挡墙型涵洞进出口涵身开裂原因分析及对策(已改)

挡墙型涵洞进出口涵身开裂

原因分析及对策

一、引言

挡墙型涵洞系指涵洞与路基两侧挡墙配合设置且涵洞盖板顶上具有一定高度墙高可以引起涵洞进出口应力集中的合成建筑物，它是一字墙洞口形式的变形，其形式如图一、图二。

挡墙型涵洞是南公路用

于保证沿线农民有效下穿

越过公路和公路跨过沟渠、

和乡间道路，进一步节约土

地资源、减少投资的合成建

筑物；是公路工程经常可以

见到的普及结构工程。由于

挡墙与涵洞一起复合成一

个整体受力结构，且涵洞在

设计的受力分析中一般不

考虑盖板顶挡墙受力对涵洞附加应力的作用，其原因是当洞身的覆土高度和车辆（车道）荷载产生的应力可能大于洞头的竖向应力，具体对每一道挡墙型涵洞进行洞口检算和独立设计显得多余。但是这种结构因涵顶挡墙承受水平力，涵洞孔径掏空，使涵身受力集中和承受拉应力，导致涵洞进出口端涵身出现45°裂缝；正面一字端墙沉降开裂，

有的还出现外倾，危及涵洞与挡墙的正常使用，处理较为困难。

二、挡墙型涵洞的定义与开裂原因分析

当涵洞顶挡墙墙高在一定值范围内，依据地基容许承载力；容许石砌工程弯拉应力、剪应力计算端头洞身、一字墙应力集中不产生开裂为标准对挡墙型涵洞进行定义。

（一）、挡墙型涵洞端头受力分析

如图二是沿涵洞轴线的剖面图，设挡墙顶宽为B，盖板顶挡墙高H，钢筋砼盖板厚D；以1.0m 的模数预制安装，正交涵洞。涵顶填方对挡墙产生

PT

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的土压力P T ，盖板顶挡墙重量P Q ，将每侧涵身简化为弹性地基梁进行分析荷载分布、剪力图、弯矩图，如图三。

图三a 是将涵身简化为弹性地基梁的荷载分布图，由于涵身通过预制盖板传力，形成了板缝节点处荷载发生间断，成为微观地基梁弯矩与应力的交变点。据此可画出涵洞宏观端头第一段沉降缝长度范围内的剪力图和弯矩影响图如图三b 、c 。

如果令Ζ=q PQ + q PT - q,取地基梁宽度高为1，挡墙在涵洞盖板上的起脚宽X ，则最大剪应力与最大弯矩值如图三b 、c 所示的标注。

正常情况下，石砌工程砂浆等级为M7.5，根据

JTG/TD65-04-2007《公路涵洞设计细则》规定的M7.5浆砌片块石砂浆砌体轴心抗拉f td 、弯曲抗拉f tmd 、直接抗剪f vd 取值规定，按片块所占砌体面积比例可以计算得出综合的td F '、tmd F '、vd F '值，令涵洞洞

身一侧的面积为S ，载面积量为W ，当〔1/2（q PQ + q PT +q ）X- q δX 〕÷S ≤twd F '，洞身不会出现裂缝，反之将出现裂纹，当

()twd TX Tx f W x q q ZX Y P S P ≤÷??

?????-++?+÷222131δ，洞身上缘不会出现裂纹，反之亦然；而正常的挡墙型涵洞不会只出现一个方向的应力，最少为弯拉与剪切同时存在，这就很容易在涵洞端头涵身出现45°斜裂纹和端墙的外倾。

如果把涵洞进出口第一段（以沉降缝分隔）作为地基梁看待，挡墙位置出现应力集中时，地基应力将重新分布，地基梁内部应力也将随之改变，特别当局部应力大于容许承载力时，应力重新分布将使涵

身裂纹发展加速，待趋于稳定时，结构工程才能安全，一但外部条件和气候发生变化，平衡将被打破，裂纹亦将随之变化，重新建立新的平衡直至稳定。

（二）挡墙型涵洞定义

如果将涵洞顶挡墙的重量与主动土压力产生的最大应力与涵洞洞身设计应力进行比较，即

δs /δpmax＞1.0……①式中δs 为车道范围涵洞顶板覆土与车辆或车道荷载在盖板上产生的分布应力值，

为涵洞顶板在P Q与P T

pm ax

作用下产生的最大应力]称为挡墙型涵洞。挡墙型涵洞需要作特殊处理和设计，非挡墙型涵洞可按正常设计施工。此时涵洞进出口端的地基承载力须与涵身一致，否则应进行强基处理。

