涵洞软土地基处理方法

王兴洲，秦鹏一，贝家震，张杰，王永琪

（核工业井巷建设集团有限公司，浙江 湖州313000）

0 引言

涵洞在公路工程中占较大比例，是公路工程的重要组成部分[1]。然而，由于涵洞规模较小，往往在施工中得不到足够的重视，工程质量难以得到保证，影响公路使用寿命。并且，相比其他涵洞，盖板涵和圆管涵这两类涵洞病害发生率较高[2]。而地基承载力不足、地基处理不当、地基沉降和不均匀沉降等均是产生涵洞病害的重要原因[3]。本文针对圆管涵和钢筋混凝土盖板涵，结合实例探讨在软土地基施工条件下，针对地基进行的加固处理办法，可为后期的公路建设提供一定的借鉴。

1 工程概况

某工程主要分布在福建省霞浦县，公路等级为三级，设计速度为40km/h，路基宽度8.5m，双向两车道，路面设计标准走轴载为BZZ-100，路面结构为级配碎石层、水泥稳定碎石层、改性乳化沥青单层表面封层、水泥混凝土路面。该区域平均气温在16℃～19℃之间，春季雨水相对丰富，夏季台风较多，冰冻天气较少，受海洋气候的影响比较明显，呈现典型的季风气候特点。本文主要探讨涵洞软土地基的处理方法，主要研究对象为圆管涵（K1）和钢筋混凝土盖板涵（K2），该两处涵洞分别地处居民区排水沟和天然排水沟的位置，开挖过后，地基承载力明显达不到设计要求，均为软土地基。

2 涵洞软土地基的隐患分析

软土地基，主要包括软黏土、有机质土、腐殖土等，地基不能满足设计和使用要求，需经过处理后才能够正常使用。在软土地基上修建涵洞等建筑物将存在一定的隐患，发展到一定程度后，甚至会失去相关的使用功能。因此，有必要对软土地基进行处理，并对有隐患的地基段落进行预测，并采取相关的防护应对措施。

软土地基对涵洞的施工以及后期的安全使用均存在较大的安全隐患，如涵洞洞身开裂、涵洞淤塞积水、节段错台等。当地基（尤其是在涵洞的洞口位置）存在不均匀沉降时，涵洞的翼墙以及侧墙容易发生剪切破坏，其裂缝与水平方向存在一定的交角，影响涵洞安全使用。同时，如果涵洞地基处理不当，在后期的使用过程中，涵洞会出现淤塞、流水不畅的现象，影响涵洞使用功能。

“驼峰”土压力会引起地基变位[4]。在软土地基上，该项隐患极为明显，路堤填土越低，其隐患越明显。

若软土地基处理不当，涵洞的纵向不均匀沉降将会更加明显。根据相关数据，并通过有限单元法进行计算，发现涵洞洞口至涵洞中心的压应力不断增加，因此，沉降量也逐渐增加[5]。

3 涵洞软土地基处理方法

3.1 新建涵洞设计

新建的涵洞主要为圆管涵和矩形盖板涵，结构形式均为钢筋混凝土结构，盖板、涵身均为C30钢筋混凝土，帽石采用C30混凝土，涵身基础采用C20混凝土，基础铺砌采用M7.5的浆砌片石。圆管涵和盖板涵地基设计承载力分别不小于130kPa、250kPa。

3.2 涵洞软土地基处理方案

对涵洞基坑开挖至设计标高之后，采用动力触探的方法对地基承载力进行现场测试。经过测试，圆管涵地基承载力约为30kPa，盖板涵地基承载力约为20kPa，不满足设计要求，需要对软土地基进行处理。

在基础开挖之后，针对不同的基坑条件分别采取不同的方法，如换填法和预压法。

在基坑有水的情况下，采取换填法。当换填厚度小于2m时，挖除2m的软土，换填碎石土，并进行夯实，并在上部铺0.5m厚的片石混凝土，通过混凝土的养护期之后，对涵洞结构进行修筑。

在基坑无水的情况下，采取换填法或预压法。在选择方案的同时，应充分考虑施工工期、施工条件等因素，针对不同的条件，综合考虑施工方案。采用换填法，对工期的影响较小，但是成本相对较高。采用预压法，需要预压时间，同时需要铺设临时排水管道，对工期有所影响，但是施工成本低。因此在施工工程中，需要考虑各项因素，确定最优施工方案。

4 工程实例

4.1 软土地基的处理

对福建设霞浦县某项目涵洞施工，施工过程中，两处涵洞均存在软土地基，分别位于K0+020（圆管涵孔径1～0.75m）和K0+558（盖板涵1-3×2m）处。在确定好两处涵洞的周边施工条件之后，对涵洞的基坑进行开挖，K0+020圆管涵周边、临时排水管周边生活废水较多，因此在开挖前，需测量定位出涵洞的进出口位置。在进出水口位置处，首先挖至设计标高，之后分别挖出2m×2m×2m的集水坑，并配备污水泵进行抽水，同时，对基坑进行开挖，但基坑底部仍存在部分湿渍。对地基进行动力触探试验，测出地基承载力约为30kPa，与设计承载力相差较大，因此，需要对该处地基进行有效处理。

通过测试，软土地基的厚度为1.8m，采用换填法处理该段软土地基，在挖除软质土之后，使用碎石土进行换填，换填至距离基坑底部0.5m的位置。在回填的过程中，分层压实，松铺厚度控制在0.3m之内，在回填至要求位置时，现场再次测试基坑的地基承载力，待合格之后，在顶部铺0.5m厚的片石混凝土封层加固。通过换填碎石土，并压实之后，测出地基承载力为145kPa，达到设计承载力的要求。

通过相同的调查方法，对现场开挖部分段落的基坑进行现场测试，发现地基承载力为200kPa，不满足设计要求。考虑到该阶段施工工期相对较长，且该项不在施工工期的关键节点上，因此为降低施工成本，采用预压法对该处地基进行处理。

在施工的过程中，先填筑路堤，利用路堤的荷载在施工过程中对路堤进行分层碾压，促使涵洞处软土地基固结沉降，从而达到提高该处基坑地基承载力的目的。在该段路堤填筑完成之后，对涵洞基坑进行开挖，并对地基的承载力进行现场测试，测试结果为290kPa，满足设计承载力的要求。

4.2 沉降观测

在处理完软土地基之后，对圆管涵和盖板涵进行施工，同时在圆管涵管壁和盖板涵侧墙处分别布置沉降观测点，圆管涵布设6处，盖板涵侧墙分别布设3处，根据二等水准测量要求进行观测，施工后一周内每天观测一次，之后每周观测一次，并记录沉降数据，观测数据统计见表1。

表1 观测时间及沉降值统计

从表1可以看出，随着时间延长，圆管涵和盖板涵的沉降不断减小，逐渐趋于稳定。由此可以得出，通过以上方法对软土地基进行处理是可行的。

5 结论

在公路建设中，不可避免地会遇到软土地基问题。软土地基具有含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透性小、抗剪强度低、固结系数小等特点，导致地基承载力往往不能满足工程设计的要求。因此，需要对地基进行人工加固处理。涵洞作为公路工程的重要组成部分，在施工时应得到足够的重视。当涵洞存在软土地基的情况下，结合施工现场的具体施工条件，通过换填法和预压法可以解决涵洞软土地基设计承载力不足的问题，有效保证构筑物的安全施工和使用。