拱涵开裂原因分析及处理(修改版)

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1、山区高速拱涵开裂原因分析及处理张明武摘要：文章根据某山区高速公路一处拱涵开裂的基本情况，进行了模拟计算，并分析了开裂的原因，给出了维修加固措施。关键词：拱涵开裂；模拟计算；原因分析；维修加固措施随着我国高速公路由平原、微丘地区向西部及山区发展，许多适用于山区地形的设计理念也相应形成。山区高速公路由于地形的复杂性，高填深挖路基不可避免，在高路堤上常需设置高填土涵洞。拱形涵洞适用于有壅水条件的河沟和较高的路堤(填土路堤最高可达20m)，多采用石砌或混凝土材料构筑，可节约钢材并利于就地取材。拱涵有较大的泄洪能力和较大的立交净空，因此，在山

2、区高速公路工程的涵洞设计中时有采用。但在工程实践中，拱涵常发生开裂现象，本文结合某山区高速公路一处拱涵开裂情况的模拟计算，分析其发生原因，给出维修加固措施。1、现场基本情况山区某高速公路ZK215+883.587YK215+871.5-5×4.0m砼拱涵，涵洞长135.119m,本涵洞与路线成45°夹角，斜涵正做，进口八字墙左侧面与路线方向成25°夹角，出口八字墙右侧面与路线方向成65°夹角，拱涵拱顶距路面顶约13m。采用现浇砼施工。本涵洞于2009年3月份开始施工，2009年9月份施工完成。拱涵完成后历经多次检查经未发现裂缝。2

3、010年9月2日发现拱涵进出口八字墙均发现裂缝，后发现进出口斜涵锐角1/4拱腰处存在35m长裂缝，呈规则型裂缝，缝宽约2-3mm。进出口处裂缝均处在偏压侧拱腰部位。2、拱涵计算根据目前情况，设计单位对拱涵进行了设计验算。对计算按两种情况分别进行了模拟验算，即不偏压状态及偏压状态。A、不偏压状态1）、设计资料：（1）主要受力构件-拱涵顶板为预制构件，C30混凝土，半圆环型截面。（2）板拱上方填料为13.0米深，填料密度为18kN/m3。（3）（3）汽车荷载以等代土层厚度的方法计入，等代土层厚度2m。2）、建立拱结构、拱上填土共同作用的

4、结构模型如下图；3）、荷载工况（1）自重：按照结构实际自重考虑。（2）温度荷载：最高气温：25℃，最低气温：0℃，施工温度：10~20℃；即升温15℃，降温20℃。（3）拱脚位移：左端拱脚固定，右端拱脚向上、向右强制位移1.0cm。4）、荷载组合按照最不利标准值组合进行，1.0自重+1.0（温度荷载+）+1.0（位移x+）+1.0（位移z-）。5）、计算结果位移等值线由于强制位移拱脚产生1.41cm的位移。最大主应力等值线由于计算假设拱脚完全固结，并由强制位移，所以在左端拱脚位置产生最大、最小最大主应力，28.6MPa，和10.1M

5、Pa，实际受力中，不可能出现。拱顶处最大主应力为9.9MPa，在结构材料允许限值之内。最小主应力等值线拱顶处最小主应力为0.99MPa，在结构材料允许限值之内。有效应力（Von-Misesstress）拱顶处最大应力为17MPa，最小应力0.9MPa，在结构材料允许限值之内。6）、结论按照理论对预制板拱进行计算，各项应力值均处于C30混凝土限值之内，认为原设计满足设计要求。B、偏压状态1)、根据提供资料：（1）主要受力构件-拱涵顶板为预制构件，C30混凝土，半圆环型截面。（2）板拱上方填料为16.0米深，填料密度为18kN/m3。按

6、照1:1的坡度进行加载。2)、建立拱结构、拱上填土共同作用的结构模型如下图；3)、荷载工况（1）自重：按照结构实际自重考虑。（2）温度荷载：最高气温：25℃，最低气温：0℃，施工温度：10~20℃；即升温15℃，降温20℃。（3）拱脚位移：左端拱脚固定，右端拱脚向上、向右强制位移0.5cm。4)、荷载组合按照最不利标准值组合进行，1.0自重+1.0（温度荷载+）+1.0（位移x+）+1.0（位移z-）。5)、计算结果位移等值线由于强制位移拱脚产生了0.71cm的位移。最大主应力等值线由于计算假设拱脚完全固结，并由强制位移，所以在左端

7、拱脚位置产生最大、最小最大主应力，12.7MPa，和7.2MPa，实际受力中，不可能出现。拱顶处最大主应力为7.9MPa，在结构材料允许限值之内。四分之一拱处的最大主应力为10MPa，在结构材料允许限值之内。最小主应力等值线拱顶处最小主应力为0.4MPa，在结构材料允许限值之内。四分之一拱圈处最小主应力为-3.0MPa（拉应力），超出结构材料允许限值（C30混凝土抗拉标准值2.01MPa）。有效应力（Von-Misesstress）拱顶处最大应力为17MPa，最小应力0.4MPa，在结构材料允许限值之内。6）、结论本次计算将约束变形

8、调整为0.5cm，并采用上部覆土荷载按照实际情况进行简化模型。四分之一拱圈处最小主应力为-3.0MPa（拉应力），超出结构材料允许限值（C30混凝土抗拉标准值2.01MPa）。但是由于计算假设拱脚完全固结，并由强制位移，所以该结果尚应