高速公路改擴(kuò)建涵洞加寬設(shè)計(jì)

常佳佳，吳 昊

河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院勘察設(shè)計(jì)所（450000）

高速公路改擴(kuò)建涵洞加寬設(shè)計(jì)

常佳佳，吳 昊

河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院勘察設(shè)計(jì)所（450000）

通過高速公路加寬設(shè)計(jì)中涵洞的驗(yàn)算、加固、各部分設(shè)計(jì)計(jì)算主要內(nèi)容的闡述，以此來介紹高速公路加寬設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

加固處理；加寬改造；涵洞設(shè)計(jì)

高速公路建設(shè)是國家基礎(chǔ)設(shè)施的一項(xiàng)重要任務(wù),對社會(huì)經(jīng)濟(jì)起著至關(guān)重要的作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，一些在20世紀(jì)60～80年代早期建設(shè)的四車道高速公路項(xiàng)目由于社會(huì)交通運(yùn)輸量的激增，長期滿負(fù)荷運(yùn)營，已經(jīng)不能滿足需求，面臨進(jìn)一步大修、改造的要求。改擴(kuò)建工程不僅能減少占地，降低對環(huán)境的影響，又能充分利用大部分原有路基和構(gòu)造物，比新建工程大大降低項(xiàng)目造價(jià)，因此經(jīng)過預(yù)測和技術(shù)評(píng)價(jià)，改擴(kuò)建被優(yōu)先考慮，例如沈大高速、哈大高速的局部或全部加寬改造等。

在加寬項(xiàng)目中，所有橋涵都需要拓寬，各種類型的涵洞占有數(shù)量比較大，其中結(jié)構(gòu)計(jì)算、繪圖，工程量計(jì)算統(tǒng)計(jì)等需要的工作量都很大，所以加寬工程需要考慮的因素很多。

涵洞從使用功能上分為過水涵洞和通行通道,從填土可以分為明涵和暗涵。根據(jù)基礎(chǔ)形式還可分為整體式和分離式，此外，還可以采用樁基礎(chǔ)。洞口形式可以分為八字墻、一字墻、跌水井、急流坡及不同的組合。而舊有涵洞往往存在對承載力產(chǎn)生不利影響的破損，例如裂紋、蜂窩、麻面、漏筋等，如不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，將會(huì)留有安全隱患。因此涵洞改擴(kuò)建設(shè)計(jì)主要包括原涵洞驗(yàn)算和加固、新舊連接部位處理、涵洞設(shè)計(jì)三部分。

1 涵洞驗(yàn)算

對于原涵結(jié)構(gòu)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求的,只需要用拆除原涵兩側(cè)的洞口和鋪砌以及路基、路面施工的部分，按照計(jì)算的加寬涵長的尺寸接長并新建洞口。由于涵洞加長，路面加鋪或者明涵變成了暗涵,所以原涵洞蓋板不滿足要求的應(yīng)拆除重建，對原有涵洞的臺(tái)身結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)等進(jìn)行加固處理。

2 加固處理

2.1 裂縫處理

由于裂縫會(huì)產(chǎn)生開裂部分退出工作,影響鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，另一方面開裂會(huì)使混凝土內(nèi)部鋼筋暴露，影響混凝土的碳化和鋼筋的腐蝕。

對于有露筋、狗洞的破損部位，以及破壞嚴(yán)重、裂縫較多的臺(tái)身進(jìn)行注膠處理:裂縫小的用環(huán)氧樹脂膠處理（主劑由環(huán)氧樹脂、稀釋劑糠醛或者丙酮、促凝劑苯酚、固化劑乙二胺四部分組成），裂縫大的用環(huán)氧樹脂膠和砂子配合處理配合比按照環(huán)氧膠液:水泥:砂=100:160:320配比。

2.2 加強(qiáng)設(shè)計(jì)

對于明涵來說，當(dāng)發(fā)現(xiàn)行車道板有破壞時(shí)，將涵頂鋪裝全部鑿除，不能使用的行車道板進(jìn)行更換，將錯(cuò)位、錯(cuò)臺(tái)的行車道板吊裝復(fù)位，端縫處填塞油氈，板底與臺(tái)帽間墊1 cm厚油氈。將鉸縫內(nèi)的細(xì)石混凝土清理干凈，然后在鉸縫兩側(cè)的行車道板頂植筋，植入深度為12 cm，縱向間距10 cm。將植筋均向企口縫處扳倒,與相臨行車道板的植筋相互焊接，然后向鉸縫內(nèi)噴注高強(qiáng)復(fù)合砂漿。在行車道板相鄰板塊底部邊角處，采用環(huán)氧樹脂粘貼錨固鋼板。

而對于管涵涵身及暗涵、暗通道蓋板、拱涵拱圈采用粘鋼加固，粘鋼采用Q235鋼板，厚度6 mm。粘鋼前將混凝土表面的破碎部分清除。然后進(jìn)行鑿毛，使骨料外露，清除浮塵。對破損部分用環(huán)氧砂漿補(bǔ)平。鋼板表面的油污和鐵銹必須清除干凈。鋼板表面應(yīng)做密封防腐蝕處理。

2.3 通道積水

由于通道很多是下挖的，通道底的標(biāo)高比通道外側(cè)的路面標(biāo)高底，難免出現(xiàn)積水現(xiàn)象，影響通道的通行能力。對于積水較少的通道,可以通過在洞口處設(shè)置排水溝將水引向邊溝，而積水較多的通道可以在洞口處設(shè)置截水溝和集水池，將水引向集水池，當(dāng)通道積水無法排入邊溝及蒸發(fā)池中時(shí)，采用雨篷。

