高速公路改擴建涵洞設計要點分析

武東超，方圓 （安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 概述

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和交通量的激增，早期修建的高速公路由于通行能力不足、服務水平低下、安全事故頻發(fā)等原因，急需進行切實可行的改造升級。涵洞在高速公路改造中占有較大比重，涵洞拼寬存在數(shù)量多、拼寬復雜多變、對現(xiàn)狀交通影響大等特點。因此，涵洞拼寬改造已成為高速公路改擴建工程的關鍵環(huán)節(jié)。本文重點探討了高速公路改擴建工程中涵洞拼寬設計中的一些要點。

2 改建方式

2.1 拆除重建

限于當時經(jīng)濟水平及技術水平，早期修建的通道尺寸較小，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，原有通道尺寸已不能滿足地方使用要求。部分下部結構采用圬工材料的通道，服役多年后，病害嚴重，已影響結構的安全性，對這類通道應采用拆除重建的方式進行改建。

2.2 拼寬利用

對現(xiàn)狀使用狀況良好，通過維修加固處理后能滿足荷載等級要求，且結構功能可以滿足遠期使用要求的涵洞，可采用拼寬接長的方式進行利用。

2.3 拆除廢棄

圖1 拼寬利用

圖2 拆除新建

對部分位置偏僻、鮮有使用的涵洞，可采用拆除廢棄的方式處理。設計時應注意考慮相應拆除圬工工程量，及因開挖放坡后的路基回填和路面工程量，并結合地方水系，考慮在原有通道位置設置圓管涵，連接兩側水系。

3 拼寬長度

高速公路常采用分時、分幅、分區(qū)的方式組織施工，拼寬施工時為滿足保通車道寬度要求，部分導改路段路基需進行加寬處理。在確定涵洞長度時，應根據(jù)總體交通組織方案，仔細核查涵洞位置是否位于路基寬度漸變段內(nèi)。同時，涵洞長度應與兩側路基寬度相對應，防止出現(xiàn)涵洞獨立于路基而單獨考慮保通所需長度要求的情況。

4 下挖排水

限于當時經(jīng)濟水平及技術標準，原有高速公路縱面較低，導致當前通道下道路積水?？紤]拼寬后的橫坡影響，將進一步壓縮凈高。在高速公路縱面不抬升的條件下，為滿足通道下道路凈高使用要求，只能對通道下道路進行下挖處理，從而進一步加劇了積水問題。通過現(xiàn)場實地踏勘，可采用以下幾種方式進行排水。

4.1 開挖明溝

在通道內(nèi)道路兩側開挖明溝，將積水引至低洼處。這種排水方式易于清理雜物，方便后期養(yǎng)護。缺點是現(xiàn)場需增加較多征地，特別是平原地區(qū)，實施困難。

4.2 設置高低路

通道內(nèi)兩側設置相對較高的非機動車道，保證雨天行人從高處行走，車輛沿低處可涉水穿行。這種方式現(xiàn)場施工方便、造價小，但不能徹底解決排水問題，易激化地方矛盾。

4.3 圓管涵+檢查井

在通道內(nèi)道路低洼處埋設圓管涵將積水引走，間隔一定距離設置一道豎向檢查井。這種方式排水效果較好，通過檢查井可進行清淤，但造價較高。

4.4 塑料波紋管+檢查井

采用市政工程中管徑較大的塑料波紋管替代圓管涵，間隔一定距離設置豎向檢查井，在進水口設置沉淀池及多層防雜物網(wǎng)，并在檢查井內(nèi)的塑料波紋管管口處設置多層防雜物網(wǎng)。這種排水方式施工方便、造價低、排水效果較好，但在進水口附近易淤堵。

4.5 圓管涵+塑料波紋管+檢查井

在進水口一定范圍內(nèi)埋設大直徑圓管涵，并設置沉淀池及防雜物網(wǎng)，剩余排水段落采用塑料波紋管，間隔一定距離設置豎向檢查井。從現(xiàn)場實施情況，這種方式排水效果好、施工方便、不易淤堵。

圖3 通道下挖

圖4 埋設塑料波紋管

對下挖地方道路滿足通道凈空要求的情況，還應結合地方路等級合理確定下挖后道路縱坡，對兩側邊坡進行必要的防護，并考慮因道路下挖而增加的占地及相應工程量。

5 地基處理

高速公路運營多年后，地基已基本完成沉降，而涵洞拼寬位置地基沉降較大，為減少地基沉降造成拼接部位破壞，拼寬位置需選擇良好的持力層。對厚度小于3m且承載力不滿足要求的覆土，可采用換填碎石處理。對較厚軟基或存在軟土下臥層的情況，可采用GFC樁和雙向攪拌樁等復合地基處理。

