改建道路涵洞拼接探討

孫軻

（中國(guó)建筑第五工程局有限公司，長(zhǎng)沙410000）

1 引言

在改擴(kuò)建過(guò)程中，部分構(gòu)造物可直接利用，如涵洞拼接加長(zhǎng)也是道路改建中較為重要的部分。目前，涵洞拼接加長(zhǎng)主要采用植筋法和沉降縫法，采用的拼接方法不同，涵洞拼接位置的受力狀態(tài)也完全不同。此外，舊路路基在道路多年的運(yùn)營(yíng)下，地基沉降已經(jīng)基本完成，而涵洞加長(zhǎng)部分位于新建路基，沉降還未完成，在道路擴(kuò)建后，新舊涵洞之間必然有較大的沉降差異。因此，涵洞拼接位置在上部荷載和沉降差異下，將進(jìn)一步導(dǎo)致其上路堤及路面發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，因此，在涵洞拼接時(shí)，新舊涵洞拼接的處理方式以及控制新舊涵洞的沉降差尤為重要。以上為涵洞拼接加長(zhǎng)中遇到的主要問(wèn)題，為了降低道路改過(guò)建中涵洞拼接的病害，需對(duì)涵洞拼接加長(zhǎng)位置新舊涵洞受力及變形開(kāi)展研究，總結(jié)出適合的涵洞拼接設(shè)計(jì)、施工方案，從而保證改擴(kuò)建道路運(yùn)營(yíng)時(shí)涵洞的正常使用[1]。

2 涵洞拼接處相互作用分析

2.1 沉降縫拼接

新舊涵洞加長(zhǎng)方式采用沉降縫拼接時(shí)，舊涵洞與新建加長(zhǎng)部分相互獨(dú)立，在拼接位置，二者的作用通過(guò)路基的沉降差傳遞。在新建涵洞位置，路基填土及地基沉降相對(duì)較大，舊涵沉降位移較小，新建涵洞上方的土體對(duì)舊涵上方的土體作用了向下的托拽作用[1]，部分路基自重荷載傳遞給了舊涵，導(dǎo)致舊涵承受的豎向土壓力增大，而新建部分土壓力則相對(duì)減小。以往研究表明，當(dāng)涵洞跨徑大，其上填土越高時(shí)，涵洞拼接位置的沉降差越大，新建部分涵洞傳遞給舊涵的土壓力越大。

2.2 植筋拼接

當(dāng)新舊涵洞的加長(zhǎng)方式采用植筋連接時(shí)，新建部分與舊涵連接成了一個(gè)整體，二者相互作用，一方面通過(guò)涵洞填土的沉降差實(shí)現(xiàn)；另一方面則通過(guò)植入的鋼筋傳遞，共同承擔(dān)其上的豎向土壓力及新舊涵洞的不均勻沉降。前者新舊涵洞的相互作用與沉降縫拼接方式相同，后者則通過(guò)植筋將部分應(yīng)力傳遞給舊涵，也會(huì)導(dǎo)致舊涵的應(yīng)力增大，新涵的應(yīng)力減小。植筋傳遞應(yīng)力的途徑主要為3個(gè)方面：（1）新建涵洞發(fā)生不均勻沉降，交界處發(fā)生錯(cuò)動(dòng)；（2）涵洞頂部土壓力導(dǎo)致新舊涵洞產(chǎn)生的撓度差異；（3）涵洞拼接加長(zhǎng)完成后，混凝土自身的收縮徐變影響。因此，當(dāng)新舊涵洞為植筋連接時(shí)，新舊涵洞相互作用影響的因素相對(duì)更多。當(dāng)涵洞跨徑大、填土越高以及新舊地基剛度差異越大時(shí)，新建涵洞作用于舊涵附加應(yīng)力則越大。

根據(jù)上述分析可知，當(dāng)涵洞拼接加長(zhǎng)方式采用植筋連接時(shí)，新建涵洞對(duì)舊涵施加的附加應(yīng)力大于沉降縫拼接方式，并且當(dāng)涵洞跨徑大、加長(zhǎng)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)、填土越高以及新舊地基剛度差異越大時(shí)，對(duì)舊涵的不利影響也隨之增大。

3 各類(lèi)型涵洞拼接方式選擇

3.1 蓋板涵、箱涵拼接方式

當(dāng)蓋板涵和箱涵采用植筋拼接時(shí)，在舊涵側(cè)壁上鉆孔注入植筋膠，利用鋼筋和植筋膠將新舊涵洞兩部分結(jié)合為整體。涵洞加寬部位鋼筋綁扎完成后，再與植入鋼筋進(jìn)行綁扎或者焊接，最后混凝土澆筑完成拼接。采用沉降縫拼接時(shí)，則類(lèi)似完全新建涵洞，只是需注意新舊涵洞之間的沉降縫處理，基礎(chǔ)下應(yīng)填塞瀝青木板，拼接外側(cè)采用砂漿抹平，基礎(chǔ)頂面以上的沉降縫采用熱瀝青浸制麻絮填塞，內(nèi)側(cè)采用砂漿抹平。填充完成后，在涵洞拼接外側(cè)涂?jī)蓪訜釣r青。

