行详细的探讨。

涵洞病害出现的主要因素是土体的不均匀沉降，而地基托换法的目的是改变地基的性能，增加地基的稳定性，避免或者减少不均匀沉陷现象的发生。

根据施工方法的不同，可以将地基托换法分为以下三种：
1）静压注浆法
静压注浆法是指将水硬性浆材利用管道加压等方式注入到松散的杂填土中，水硬浆材与其接触的填土相粘合形成板根状的骨架，从而大大加强了松散填土的密实度，进而提高了土体的强度和水稳性，抑制其沉降过程。

2）旋喷桩法
旋喷桩法是利用灌浆管将水泥浆液注入土层对地基进行加固的处理方法。

在此过程中，需要预先将灌浆管钻入土层，钻杆的下方的喷嘴经过特殊处理，使得在加压时水泥浆液或其他流体能够以很高的速度喷射，增大浆液在土中的渗透范围。

当水泥浆液从钻杆中喷出时，要注意慢慢将钻杆向上提升并且旋转，以保证水泥浆液的流通范围更广，加固更多的松散土层，不过要注意旋转速度不能过快，以防造成局部土层被水泥浆液封堵，不能进行深部的加固。

由于水泥浆液喷射速度非常快，与其直接接触的土层会被液流冲刷破坏，与浆液混合后形成新的圆柱体型特殊加固结构，通常被称为旋喷桩。

3）树根桩托换法
树根桩的施工方式与旋喷桩法不同，先要将套管钻入设计的指定地层，为了更容易的将套管穿过原有的建筑物，可以在向下钻的同时旋转套管，并确保冷却水的供应满足设计要求。

套管的直径一般为100-300mm，根据套管的直径大小确定下放的钢筋数。

然后顺着套管向下灌注水泥浆、水泥砂浆或细石混凝土，为了浆液灌入的更顺利，要注意振动套管。

利用此种方法固定的土体加固结构的形状像“树根”，以此被称为树根桩。

参考文献
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[2] 龙永刚. 高速公路涵洞病害与防治[J]. 中国科技信息,2006,7。