拱涵开裂原因及加固方法

拱涵开裂原因及加固方法
工程设计与研究总第123期
2007年12月拱涵开裂原因及加固方法
刘民湘
〔摘要〕钢筋混凝土拱涵结构产生裂缝是目前较难克服的质量通病。

分析了衡枣高速公路拱涵产生结构裂缝的主要原因,并介绍了加固处理方案与措施、裂缝的预防与控制。

〔关键词〕公路涵洞;钢筋混凝土涵洞;涵洞结构裂缝;加固方法
衡枣高速公路全线原设计共有42座拱涵和拱型通道,自2001年5月以来,先后发现大部分拱涵和拱型通道在拱顶和四分之一拱的位置出现不同程度的裂缝。

在这42座拱涵及拱型通道中有36座出现开裂现象(其中有一座因开裂严重已被拆除),占总数的85.7%;无开裂现象的只有6座,占总数的14.3%。

开裂主要在拱顶,靠近洞口的涵节裂缝一般较细,靠中间的涵节拱顶裂缝随填土厚度的增加而加宽,最大裂缝达到30 mm。

34座拱涵在拱脚位置未出现裂缝,只有2座在拱脚出现裂缝;在42座拱涵中,有2座是分离式基础,40座为整体式基础,其中7座拱涵地基较好,未进行基础处理,但有3座出现裂缝;35座拱涵均进行了干砌片石或浆砌片石基础处理,有33座均出现裂缝。

1 拱涵产生裂缝的原因
产生裂缝的主要因素归纳为3类:
(1)由外荷载(静、动荷载)的直接应力,即按常规计算的主要应力引起的裂缝;
(2)受外荷载作用,产生结构次应力引起的裂缝;
(3)由于变形产生的裂缝。

结构受温度、收缩和膨胀影响,导致不均匀沉降等因素引起裂缝。

经分析,衡枣高速公路拱涵开裂原因是多方面的,拱涵对拱顶和台背两侧路基填前处理、对称分层压实、地基承载力的要求均较高,施工顺序、构造处理、填方压实、涵台刚度不够以及基础不均匀沉降等均可能导致涵洞出现裂缝。

最主要的原因是拱涵涵台身尺寸设计过小,刚度
不能满足要求,从而使拱脚发生水平位移,引起拱圈下缘拉应力超过混凝土的容许应力;同时多数拱涵地基处理采用干砌片石和砂砾石垫层,水平位移的影响更为严重,也使拱涵产生变形和不均匀沉降,从而引起拱顶开裂。

根据现场观测的结果,在两拱脚的相对水平位移△>1/1200时,拱的承载能力就会大大降低,甚至破坏。

2 加固方案
在分析拱涵产生裂缝的主要原因后,对拱涵采取加固措施,并组织有关专家论证,对加固设计加以评审,具体加固方案如下:
(1)对裂缝在2mm以上的拱涵,拱涵台背进行压浆处理,2mm以下的视情况而定;
(2)对开裂破损严重、缝宽在5m m以上的拱涵,采用内套圆管涵式钢筋混凝土内衬;
(3)对未开裂或裂缝小于0.1m m的拱涵,暂不处理;
(4)需粘贴钢板进行加固的拱顶,根据拱涵的不同跨径和填土高度以及开裂情况,确定钢板的厚度、长度和间距;
(5)对采用干砌片石、砂砾石垫层或沉降在8以上的所有拱涵构造物基础,均进
6
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mm。