小型圓涵易損壞的原因及處理方法

王合偉

(北興農(nóng)場水務(wù)局，黑龍江 七臺河 154625)

圓形涵洞是農(nóng)田基本建設(shè)配套工程中一種常見的小型水工建筑物。圓形涵洞按結(jié)構(gòu)分為基礎(chǔ)、擋土墻、圓形涵管等部分構(gòu)成。其施工順序主要為基礎(chǔ)開挖、漿砌石基礎(chǔ)、安裝圓形涵管、漿砌石擋土墻、回填土夯實(shí)等。這種圓涵在排水量不大，在平行于等高線的排水溝上布設(shè)較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

隨著農(nóng)田基本建設(shè)配套工程標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，對配套建筑物的要求也同時提高，排水溝已不能完全按等高線的方向進(jìn)行布置，那圓涵的布設(shè)方向也就不能平行等高線，其布設(shè)的方向會與等高線有一定的夾角，夾角越大，圓涵兩端的縱向坡降就越大。在秋冬季節(jié)雨水稍大時，漿砌石基礎(chǔ)及擋土墻后的回填土的含水率會達(dá)到接進(jìn)飽和狀態(tài)，在經(jīng)過凍融循環(huán)交替后，擋土墻或基礎(chǔ)在薄弱地段凍脹較大而產(chǎn)生不同程度的裂縫，且此裂縫無法自然恢復(fù)。經(jīng)過幾年的凍融循環(huán)與夏季的運(yùn)行后，漿砌石基礎(chǔ)與擋土墻的石料則會出現(xiàn)單塊脫離整體或整體位移的情況，導(dǎo)致?lián)跬翂γ撾x涵管而倒塌，而基礎(chǔ)也會出現(xiàn)多處寬窄不一、深淺不同的裂縫。在水流量小時，水不從涵管中流淌，而直接從基礎(chǔ)的裂縫中流走;再經(jīng)過幾年凍融循環(huán)和夏季的運(yùn)行，則會出現(xiàn)涵管錯位，回填土流失，甚至在汛期過水量水稍大的情況下，被直接沖毀，致使車輛無法通行。

根據(jù)上述現(xiàn)象，我們在實(shí)踐中探索出一種新的優(yōu)化設(shè)計(jì)模式，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是:抗凍害強(qiáng)，整體性能優(yōu)越，使用壽命明顯提高。

1 結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

1.1 基礎(chǔ)優(yōu)化

圓形涵洞的基礎(chǔ)從剖面圖來看，基本為板凳形狀，根據(jù)多年來重建的水毀涵洞的損毀區(qū)域來看，損毀處多數(shù)為基礎(chǔ)，即涵管以下30～40 cm的漿砌石，因此，我們將此區(qū)域改為鋼混凝土結(jié)構(gòu)。

平面形狀與漿砌石基礎(chǔ)平面結(jié)構(gòu)相同。為了施工方便，可在滿足使用要求的情況下略小一些。在施工時由于混凝土量較小，在鋼筋綁扎完畢后，大多數(shù)能在一個工作日內(nèi)一次性澆筑完畢。經(jīng)過修改設(shè)計(jì)后修建的涵洞，在運(yùn)行中大大提高了基礎(chǔ)的抗凍脹性能，壽命也大大提高。

1.2 擋土墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

圓形涵洞的擋土墻大多數(shù)為漿砌石。因砂漿與圓涵管外壁的結(jié)合能力較低，加之田間運(yùn)輸車輛在行駛過涵洞時太靠近擋土墻，導(dǎo)致?lián)跬翂εc圓涵結(jié)合較差的地方先脫離擋土墻，久而久之，擋土墻倒塌。根據(jù)這種情況，我們采取將漿砌石重力式擋土墻改為矩形鋼筋混凝土擋土墻，并采用雙面配筋，大大增加了擋土墻的牢固性。

1.3 管縫

為消除高速水流對管縫處管壁周圍泥沙產(chǎn)生的負(fù)壓，導(dǎo)致回填土被水流涮走的現(xiàn)象。我們在混凝土底板上，兩管接縫處現(xiàn)澆一段素混凝土管箍，因?yàn)槭乾F(xiàn)澆混凝土，經(jīng)過振搗，使兩管連接處均被密實(shí)的混凝土填滿。養(yǎng)生期過后，整個圓涵無論是幾節(jié)涵管均能形成一個連續(xù)的圓管涵，從而消除了管縫處高速水流時對基礎(chǔ)的破壞。

1.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

擋土墻結(jié)構(gòu)可按朗肯理論來計(jì)算主動土壓力，公式為:

式中:pa為主動土壓力;γ為土容重;H為墻后填土高度;K為主動土壓力系數(shù)，當(dāng)Φ值選定后K值可由表1、表2查出。

表1 土壤內(nèi)摩擦角Φ值

Φ為土壤內(nèi)摩擦角，可按下表選用。

表2 Φ值與K值關(guān)系

配筋按矩形受彎構(gòu)件計(jì)算，擋土墻結(jié)構(gòu)采用雙面配筋，內(nèi)外層主筋采用同一規(guī)格，副筋直徑略小。

2 應(yīng)用實(shí)例

北興農(nóng)場的田間配套圓涵為水利工程建設(shè)的主要形式之一，農(nóng)場自2000年以來，開始全部采用此種設(shè)計(jì)的圓涵的數(shù)量已達(dá)百余座，洞長在6～10 m，洞徑在0.6～1.2 m，擋土墻長在4～7 m，最大墻高為1.8 m，墻厚在0.4～0.8 m，經(jīng)實(shí)踐證明，同規(guī)格的圓涵在投資上雖提高20% ～30%，但壽命卻增加1倍以上。經(jīng)觀測，這些圓涵投入使用年限最長的已達(dá)8 a，且運(yùn)行狀況均為良好。