6 新老涵拼接

6.1 通道

拼寬通道有裝配式和現(xiàn)澆兩種型式。對采用裝配式拼寬的情況，考慮占地紅線，一般采用從外側向內(nèi)側施工的方式拼寬，施工過程中節(jié)段間縫寬難以準確控制，導致最后一節(jié)段出現(xiàn)非模數(shù)節(jié)段。同時，早期修建通道圬工臺身部分設有坡度，使標準節(jié)段不能安裝就位，導致新老涵間出現(xiàn)空洞現(xiàn)象。對上述問題，設計應充分考慮，建議沿通道方向設置一現(xiàn)澆調(diào)整節(jié)段，方便現(xiàn)場控制。

圖5 新老涵間空洞

圖6 通道現(xiàn)澆段

對采用現(xiàn)澆結構拼寬的情況，應重點考慮新老涵洞間的拼接連接。為減少基礎不均勻沉降影響，可在基礎、墻身上進行植筋處理，使新老涵洞形成整體，共同抵抗不均勻下沉。

6.2 圓管涵

原有老涵管徑小于現(xiàn)行標準，拼寬后涵長與管徑不匹配。為保證涵洞過水順暢，減少涵長與管徑不匹配的矛盾情況，設計采用滿足現(xiàn)行規(guī)范要求且大于現(xiàn)狀管徑的涵洞接長拼寬。在新老涵洞拼接位置，沿涵洞外側設置剛性套管或現(xiàn)澆包管。

6.3 倒虹吸

在拼寬施工中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀部分路基邊緣位置倒虹吸管頂埋深較淺，考慮路面橫坡，接長拼寬后路基邊溝位置管頂填土較小，倒虹吸與路塹滲溝位置干擾，影響路塹邊溝排水?，F(xiàn)場對倒虹吸進行接長拼寬，并根據(jù)地形另找邊溝出水口，增加了占地、開挖及防護工程量。在外業(yè)及內(nèi)業(yè)設計期間，應仔細復核拼寬后倒虹吸管頂填土，對與邊溝位置沖突的情況，應與排水專業(yè)協(xié)調(diào)，調(diào)整邊溝排水方案，保證邊溝排水和倒虹吸過水兩不誤。

7 開挖支護

拼寬涵洞施工時需挖除老涵錐坡或部分洞口路基邊坡，為保證老路路基穩(wěn)定，需在新老涵拼接處對路基邊坡進行防護。對填高小于3m土質路基段，可先拆除洞口圬工，利用老涵圬工材料，緊貼老路邊坡砌筑漿砌片石擋墻進行防護。對填高大于3m的土質路基邊坡，在開挖前可采用鋼板樁對路基進行防護，鋼板樁長度及嵌固深度通過計算確定。

對采用尺寸較原通道大的拼寬情況，考慮保通要求，先進行拼寬側通道施工。由于新拼寬通道尺寸較原結構大，在拆除老涵前，新通道內(nèi)側與老通道外側的路基部分無外側約束，處于臨空狀態(tài)，影響路基穩(wěn)定性，設計應對該部分臨時支護進行考慮。

對原通道拆除重建的情況，拼寬施工前應在臺后緊貼老路位置設置支擋結構，約束拼寬位置臺背填料，防止在拆除老涵過程中拼寬的臺背填料坍塌，設計中應考慮該部分支擋結構工程量。

圖7 新老涵間臨空路基

圖8 磚砌支護

8 臺背回填

臺背一般采用透水性材料進行回填壓實，施工前需在拼寬涵洞臺后留出足夠空間，以便壓實機械施工。對老涵臺背，現(xiàn)場需進行大開挖，施工難度大、影響老路穩(wěn)定、施工工期長，且臺后邊角位置不易壓實。為減少施工難度、縮短施工工期、避免對老路大開挖，設計可考慮采用自重輕、密實性好、可塑性強的新材料，如輕質泡沫混凝土、液態(tài)粉煤灰等。

圖9 臺背澆筑輕質泡沫混凝土

9 結論

高速公路里程長，沿線地方路網(wǎng)及水系復雜。在溝通地方水系及連接地方路網(wǎng)中，涵洞發(fā)揮著不可替代的作用。涵洞拼寬數(shù)量較多，現(xiàn)場拼寬問題復雜多變，是高速公路改擴建工程中的關鍵環(huán)節(jié)。合理的改造設計可以方便現(xiàn)場施工、減少對原高速公路交通影響等。若設計考慮不全面，將給施工、管理等帶來諸多不利影響。作者通過調(diào)研國內(nèi)已實施的高速公路改擴建項目，并駐地參與了一條高速公路改擴建項目，在此基礎上重點探討了涵洞拼寬設計需注意的關鍵問題，希望對類似項目的設計、施工有所幫助。