某公路路基下石砌拱涵结构拱顶开裂检测及分析

吴 果 梅

(代县建筑工程质量监督站，山西 代县 034200)

·道路·铁路·

某公路路基下石砌拱涵结构拱顶开裂检测及分析

吴 果 梅

(代县建筑工程质量监督站，山西 代县 034200)

针对某公路路基下石砌拱涵结构的拱顶开裂情况进行了详细检测，并从结构受力状况、施工过程、地基处理及地质情况等方面分析了开裂原因，同时提出了具体的处理建议，可为同类工程提供参考。

石砌拱涵，裂缝，检测

1 工程概况

某公路路基下方的石砌拱涵结构形式为石砌双拱结构，拱圈净矢高为2.0 m，净跨径为4.0 m，洞身高度为5.5 m，涵身长度为61.0 m，采用正八字翼墙进出口形式。该拱涵主要功能为便于水、人以及小型机车由西外环公路下穿越。目前该拱涵上方公路路基填方土厚度为15.5 m左右，且处于路基填土压实施工过程。该拱涵位置处为沟壑地形，且多年未见地表径流；该区域地表土质类型主要为黄褐土性土与草甸土，冬季冻土深度最大值为1 m以上。

由于在进行拱涵上方路基填方施工过程中发现该拱涵南侧拱圈出现多道顺涵长方向裂缝，为查明该拱涵南侧拱圈开裂原因。本文对该拱涵南侧拱圈裂缝进行检测，并根据裂缝现状对裂缝成因及其影响进行分析评定。

2 裂缝检测及其位置测绘

现场检测发现南侧拱圈裂缝沿涵长方向呈交汇贯通状分布，其特征是：

1)顺涵方向全长开裂；2)分支少，长度大；3)裂缝缝隙平整光滑；4)裂缝宽度多为3 mm～5 mm左右；5)大多数裂缝已采用水泥砂浆进行抹面修补，但在裂缝修补处可见开裂的情况；6)原有裂缝附近可见新裂缝。

南侧拱圈裂缝典型情况见图1。

3 裂缝产生原因分析

由该拱涵地基承重力实验报告、砂砾基底换垫层压实度实验报告及监理检验申请批复单可知，该拱涵基底平面尺寸、基底标高、平整度及压实度符合要求，但地基承载力未达到要求承载力(500 kPa)，且地基实际承载力仅为要求承载力的60%左右；该拱涵基础采用600 mm厚砂石垫层进行地基处理；施工过程中，为方便附近居民通行和形成施工通道，对该拱涵南侧土牛进行拆除，土牛拆除以后南侧涵洞未采取其他支护措施，且该拱涵上方填方路基同时施工。

综合实际施工情况、现场检测结果及有关试验检验报告，分析认为拱涵裂缝为以下3条原因综合影响所致:

1)该拱涵(路基)地基承载力不满足要求。根据该拱涵地基承载力试验报告可知，该拱涵下部地基实际承载力最大仅达到300 kPa，远小于设计承载力要求(500 kPa)。因此，当拱涵砌筑完毕之后，开始进行拱涵上部填方路基施工，随填土高度的增加，拱涵(或路基)地基所承受的来自拱涵自重及其上部填方土体压力荷载随之增大，因此地基实际承载力不达标，拱涵地基及其下部土体便会产生较大压缩变形，随荷载继续增加到超过下部土体实际承载力时，以至于产生更大变形。基础出现的较大不均匀压缩变形会体现为上部结构的开裂情况，因此该拱涵(路基)地基承载力不足是导致南侧拱圈出现裂缝的原因之一。

