深厚流塑狀軟土區(qū)舊涵改造方案探討

■凌立鑫 黃嘉鵬 劉穎波

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210017）

1 前言

公路改擴(kuò)建工程中對(duì)于舊有涵洞，一般來講主要有兩種設(shè)計(jì)思路， 一是不能利用時(shí)拆除重建，二是能利用時(shí)拼寬改造。 廣東省濱海相軟土分布較廣，其具有深、厚、差的基本特點(diǎn)，常規(guī)鋼筋混凝土涵洞施工需要耗費(fèi)較多的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行涵底地基處理與基坑支護(hù)，施工工藝較復(fù)雜、周期較長、成本也較大。 由此引伸出鋼波紋管涵與直接橋梁方案的可行性。

本研究以廣東某地區(qū)在建高速公路樞紐互通匝道的舊有涵洞為例，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及施工等方面比選舊涵拼寬方案、舊涵拆除重建蓋板涵方案、舊涵拆除重建波紋管涵方案及直接橋梁方案， 以期選擇最合適的方案為今后同類工程問題提供一些參考。

2 工程概況

某在建高速公路樞紐互通C 匝道在CK0+566.5 處與現(xiàn)狀既有道路的涵洞部分重合。 設(shè)計(jì)圖上及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況見圖1、2。

圖1 總體圖上舊涵位置

此處位置為多條匝道并行，左右側(cè)均布有橋梁鉆探資料，圖3、4 分別為左側(cè)G 匝道橋梁樁基鉆孔柱狀圖及右側(cè)B 匝道橋梁樁基鉆孔柱狀圖。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)舊有涵洞情況

圖3 G 匝道橋梁樁基鉆孔柱狀圖

圖4 B 匝道橋梁樁基鉆孔柱狀圖

由以上鉆孔柱狀圖可以看出軟弱土（②2 淤泥、③12 粉質(zhì)黏土）埋深13.6～15.3 m，軟弱土下埋⑿22強(qiáng)風(fēng)化砂巖。②2 淤泥灰褐色、灰黑色，流塑，絮狀結(jié)構(gòu)，含少量貝殼及生物碎屑，具有腥臭氣味；局部夾淤泥質(zhì)粉砂薄層。⑿22 強(qiáng)風(fēng)化砂巖灰黃色、青灰色，巖芯多呈塊狀，少量短柱狀，塊徑2～7 cm，節(jié)長8～20 cm，巖質(zhì)較軟，其中34.7～39 m,40.9～50.5 m 呈塊狀為灰色青灰色。 采取率為50%，RQD 為15%左右。

3 舊涵改造方案分析

3.1 舊涵拼寬方案

經(jīng)查閱舊涵竣工圖可知， 舊涵為一座6.0 m×3.3 m 鋼筋混凝土箱涵， 涵底軟基處理方式為拋石擠淤1 m。 拼寬的涵洞原則上采用相同結(jié)構(gòu)、相同斷面進(jìn)行拼寬， 但對(duì)于箱涵基于工期等綜合需求考慮采用整體式基礎(chǔ)蓋板涵予以接長。 根據(jù)C 匝道在舊涵位置的填土高度， 經(jīng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算， 舊涵頂板、底板及側(cè)板均能滿足規(guī)范要求[1]。 故根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)舊涵位置及C 匝道走向， 擬采用6.0 m×3.3 m 整體式蓋板涵進(jìn)行舊涵拼寬， 即左側(cè)拼寬10.75 m，右側(cè)拼寬1.75 m(圖5)。

圖5 舊涵拼寬蓋板涵布置圖

涵洞拼寬時(shí)需拆除舊涵一字端墻及基礎(chǔ)、洞口鋪砌、隔水墻及錐坡。 涵身加寬部分沿舊涵身順接，基礎(chǔ)頂面與舊涵基礎(chǔ)頂面平齊，臺(tái)身內(nèi)側(cè)與舊涵臺(tái)身內(nèi)側(cè)齊； 新舊涵身結(jié)合處需設(shè)置一道沉降縫；為避免差異沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)接縫處突變， 在拼接時(shí)考慮在原箱涵身通過植筋埋設(shè)剪力鋼筋與新建涵洞連接。

涵洞左右兩側(cè)的橋梁鉆孔揭示，此處軟土埋深13.6～15.3 m，軟土下覆強(qiáng)度較高的砂巖。 根據(jù)地勘資料， 涵洞拼寬部分在基坑開挖時(shí)需用鋼板樁支護(hù)，基底需采用長螺旋CFG 樁進(jìn)行特殊處理。 因舊涵于2005 年建成， 經(jīng)16 年沉降后已趨于穩(wěn)定，而且此處軟土較深，后期運(yùn)營仍可能面臨涵洞拼寬繞不開的關(guān)鍵問題：新舊涵洞由于地基的差異沉降而產(chǎn)生的沉降差。

3.2 舊涵拆除新建蓋板涵方案

由于舊涵拼寬方案存在新舊涵洞間的差異沉降這一無法規(guī)避問題， 所以可以將舊涵拆除后新建蓋板涵。 由于此處位于軟土路段，且整體式基礎(chǔ)蓋板涵本身有施工工藝簡單、工期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)遵循跨徑不低于舊涵跨徑并經(jīng)過流量驗(yàn)算后； 擬采用拆除舊涵后新建6.0 m×3.3 m 整體式蓋板涵(圖6)。

圖6 新建6.0 m×3.3 m 整體式蓋板涵布置圖

施工時(shí)采用預(yù)制鋼筋混凝土蓋板，可以與在建高速公路其他涵洞、通道統(tǒng)一預(yù)制，具有工廠化生產(chǎn)、質(zhì)量可靠、施工速度快、工期較短等優(yōu)點(diǎn)。

