高速公路路基沉降对涵洞结构影响规律及控制措施研究

摘要 本论文深入研究高速公路路基沉降对涵洞结构的影响规律，系统分析路基沉降过程中涵洞结构受力与变形特性。通过理论分析、数值模拟等方法，揭示不同工况下路基沉降与涵洞结构响应的内在联系，并针对性提出有效的控制措施，为保障高速公路涵洞结构安全与稳定提供理论依据与技术支撑，对提升高速公路工程质量具有重要意义。

关键词 高速公路；路基沉降；涵洞结构；影响规律；控制措施

一、引言

随着我国高速公路建设的快速发展，涵洞作为高速公路排水与通道的重要构造物，其结构安全性直接关系到高速公路的正常运营。在高速公路建设与运营过程中，路基沉降是一个普遍存在的问题 ，路基沉降会引发涵洞结构产生不均匀受力、开裂等病害，严重影响涵洞的使用功能与使用寿命。因此，深入研究高速公路路基沉降对涵洞结构的影响规律，并提出有效的控制措施，成为当前高速公路工程领域亟待解决的重要课题。

二、高速公路路基沉降对涵洞结构影响规律分析

（一）不均匀沉降对涵洞结构的影响

高速公路路基不均匀沉降会导致涵洞结构产生复杂的应力分布。当路基出现不均匀沉降时，涵洞不同部位所受的土压力发生变化，使得涵洞结构产生弯曲、剪切等变形。例如，当涵洞一侧路基沉降较大时，该侧涵洞受到的土压力增大，而另一侧相对减小，涵洞结构会产生横向弯曲变形 。这种不均匀的受力状态，易使涵洞结构在薄弱部位出现裂缝，尤其是在涵洞的接缝处、涵身与基础连接部位等，严重时甚至会导致涵洞结构破坏，影响其正常使用功能。

从力学原理角度分析，涵洞结构在不均匀沉降作用下，其内力分布与正常工况下存在显著差异。通过建立力学模型，对涵洞结构进行受力分析可知，不均匀沉降产生的附加应力会使涵洞结构的弯矩、剪力增大。以常见的箱型涵洞为例，不均匀沉降可能导致涵洞顶板和底板承受较大的弯矩，侧墙承受较大的剪力和弯矩，这些附加内力超出涵洞结构设计承载能力时，就会引发结构破坏。

（二）沉降速率对涵洞结构的影响

路基沉降速率也是影响涵洞结构安全的重要因素。当路基沉降速率较快时，涵洞结构来不及适应土体的变形，会在短时间内承受较大的附加应力。快速沉降产生的瞬时冲击力，会使涵洞结构产生较大的变形和振动，对涵洞结构的耐久性造成损害 。例如，在新填路基路段，如果路基填筑速度过快，没有充分压实，后期路基沉降速率较大，涵洞结构会受到较大的冲击作用，容易出现裂缝、错位等病害。

研究表明，沉降速率与涵洞结构的变形量和损伤程度呈正相关关系。当沉降速率控制在一定范围内时，涵洞结构能够通过自身的弹性变形适应土体的沉降，结构损伤较小；但当沉降速率超过临界值时，涵洞结构的变形将迅速增大，结构损伤加剧，甚至可能发生突发性破坏。因此，合理控制路基沉降速率，对保障涵洞结构安全至关重要。

（三）不同地质条件下路基沉降对涵洞结构的影响

不同地质条件下，路基沉降特性存在显著差异，进而对涵洞结构产生不同的影响。在软土地基地区，由于软土具有含水量高、压缩性大、强度低等特点，路基沉降量大且沉降持续时间长。这种长时间、大沉降量的作用，会使涵洞结构长期处于受力变化状态，导致涵洞结构产生累积性损伤，如涵身倾斜、接缝渗漏等。

而在膨胀土地区，土体的胀缩特性使得路基沉降具有反复性。当土体吸水膨胀时，路基会产生隆起，对涵洞结构产生向上的顶托力；当土体失水收缩时，路基沉降，涵洞结构又会受到土体的下拉作用。这种反复的胀缩变形，会使涵洞结构承受交变应力，加速结构的疲劳破坏，降低涵洞结构的使用寿命。

三、高速公路路基沉降对涵洞结构影响的控制措施

（一）路基处理技术优化

为有效控制路基沉降，应根据不同地质条件选择合适的路基处理技术。在软土地基地区，可采用复合地基处理方法，如水泥搅拌桩、高压旋喷桩等。这些方法通过在软土地基中形成增强体，提高地基的承载力和稳定性，减少路基沉降量。同时，采用堆载预压法，在路基施工前对地基进行预压处理，使地基土体在预压荷载作用下提前完成大部分沉降，从而减小后期运营阶段的路基沉降。

在膨胀土地区，可采用换填法，将膨胀土换填为非膨胀性土或改良土，改善地基土的工程性质，消除土体的胀缩性对路基沉降的影响。此外，还可以采用土工合成材料加筋技术，在路基中铺设土工格栅等加筋材料，增强路基土体的整体性和稳定性，提高路基的抗变形能力。​（二）涵洞结构设计优化

在涵洞结构设计阶段，应充分考虑路基沉降的影响，优化涵洞结构形式和尺寸。对于可能产生较大不均匀沉降的路段，可采用具有较好适应变形能力的涵洞结构形式，如拱形涵洞、圆形涵洞等。这些结构形式在受力性能上具有较好的优势，能够更好地适应路基的不均匀沉降。同时，合理增加涵洞结构的配筋率，提高涵洞结构的抗裂性能和承载能力。在涵洞的接缝处，采用柔性连接方式，如设置橡胶止水带、变形缝等，允许涵洞结构在一定范围内产生变形，减少因不均匀沉降导致的接缝开裂和渗漏问题。此外，还可以在涵洞基础与路基之间设置缓冲层，如铺设砂砾垫层、土工织物垫层等，缓冲路基沉降对涵洞结构的影响。

（三）施工过程控制

严格控制路基施工质量是减少路基沉降的关键环节。在路基填筑过程中，应控制填料的质量和压实度。选择符合设计要求的填料，严格按照分层填筑、分层压实的原则进行施工，确保路基压实度达到设计标准。同时，合理控制路基填筑速度，避免因填筑速度过快导致路基沉降过大。对于新填路基，应预留足够的沉降期，待路基沉降稳定后再进行涵洞施工。在涵洞施工过程中，要保证涵洞结构的施工质量。加强对涵洞基础施工的控制，确保基础的平整度和承载力满足设计要求。严格控制涵洞混凝土的配合比和浇筑质量，防止混凝土出现裂缝等缺陷。同时，做好涵洞与路基的衔接处理，保证两者之间的连接紧密，减少因衔接不当导致的路基沉降对涵洞结构的影响。

四、结论

本论文系统研究了高速公路路基沉降对涵洞结构的影响规律，并提出了相应的控制措施。研究表明，路基不均匀沉降、沉降速率以及不同地质条件等因素均会对涵洞结构产生显著影响，导致涵洞结构出现裂缝、变形等病害。通过优化路基处理技术、涵洞结构设计，加强施工过程控制以及建立完善的运营期监测与维护体系等措施，能够有效减少路基沉降对涵洞结构的不利影响，保障涵洞结构的安全与稳定。

然而，由于高速公路工程的复杂性，路基沉降与涵洞结构相互作用的研究仍存在一些有待进一步深入的问题。未来，可结合更多先进的监测技术和数值模拟方法，对路基沉降与涵洞结构的相互作用进行更深入的研究，为高速公路工程建设提供更科学、更有效的技术支持。​

参考文献

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