高填土通道、涵洞的设计与施工

刘丰

摘要：针对在建古武高速十方至东留段高填土通道兼涵洞出现的变更设计，就高填土涵洞的影响因素，设计与施工中应注意的问题以及处理意见等提出浅要的见解。

关键词：高填土通道；构造物；涵洞；设计施工

在建古武高速东留至十方段受地形限制，从减少造价，节约投资等角度考虑，施工图设计阶段将原有路基设计高高出地面25-35m的路段除留有其功能性桥梁外，其余均取消了桥梁，改为高填方路基，设置通道涵或排水涵。

从设计角度来看，其一，对于高填土涵洞的地基承载力的计算基本沿用土的容重乘填土高度来计算，涵顶以上土柱重量全部由涵洞来承担并作用于涵的基础，而不考虑土体的相互作用，这显然不符合实际的受力情况，但现行规范也没有提出更合理的计算方法。其二，现场涵位设计主要考虑与原有水道顺接，避免水沟不顺畅，导致涵洞进口壅水。其三，通道与涵洞功能同时兼顾，通道与道路顺接，并要求排水顺接，因构造物覆土高，构造物长且采光效果差。

从宏观上看公路的构造物，路基作为带状建筑物，通道、涵洞是路堤填土中横向沟通交通及水系的，路堤的填筑强度及路堤、构造物对地基承载力都有一定的要求。

设计计算的高填土路段通道（涵洞）的地基承载力较大，若现场经过换填处理后仍然达不到设计要求，通过地基的深层处理，又会增加工程造价，处理不好会因高填土涵洞中部沉降值较大，造成涵内积水甚至裂缝，严重影响通道、涵洞的正常使用。

为设计好高填方路堤内的构造物，首先从高填方路堤的力学性能入手，填方路堤的压实对土的物理力学性质有明显的改善；提高土的抗压强度，增加了土的弹性模量，减小土的塑性变形，使土的抗剪强度大大提高。由于路基填土压实对土的物理力学性能的改善，路基作为带状建筑物具有比较好的整体性和较大的刚度。于是对于高填土涵洞地基承载力的计算不能孤立的看待，要从路基的总体强度和涵洞地基承载力的要求统筹考虑它们之间的相互作用和影响，才能比较确切的计算地基承载力，避免涵洞下沉和过分强调涵洞的地基承载力。但现阶段现行规范没有提出更合理的计算方法，围绕规范的约束性和实际施工中存在构造物高填土与地基承载力要求的实际矛盾，方案如下：

为了能使地基承载力的计算考虑与高填土路堤的相互作用关系，在施工过程中能较好的协调设计与施工地基承载力的衔接问题，对位于“V”型山谷和“U”型山谷的构造物采取各自的处理措施。

1、“V”型山谷处构造物的设计

“V”型山谷的通道、涵洞等构造物无论山谷的地质状况如何即构造物基础承载力，设计一般将构造物置于谷底，能较好的排除山谷汇水，起到构造物应有的功能。但一旦涵洞填土高度大于20m，設计填土若不采取特殊的轻质材料填筑，按照规范的计算方法计算构造物基底承载力，若天然地基为非硬质岩石，天然地基需经过特殊处理，付出高昂的代价，方能达到设计要求的地基承载力。

在实际施工过程中，结构设计首先是考虑结构的安全既能节约工程造价，又能使构造物基底应力减小，方法有减小构造物顶的填土高度，降低构造物顶部填筑土的密度。在特定的“V”型山谷，可将通道、涵洞的构造物移位（包括垂直和水平方向位移），在“V”型山谷，非硬质岩石基础承载力受地下水的影响大，可将涵洞移位至受地下水影响较小的山坡坡地，开挖平台，人为的将涵洞底标高抬高，减小结构物的长度，同时降低结构物的覆土厚度，及基础底面的应力，提高天然地基承载力。移位后会导致山谷局部出现洼地，进口水流不顺，下游出口易受水流淘蚀等问题，设计中可综合考虑洼地的面积——需要整平的范围，下游出口铺砌的工程量，过水的同时是不是兼有通行功能等多方面因素，合理的移位，选择较优的设计方案，既节约造价，施工又合理可行。

2“U”型山谷通道、涵洞的设计

“U”型山谷的通道、涵洞等构造物设计一般将构造物置于原有的水沟、河沟原位，保持水流顺畅，避免涵洞进口弯道出现澭水现象。“U”型山谷地形相对平坦，微丘地貌里相对平缓的地形地质条件一般都比较差——受水流的冲刷堆积的粉质粘土，含水率高，承载力低。此类修筑在原位的构造物一旦顶部填土高度大于20m，按照规范的计算方法计算构造物基底承载力，在原沟槽修建，天然地基需经过特殊处理，付出高昂的代价。

此类地形靠近山坡坡脚的地质条件优于原有沟槽位置，且坡脚与沟槽底的高程差值相对较小，为构造物进出口改沟提供了便利条件。虽同为土质地基，山坡坡脚一般为基岩风化的产物，受地下水影响较小，压缩性小，地基承载力较高；沟槽一般为冲洪积层，且长期受地下水浸泡，压缩性大，承载力小。此类地形最终也是采取构造物移位，但只能是水平移动，竖向上移，因地势平缓，导致上游积水，影响耕作；竖向下移则导致开挖量的增多，且下游出水口排水困难。移位后可有效的提高地基承载力，移位后尽量保持构造物条形基础的地质条件均一性，若天然基础不均一，则可采取换填措施，使地基条件均一，减小构造物各伸缩缝位置的工后沉降差异。改沟应尽量考虑原有沟渠的沟底纵坡满足规范要求，水流顺畅，避免洪水季节沟槽澭水，淹没农田。

若山涧平地较宽，左右移动均不能起到有效的排水效果时，可考虑原位修建，此时笔者建议无需按照规范的方法计算构造物的地基承载力，若地基条件满足高填方路基的稳定性，则构造物的修建首先保证结构物自身结构安全，通过地质勘察的土样进行土压力及结构物放置的地基及地基以下的土层及下卧各土层压缩模量计算构造物各段的最终沉降量，保证地质条件的均一性，则沉降差异一致，不会导致涵洞局部下沉积水，考虑整体涵洞的均匀沉降，在地基土受力后，土体的力学性能随着路堤填筑高度的增加，土体的承压能力在逐渐的提高，土体孔隙率在逐渐的减小，变形量也在逐步的增加，新填筑的路基和地基在填筑过程中稳定的情况下，达到新的平衡状态。

3结束语

对涵洞地基承载力的计算和影响涵洞沉降的因素以及拟解决的措施等，以上只是粗浅的设想。目前对涵顶土体重孤立的全部作用于涵基，大部分工程技术人员都认为这种计算方法不尽合理，但又没有见到人们研究出新的计算方法。土作为三相体是相当复杂的，由于土的颗粒组成、矿物成份、亲水矿物等相当复杂，因此要完全掌握土的特征还有相当大的难度。上述建议要建立在可行的基础上和有的建议能否达到目的。例如：涵顶填筑调整沉降压实度较小的土层（如80区等）。路基土体静压和涵基、涵洞反力能否将达不到设计要求压实度的土层压密至达到设计要求的压实度等，还应通过科研，设计和施工部门在工程建设中进一步研究检验验证。为合理设计涵洞地基承载力提供可靠依据，这也是涵洞地基承载力设计计算经济合理和使用安全的一个应引起重视的课题。