（三）挡墙型涵洞端墙与挡墙连接的分隔

按照规范规定，盖板与洞身铰接，盖板设计时按两端简支板计算；涵身作为上下端简支的竖梁进行计算，并验算墙身圬工在竖直荷载与水平压力作用下的承载能力。对于挡墙型涵洞的端头挡墙处，显然盖板是两端固接，涵身与端墙接

触部分无水平力，由竖向荷载

控制设计。如果将涵洞断面范

围视为一个整体，如图四，与

挡墙相比，荷载减少了涵洞径

孔部分的圬工重量，但承载力

面积也减少了净跨长度l0

-2b(b 为涵台基础襟边尺寸)。

令涵洞的净高于净跨均为l 0 ，取涵长1.0m 计算比较如下： P L0 =2.4·l 0……②式中P L0 为涵洞净高净跨均为l 0且长1.0m 的圬工体积重量，则承载力面积减少l 0-2b ，设地基承载力面积为n ，当???

? ??≤p n p 时，地基将发生应力集中。 如果将涵台按I-I 剖面进行分隔计算，图四中A 点在P/2力的作用下将发生最大应力，并将绕A 点旋转，使A 点将同时出现竖向位移与角度位移，此时在涵洞洞身与挡墙断面的结合断面Ⅱ-Ⅱ（最小断面积）发生剪切与弯曲拉应力的最大值，同时也是弹性地基梁地基应力为零的点位，在Ⅱ-Ⅱ断面即挡墙上缘发生剪拉裂缝，并在地基应力集中导致地基沉降的同时，共同使断墙开裂。

在设计和施工过程中，将Ⅱ-Ⅱ剖面处作为设置结构工程的结构缝亦为沉寂缝，可有效解决挡墙型涵洞端墙与挡墙连接处开裂的问题。

三、解决挡墙型涵洞问题的方法

1、高速公路、一级公路、专用公路应当实行三阶段设计，认真总结和回访已建公路涵洞结构工程病害发生的原因，做好结构工程的技术设计工作，以设计为源头，抓好项目质量的设计，确保施工实现设计质量的要求。

2、认真区分普通涵洞与挡墙型涵洞的不同之处，力学特征，受力状态，实施普通涵洞按普通方法设计，挡墙型涵洞按挡墙型涵洞的

W M S P +∑

实际受力进行设计与处理。

3、挡墙型涵洞端头钢筋砼盖板须按实际受力状况进行盖板几何尺寸与配筋设计，并对石台支承盖板砌块与砂浆强度验算，必要时增设钢筋砼台帽。

4、在图二所示Ⅰ-Ⅰ剖面设置沉降缝，从端头至Ⅰ-Ⅰ剖面钢筋砼盖板实行整体预制或现浇，并严格遵守单双向板计算规定。

5、在图二所示Ⅰ-Ⅰ至端头的涵身基础连通，根据跨径l0 与基础分台、刚性角大小情况，通过计算确定采用钢筋砼整体基础的厚度与配筋，确保涵洞基础在涵跨范围内整体受力。

6、在图四Ⅱ-Ⅱ剖面位置即涵身基础宽度对应的涵洞端墙处增设挡墙结构沉降缝，保证挡墙型涵洞的设计符合挡墙布置与构造要求，实现结构工程的安全和稳定。

7、根据Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ剖面的分隔，将挡墙型涵洞同时视为挡墙和涵洞进行设计的验算，必要时可将此部分涵洞墙身以砼材料替代片块石支砌。

8、认真对挡墙型涵洞的地基进行处理，依据《高速公路施工监理实施细则》载明的“现场快速解决地基承载力不足的方法构筑物基础处理报检程序”进行设计、施工、质量监理和检查，确保地基强度。

9、对目前出现裂缝的挡墙型涵洞，应当对地基进行压力注浆，提高地基应力，同时对路基填方一定范围内的填方体实施渗透性注浆，提高土体内摩擦角，达到减小主动土压力，改善挡墙型涵洞受力状况，同时对彻体用环氧树脂压浆修补。

四、结语

挡墙型涵洞是经常出现的公路结构工程，它与普通涵洞相比有着一定的特殊性，设计人员应当认真研究和掌握其特点，进行必要的详细计算并做好归类设计工作，施工、监理、项目法人管理人员应充分熟知挡墙型涵洞的质量影响因素，现在采取措施，有效处理。养护管理技术人员建立健全观察资料，发现异常及时处治，使公路各从业人员从源头、过程、管理中全方位解决挡墙型涵洞存在的问题，不留隐患，建长寿命的公路结构工程。