公路石拱涵病害及加固方法研究

公路石拱涵病害及加固方法研究

摘要：拱涵是我国在特定历史时期常见的一种涵洞结构形式，文章结合工程实例介绍拱涵常见病害产生的原因及有效可行的加固方法。

关键词：拱涵；裂缝；加固；套拱

引言

拱涵是一种传统的涵洞结构形式，在我国早期修建的公路中，从经济和就地取材的理念出发，很多地区的涵洞结构形式以石拱涵为主，石拱涵有施工工序简单，适用高填土路基、跨越能力强，价格低廉，承载能力高等优点，尤其山区修建石拱涵是一种较为经济的选择。随着我国经济的飞速发展，公路运输在整个运输体系中占有的比例越来越重，大吨位运输车辆也越来越多，加之目前车辆超载现象比较严重，在公路设计调查中发现，一些早期修建的石拱涵病害比较严重，主要病害表现为：拱圈纵横向裂缝，拱体部分部位渗水及渗水结晶，台身竖向裂缝，台身局部渗水。此类拱涵安全隐患较大，因此采用技术上可行，经济上合理的加固维修方法，以达到提高承载力及耐久性的目的，是十分必要的。

1 石拱涵常见病害及成因

1.1 拱体裂缝

拱体结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，根据许多石拱涵调查检测，经过认真分析，认为产生裂缝的主要原因如下。

（1）荷载变化引起的裂缝，涵洞原设计荷载等级低，

不能满足日益增加的交通量及大吨位车辆运输的要求，并且实际运输中车辆超载现象比较严重，使得涵洞因承载力不足而产生裂缝。

（2）石拱涵为无铰拱，是二次超静定结构，少量变形

就会产生较大的附加内力，石拱涵基础局部或者地基承载力不足，使涵洞产生不均匀沉降，造成台身出现竖向裂缝与斜向裂缝。

（3）施工质量控制不严格引起的裂缝，施工过程中若

施工顺序不合理，施工质量差也会引起各种形式的裂缝。如施工过程涵洞两侧未按设计要求对称回填，两侧土压力不同，引起石拱涵向一侧倾斜，引起拱圈开裂；施工过程中涵洞填土压实度不够，土体本身产生的自拱效应差，填土自重对涵洞产生较大的土压力，使涵台开裂；涵洞拱圈有多层块石砌成，施工过程中，圈与圈之间的块石未交错搭接，使得拱圈参产生纵向裂缝。

1.2 涵洞砌体部分渗水结晶

渗水的原因主要为涵台背后填土排水不畅，块石间砂浆强度及密实度达不到要求及涵洞附近填土路基排水不畅，从

而导致积水从从涵台及拱圈砂浆不密实处渗出，影响涵洞耐久性。

1.3 涵洞进出口淤积及进出口构造物开裂

涵洞进出口淤积，导致涵洞排水不畅，洞口积水，使涵洞进出口地基承载力下降，造成进出口构造物由于地基不均匀沉降产生开裂。

2 加固方法

石拱涵的加固一般通过对基础、涵台及拱圈的加固来实现，可根据病害程度的不同采取不同的加固措施，常见的加固方法有以下几种。

涵洞砌体出现细微裂缝的主要加固方法是高压灌注性

能较好的聚合物砂浆封闭裂缝。检测后涵洞评等级较差，拱圈承载力不足产生裂缝时，多采用注浆封闭裂缝并在拱下增设套拱的加固方法（涵洞净空及过水面积容许缩小）。对于出现渗水及渗水结晶的部位，一般是采用将渗水部位打穿，并高压灌注高性能聚合物砂浆的方法进行加固。当然对于具体涵洞的加固，主要看该涵洞的整体状况，再进行合理的受力分析，根据不同的病害采用不同的合理加固方法。下面主要介绍在拱下增设套拱的加固方法。

在涵洞净空容许或根据水文资料，涵下过水断面容许缩小时，可在拱下增设套拱（紧贴原拱圈下浇筑钢筋混凝土拱圈）的加固方法提高拱圈的承载力，从而起到加固的目的。

3 工程实例

某二级公路浆砌片石拱涵，进出口均为八字墙，排洪涵洞，涵洞长24m，孔径2.5m，高3.75m，原设计荷载为汽车-20，挂车-100。通过现场调查，该涵洞主要病害为进出口铺砌受水流冲刷严重破损，涵内涵底铺砌局部被水流坏，掏空，基础局部出露，部分台身破损形成凌空面，局部台身勾缝及抹面砂浆脱落严重，拱圈渗水严重，并有白色结晶出现，部分拱圈及台身存在多条纵横向裂缝，裂缝宽度约1cm。如图1、2、3所示。

3.1 病害原因及加固方法

涵底铺砌被水流冲坏，台身局部掏空主要是涵底纵坡过大导致水流冲刷过大引起；局部台身勾缝及抹面砂浆脱落严重主要是砂浆强度低，涵洞渗水等因素作用下产生的；部分拱圈及台身产生多条纵横向裂缝主要是由于涵洞自身承载

力不足及涵洞基础局部或者地基承载力不足产生的。涵洞裂缝主要是由于承载力不足造成的，进行加固处理时不能只采取注浆封闭裂缝的方法进行处理，应从提高涵洞自身强度方面考虑，决定采用注聚合物砂浆封闭裂缝并在拱下增设钢筋混凝土拱的加固方法进行加固。此方法压缩了既有涵洞的过水断面，应对加固后的涵洞过水能力进行验算，看是否满足排洪要求。

加固计算理论采用拱涵计算模式，同时采用计算有限元

计算软件MIDAS对涵洞受力进行分析，计算模型见图4。

如图5，套拱材料采用C30混凝土，厚度为20cm，受力主筋N1、N2、N3采用直径为16mm，间距20cm的HRB400钢筋，纵向钢筋N4采用直径为12mm，间距20cm的HRB400钢筋，新旧混凝土锚固筋N5钢筋采用直径为16mm的HRB400钢筋。根据计算结果，加固后混凝土最大压应力为13.0Mpa小于规范要求16.1Mpa，加固后拱涵过水断面缩小，经过验算满足流量要求。

4 结束语

根据以上分析，通过在既有涵洞拱下增设钢筋混凝土套拱的加固方法，可以提高既有涵洞的承载能力，从根本上解决石拱涵由于承载力不足发生突然坍塌的病害，且该方法施工工艺成熟，方法简单，对既有交通影响较小，涵洞加固后经过几年的跟踪观测，加固效果较好，切实可行。

参考文献

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[3]张俭.高填土石拱涵加固[J].公路，2001，11.