2)拱涵地基砂石换垫处理厚度偏小，浆砌片石基础截面较小，整体抗弯刚度较差。该拱涵地基仅采用600 mm厚砂石换垫层处理，厚度偏薄。该地区属于季节性冻土地区，最大冻土深度为1.0 m左右，砂砾垫层施工时间为2013年3月份，该地区温度较低(最低气温基本为0 ℃以下)，当该处基底土体处于冻融临界状态或冻胀状态时，土体随温度周期性变化而引起的冻结与融化过程交替出现，土体冻融作用可能致使该拱涵产生较大不均匀沉降。又根据原设计图纸可知，该拱涵基础采用M7.5浆砌MU30片石基础，基础截面高度仅为800 mm，由于基础砌筑材料均为脆性材料，截面高度相对较小时，其整体抗弯刚度较低，当其下部的砂石换填地基出现不均匀沉降时，无法抵抗过大的沉降变形，而当不均匀沉降处墙体内最大拉应力大于结构材料所能承受的最大拉应力时就会导致结构开裂。因此，可认为砂石换垫层处理措施不当，片石基础厚度小，刚度较低是该拱涵南侧拱圈开裂的原因之一。

3)该拱涵上方路基填方施工扰动对拱涵产生不利影响。依据《公路桥涵施工技术规范》第23.1.5条～23.1.8条规定，拱涵砌筑完成之后，砌筑砂浆强度达到设计强度75%后方可进行涵洞洞身两侧的回填，应同时水平、分层、对称进行填筑，压实度不应小于96%，涵洞洞身两侧回填不得使用大型施工机械，涵顶填土厚度必须大于0.5 m～1.0 m时，方允许机械通过。可见现行规范对砂浆石砌筑涵洞上方的填土施工工艺是有比较严格的要求的，当上部填土施工过程中稍有控制不当时，即很容易对下方涵洞产生不利影响。

4 检测结论及处理建议

该拱涵南侧拱圈沿长度方向出现的裂缝主要为三方面因素共同影响所致，包括：1)拱涵(路基)地基承载力不满足要求；2)拱涵地基砂石换垫处理厚度偏小，浆砌片石基础截面较小，整体抗弯刚度较差；3)拱涵上方路基填方施工扰动对拱涵产生不利影响。

上述原因导致该拱涵南侧拱圈沿涵身长度方向出现的裂缝均为受拉开裂裂缝，而拱涵本身为上部填土所覆盖，处于多向受压状态，且目前未发现拱涵周围土体出现明显隆起等破坏现象，裂缝未见明显发展迹象，未见拱身及挡土墙歪闪等迹象。因此可认为现有裂缝不会对拱涵结构安全造成显著影响。

鉴于该拱涵地基实际承载力不足且裂缝成因复杂，提出以下几点建议：

1)对该拱涵及路基周边土体定时进行观察是否出现土体隆起等现象，酌情对地基基础进行有效的加固措施以提高其承载能力。2)在上部填方土体施工时对两拱圈采取有效支撑形式及保护措施，以减少施工对拱圈产生不利影响。3)对裂缝进行有效封堵处理，并进行长期观测，特别是重点观测上部路面建成通车运营阶段，同时观察修补后原裂缝处是否有明显的继续发展迹象，并做详细记录；待现场设置的水准点稳定后对拱涵做全面的沉降观测。4)建议在雨季来临之前对涵洞内部路面及洞口外一定范围路面进行有效的防水疏导措施，减少雨水等对拱涵地基基础的不利影响。

[1] JTG/T D65-04-2007，公路涵洞设计细则[S].

[2] JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[3] JTG H11-2004，公路桥涵养护规范[S].

[4] JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[5] JGJ 8-2007，建筑变形测量规范[S].

On inspection of cracks on arch crown at stone arch culvert under some roadbed and its analysis

WU Guo-mei

(Daixian Architectural Engineering Quality Inspection Station, Daixian 034200, China)

The paper has the detailed inspection on the cracks at the arch crown at the stone arch culvert of some roadbed, analyzes the reasons for the cracks from the structural stress, construction process, foundation treatment and geological circumstances, and points out some factual treatment suggestions, so as to provide some reference for similar projects.

stone arch culvert, crack, inspection

1009-6825(2014)36-0141-02

2014-10-18

吴果梅(1970- )，女，工程师

U416.1

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