3 新舊涵洞連接

一般加寬為雙側(cè)加寬,在匝道和分離式路基情況下,會(huì)出現(xiàn)單側(cè)加寬的情況。根據(jù)涵洞頂填土的高低可以采用連接和分離兩種形式處理。當(dāng)填土較小時(shí)，將原涵臺(tái)帽鑿出約1 m,與新建的臺(tái)帽連成整體，把原涵全高砌體拆成30 cm左右的鋸齒形企口，新加長涵臺(tái)墻身也砌成鋸齒形企口，臺(tái)前砌塊石鑲面，臺(tái)后立模板中間現(xiàn)澆40 cm C25素混凝土。對于填土較高時(shí)，在新舊涵之間設(shè)置沉降縫，當(dāng)一側(cè)接長3～5 m以上時(shí)，可以在每4 m設(shè)置一道沉降縫，以避免溫度變化、混凝土收縮和徐變產(chǎn)生的地基不均勻沉降。

4 涵洞設(shè)計(jì)

4.1 計(jì)算部分

根據(jù)外業(yè)測量資料和新路線資料計(jì)算涵洞相關(guān)的填土高度、標(biāo)高，左右涵長，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，地基承載力，各部分工程數(shù)量等。

由外業(yè)調(diào)查的原有涵洞結(jié)構(gòu)類型、交角、中心樁號(hào)、涵底標(biāo)高、進(jìn)出口型式等等，對不滿足要求的及破壞嚴(yán)重的涵洞應(yīng)該按新建涵洞設(shè)計(jì)。這里不再討論。可以利用的涵洞，根據(jù)加寬路基斷面信息（行車道、路肩、車道數(shù)及荷載信息等），確定涵洞填土高度和相應(yīng)的涵臺(tái)尺寸，確定設(shè)計(jì)方案。

對于全部利用的涵洞,按照要求拆除原有涵洞兩端的洞口和鋪砌以及有礙路基和路面施工的部分。對于部分利用的涵洞,由于路面加鋪引起填料厚度的變化或者涵洞填土的變化（明涵變暗涵），原涵蓋板不能滿足要求時(shí)應(yīng)拆除新建，對原涵臺(tái)和基礎(chǔ)進(jìn)行加固，加寬部分按照新建的結(jié)構(gòu)尺寸，洞口形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1.1 蓋板的設(shè)計(jì)

原有涵洞蓋板是按照1988年《橋涵規(guī)范》設(shè)計(jì)的，原涵設(shè)計(jì)的截面和配筋需通過05年的 《鋼筋混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行驗(yàn)算，看是否滿足新規(guī)范要求。蓋板計(jì)算包括持久狀況承載能力極限狀態(tài)和持久狀況正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算。前者需要驗(yàn)算正截面抗彎、配筋率、斜截面抗剪。而持久狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)需要驗(yàn)算裂縫、撓度和穩(wěn)定性。通過上述計(jì)算可知,承載力極限狀態(tài)計(jì)算一般是以斜截面抗剪強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)的。當(dāng)蓋板設(shè)計(jì)為雙筋截面時(shí)，可提高延性和抗震性能，減少撓度。而正常使用極限狀態(tài)也很重要，即使承載能力通過了，也有正常使用通不過驗(yàn)算的情況。所以兩者要結(jié)合計(jì)算。

4.1.2 臺(tái)身驗(yàn)算

臺(tái)身的計(jì)算包括偏心受壓承載力、正截面受彎承載力驗(yàn)算和直接受剪計(jì)算。驗(yàn)算偏心受壓承載力，控制設(shè)計(jì)主要是偏心距e的大小，當(dāng)偏心距大于0.6 s的限值時(shí)，截面的偏心受壓會(huì)迅速下降，所以要合理設(shè)計(jì)臺(tái)身的寬度和蓋板的搭接長度。而偏心受壓通過后，一般臺(tái)身的抗彎和抗剪都可以通過。

4.1.3 基礎(chǔ)的驗(yàn)算

涵洞的基礎(chǔ)分為整體式基礎(chǔ)和分離式基礎(chǔ)?；A(chǔ)按照一般構(gòu)件的偏心受壓計(jì)算進(jìn)行。

對于分離式基礎(chǔ)注意剛性角的擴(kuò)算要求,而對于整體式基礎(chǔ)，因?yàn)榈鼗戳κ前凑站鶆蚍植伎紤]的，因此可將基礎(chǔ)按照兩端懸臂的受彎構(gòu)件計(jì)算其內(nèi)力和驗(yàn)算。

4.2 繪圖和工程量計(jì)算

繪圖部分包括蓋板涵（圓管涵、箱涵）一般構(gòu)造圖、鋼筋構(gòu)造圖（蓋板、臺(tái)帽、圓管管節(jié)、臺(tái)身基礎(chǔ)）等。工程量計(jì)算為新增涵洞部分的工程數(shù)量。

4.3 基礎(chǔ)形式

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件不好的時(shí)候，如軟土地基，地基容許承載力與基底應(yīng)力差別不大時(shí),可考慮整體式基礎(chǔ)或者夯實(shí)換填的方法等加固基礎(chǔ),用砂礫墊層加固地基，挖除基底下軟土，換填砂礫等。若相差很大，應(yīng)考慮采用樁基礎(chǔ)、粉噴樁、碎石樁等處理，既減少新舊涵的沉降差，又可以提高承載力。

5 結(jié)語

隨著我國高速公路的迅猛發(fā)展和持續(xù)激增,現(xiàn)有高速公路的加寬改造項(xiàng)目會(huì)越來越多。通過對加寬路段原有涵洞的調(diào)查和地質(zhì)的勘察,合理的加固原有涵洞和設(shè)計(jì)加寬段涵洞，制定最優(yōu)化的方案，使改造工程不僅能達(dá)到設(shè)計(jì)安全，而且更經(jīng)濟(jì)、合理。