舊涵拆除新建蓋板涵方案也面臨上述舊涵拼寬方案的某些問題：涵洞基坑開挖需要鋼板樁圍堰支護(hù)甚至對(duì)撐才能施工，涵洞基底需用長螺旋CFG樁處理。

3.3 舊涵拆除新建波紋管涵方案

由于新建蓋板涵方案面臨著施工工序復(fù)雜及施工周期較長等問題，故可以考慮將舊涵拆除新建為鋼波紋管涵。 經(jīng)流量計(jì)算后， 擬采用跨徑為5 m的鋼波紋管涵(圖7)。

圖7 新建5 m 鋼波紋管涵布置圖

鋼波紋管主體結(jié)構(gòu)材料采用性能符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 700-2006)》要求，抗拉強(qiáng)度不小于350 MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。 連接件采用扭剪型高強(qiáng)度螺栓、螺母和結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度墊圈，管箍、法蘭盤采用碳素結(jié)構(gòu)鋼；密封材料采用耐候密封膠[2]。 鋼波紋管安裝前需開挖基坑，基礎(chǔ)按柔性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，需保持整道涵洞范圍內(nèi)地基承載力均勻，基礎(chǔ)分兩層設(shè)計(jì)，下層為要求高度壓實(shí)的碎石，上層松鋪粗砂。 基礎(chǔ)施工完成后再進(jìn)行底板拼裝，由下而上順序拼裝，結(jié)構(gòu)拼裝完成后依次序用扭矩扳手?jǐn)Q緊螺栓， 不得遺漏。 鋼波紋管金屬構(gòu)件防腐分為管身土側(cè)、空氣側(cè)、水側(cè)和連接件防腐，土側(cè)采用熱浸鍍鋅+涂瀝青，空氣側(cè)和水側(cè)采用熱浸鍍鋅， 連接件采用熱浸鍍鋅+涂瀝青+耐候密封膠。

舊涵拆除新建鋼波紋管涵方案不需要鋼板樁圍堰支護(hù)甚至對(duì)撐施工的工序，同時(shí)涵管現(xiàn)場(chǎng)快速拼裝較鋼筋砼涵洞施工周期有一定縮短。 但由于流量匹配的原則，涵管的截面比較大，成本相應(yīng)會(huì)有提高；另外也要加強(qiáng)常年浸水情況下的防腐工作。

3.4 直接橋梁方案

以上無論舊涵利用拼寬還是舊涵拆除新建方案都面臨各種各樣的問題， 所以可以考慮直接橋梁方案。 橋梁采用一跨13 m 空心板橋，橋臺(tái)采用扶壁式，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。 橋臺(tái)下布置2 排樁，每排樁由3 根組成，共計(jì)12 根樁。 橋位平面布置見圖9。

圖8 橋型立面布置圖

圖9 橋位平面布置圖

橋臺(tái)樁基排距3.2 m，樁間橫距3.75 m，總體來講距離較短，只能安排1 臺(tái)鉆機(jī)逐樁作業(yè)而不能在橋臺(tái)一側(cè)安排2 臺(tái)以上鉆機(jī)同步作業(yè)。 設(shè)計(jì)樁長30 m，橋頭各安排1 臺(tái)鉆機(jī)同步施工，樁基工程需要2 個(gè)月； 扶壁式橋臺(tái)同步施工需要0.5 個(gè)月；上部結(jié)構(gòu)架梁需要0.5 個(gè)月；橋梁方案總工期大約需3 個(gè)月。

4 方案比選情況

對(duì)舊涵拼寬方案、 舊涵拆除新建蓋板涵方案、舊涵拆除新建鋼波紋管涵方案及直接橋梁方案進(jìn)行了技術(shù)分析，現(xiàn)增加施工造價(jià)及施工周期這兩方面的比選，綜合比選情況見表1。

根據(jù)表1 的綜合比選情況可以看出， 舊涵拼寬方案由于新舊涵洞間的沉降差無法保證， 且后期需中斷匝道交通進(jìn)行加鋪養(yǎng)護(hù)不建議采用，直接橋梁方案由于造價(jià)及工期均不占優(yōu)也不采用。 新建蓋板涵方案的工序有：拆除舊涵→臨時(shí)改溝→整平施工平臺(tái)→CFG 樁施工→CFG 樁檢驗(yàn)→基坑支護(hù)與開挖→涵洞基礎(chǔ)與主體施工。 新建波紋管涵方案的工序：拆除舊涵→臨時(shí)改溝→基坑開挖→基底墊層鋪設(shè)→波紋管拼裝。 針對(duì)本研究案例，新建波紋管涵方案從工序、造價(jià)及工期綜合來看比新建蓋板涵方案占優(yōu)， 但若遇波紋管涵用鋼材大幅漲價(jià)時(shí)，新建蓋板涵方案或許也是可以采用的。

表1 方案綜合比選情況

5 結(jié)語

本研究以廣東某地區(qū)在建高速公路樞紐互通匝道CK0+566.5 處舊有涵洞為例， 在分析舊涵拼寬、拆除重建蓋板涵、拆除重建鋼波紋管涵、直接橋梁方案后，經(jīng)技術(shù)、造價(jià)及工期比選后認(rèn)為理論上新建波紋管涵方案是最優(yōu)的，但若遇波紋管涵用鋼材大幅漲價(jià)時(shí)， 新建蓋板涵方案也是可以采用的。本文的案例研究，期望為今后同類工程問題提供一參考。