通過(guò)研究表明[3]，當(dāng)涵洞拼接長(zhǎng)度或跨徑大于4m或填土大于2m時(shí)，拼接位置產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，因涵洞拼接位置混凝土構(gòu)件并未設(shè)置受拉鋼筋，相當(dāng)于素混凝土構(gòu)件，因此，容易超出混凝土的受拉強(qiáng)度，涵洞拼接處混凝土容易發(fā)生受拉破壞，并且拼接處沉降差不宜過(guò)大，較大的沉降差也會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。而采用沉降縫的拼接方式時(shí)，新舊涵洞拼接處拉應(yīng)力明顯小于植筋連接，更容易滿(mǎn)足控制要求，但是舊涵洞加長(zhǎng)的長(zhǎng)度較短時(shí)，新建部分容易產(chǎn)生向路基外側(cè)的滑移。因此，當(dāng)涵洞跨徑大、填土越高以及加長(zhǎng)的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，宜采用沉降縫的拼接方式，反之則采用植筋拼接。

3.2 圓管涵拼接方式

圓管涵通常采用的預(yù)制結(jié)構(gòu)并且對(duì)地基承載力要求較低，地基簡(jiǎn)單處理即可滿(mǎn)足要求，因此，圓管涵的加長(zhǎng)宜采用沉降縫拼接方式。在涵洞拼接位置，將舊涵墊層挖除0.5m，并在加長(zhǎng)涵洞的位置0.5m內(nèi)埋設(shè)鋼筋，然后澆筑混凝土，拼接方式如圖1所示，沉降縫以及防水層處理類(lèi)似蓋板涵的處理方式。采用沉降縫拼接不僅施工簡(jiǎn)單，同時(shí)也降低了建設(shè)成本。

圖1圓管涵拼接方式

4 涵洞拼接時(shí)的注意事項(xiàng)

在涵洞拼接設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)重視現(xiàn)有涵洞調(diào)查及檢測(cè)，分析是否可加長(zhǎng)利用，掌握必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，涵洞尺寸、進(jìn)出口位置測(cè)量準(zhǔn)確，確保新舊涵洞的平縱位置拼接順暢。同時(shí)應(yīng)盡可能地收集原有橋涵的施工圖和竣工圖文件，選擇合理的拼接加長(zhǎng)方案。

在施工過(guò)程中，首先應(yīng)拆除舊涵洞口的墻身和鋪砌等結(jié)構(gòu)，舊涵破壞較為嚴(yán)重的部分也應(yīng)進(jìn)行分段拆除，并做好臨時(shí)支撐。洞口拆除后，再進(jìn)行地基處理，提高地基的整體穩(wěn)定性，降低新舊涵洞的沉降差，防止涵洞拼接位置出現(xiàn)受拉破壞，保證改擴(kuò)建道路的正常運(yùn)營(yíng)。若新建涵洞處于軟弱層，地基承載力不符合設(shè)計(jì)要求且差距不大時(shí)，可將基礎(chǔ)換成整體式并且寬度加大，或者采用換填等方法提高承載力。換填時(shí)，挖除地基中的軟土，并換填中粗砂礫后進(jìn)行壓實(shí)，可滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求，地基承載力不符合設(shè)計(jì)要求且差距較大時(shí)，則可考慮樁、土的復(fù)合地基提高承載力。采用植筋法拼接時(shí)，施工應(yīng)將涵臺(tái)需鑿毛清理干凈，植入鋼筋使用電錘鉆孔，與新舊涵洞澆筑為一體，加入的黏合劑需完全固化后方可施加荷載。采用沉降縫拼接時(shí)，涵洞可采熱瀝青浸制麻絮填塞，外側(cè)涂2層熱瀝青。

涵洞施工完成后，當(dāng)涵頂填土厚度小于0.5m時(shí)，應(yīng)禁止重型車(chē)輛通過(guò)，并且禁止使用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。臺(tái)背回填透水性材料，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)平衡填筑，從涵身向后2m的地面，向上1∶1挖臺(tái)階，直至與涵洞頂齊平。涵洞缺口較窄，重型機(jī)械無(wú)法進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，應(yīng)選用小型機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)，嚴(yán)格按照規(guī)范施工每層厚度不大于15cm，控制碾壓遍數(shù)使之每層不少于10遍，每層壓實(shí)度均進(jìn)行檢驗(yàn)，壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)要求≥96%。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)蓋板涵、箱涵涵洞拼接長(zhǎng)度或跨徑大于4m或填土大于2m時(shí)，宜選擇沉降縫拼接，反之則采用植筋拼接，圓管涵由于跨徑較小且大部分為預(yù)制結(jié)構(gòu)，可采用沉降縫拼接。在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，需重視拼接涵洞的受力特征以及控制新舊涵洞的沉降差，設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的拼接方式，施工時(shí)還需處理好涵洞拼接施工工藝，避免在道路運(yùn)營(yíng)時(shí)涵洞拼接位置過(guò)早出現(xiàn)開(kāi)裂導(dǎo)致路基路面的破壞，保證改擴(kuò)建道路運(yùn)營(yíng)時(shí)拼接涵洞的正常使用。