何浩旻 曲 直

(湖北省交通運輸廳隨岳高速公路管理處，湖北 武漢 430000)

隨岳高速公路圓管涵開裂原因與套管加固技術(shù)

何浩旻 曲 直

(湖北省交通運輸廳隨岳高速公路管理處，湖北 武漢 430000)

從設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)和涵管生產(chǎn)四個方面分析了圓管涵開裂原因，并結(jié)合隨岳高速公路K114+738套管加固工程案例，總結(jié)了實用的圓管涵套管加固施工工藝和質(zhì)量控制要點，實踐表明，圓管涵套管加固技術(shù)可以較好地處治管節(jié)開裂問題，提高混凝土圓管涵的抗病害能力，保障高速公路的安全暢通。

圓管涵，涵管開裂，套管加固，施工工藝

1 概述

鋼筋混凝土圓管涵以其高效的工廠化預(yù)制、便捷的安裝工藝和較好的結(jié)構(gòu)受力及經(jīng)濟(jì)性能而在公路中得到極為廣泛的應(yīng)用。隨岳高速公路地形復(fù)雜，橋涵眾多，涵管裂縫時有發(fā)生，為今后的道路正常使用埋下了隱患，還可能造成路基下沉，路面斷裂現(xiàn)象，直接威脅到道路的安全暢通。

2 隨岳高速公路橋涵情況概述

2.1 工程概況

隨(州)岳(陽)高速公路是國家骨架公路網(wǎng)重要的加密線，北連河南，起于隨州市淮河鎮(zhèn)；南接湖南，止于湖南省岳陽市道仁磯鎮(zhèn)；途經(jīng)湖北隨州、京山、天門、仙桃、監(jiān)利等地，全線為全封閉式立交四車道高速公路，采用平原微丘高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度為100 km/h，路基寬度26 m(整體式)、2×13 m(分離式)，橋涵設(shè)計荷載為公路—Ⅰ級，2005年9月開工建設(shè)，2010年12月9日全線貫通。

隨岳高速公路所在地區(qū)具有多元的地貌特征和復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，穿越桐柏山至大別山造山帶和揚子地塊兩大構(gòu)造區(qū)，變質(zhì)巖、巖漿巖、灰?guī)r分布廣泛，沿途不良地質(zhì)現(xiàn)象種類多、分布廣，破碎巖質(zhì)邊坡，軟土地基，膨脹土地基，喀斯特巖溶等隨處可見，給高速公路的建設(shè)施工和運營養(yǎng)護(hù)帶來了一系列難題，例如，巖質(zhì)邊坡碎落、滑塌、軟基沉陷、橋頭跳車、不均勻沉降導(dǎo)致的路面縱向裂縫等。

2.2 橋涵概況

隨岳高速公路北段和中段共有橋梁551座，其中特大橋2座、大橋101座、中橋101座、小橋347座，橋梁合計長度44 525.39 m；北段和中段共有涵洞712道，以圓管涵和蓋板涵為主要形式，其中圓管涵367道，占該區(qū)段涵洞總數(shù)的51.54%。

3 高速公路圓管涵開裂原因分析

3.1 圓管涵病害情況

通過查看橋涵檢查資料和現(xiàn)場實地調(diào)查，圓管涵的病害主要發(fā)生在洞身，明顯的集中在沿涵洞縱向的中部?；炷凉芄?jié)貫通性縱向裂縫、邊緣破損、剝落等病害均有分布，其中涵管頂部左右45°范圍內(nèi)出現(xiàn)比較有規(guī)律的縱向裂縫，裂縫的寬度約在0.15 mm～2 mm不等，其長度貫穿每節(jié)混凝土預(yù)制管。

隨岳高速公路K114+738圓管涵于2007年與隨岳中高速公路同期建成通車，圓管涵長42.0 m，結(jié)構(gòu)組合為2-φ1.5 m。2012年橋涵檢查資料顯示K114+738處圓管涵涵管頂部存在不同程度的縱向裂縫，其中裂縫最大寬度達(dá)0.86 mm。因此將該處圓管涵加固維修列入“隨岳高速公路2013年年度養(yǎng)護(hù)計劃”，2013年4月對該圓管涵進(jìn)行進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)，圓管涵病害有發(fā)展的趨勢，兩道圓管涵第2號～第20號節(jié)頂部、底部均出現(xiàn)不同程度的縱向貫穿裂縫，其中裂縫最大寬度達(dá)1.1 mm，局部存在混凝土破損銹脹露筋，管基被流水沖刷掏空，接頭處滲水鈣化物析出。

3.2 圓管涵開裂原因分析

圓管涵受到土壓力(包括垂直向和側(cè)向)、施工荷載、運營期間行車荷載、管節(jié)自重的共同作用。圓管涵開裂是多方面原因綜合作用的結(jié)果，有來自設(shè)計階段圖集套用不當(dāng)、施工期間施工荷載及涵管周圍土體壓實問題、運營養(yǎng)護(hù)期間的病害防治等。

1)設(shè)計方面。

圓管涵通常被認(rèn)為是過水設(shè)施，僅按標(biāo)準(zhǔn)圖集選用而不作針對特殊地形、地質(zhì)條件的專門設(shè)計；設(shè)計中，圓管涵的荷載計算理論尚未達(dá)成共識，規(guī)范中推薦荷載結(jié)構(gòu)法計算涵管內(nèi)力，但該方法未考慮圓管涵與周圍土體的共同作用；涵基設(shè)計埋深未按當(dāng)?shù)刈畲鬀_刷深度和最大凍深雙重確定，造成涵基沖刷掏空或凍融破壞，這些都會導(dǎo)致圓管涵出現(xiàn)病害。

2)施工質(zhì)量因素。

圓管涵涵頂填土高度沒有達(dá)到設(shè)計要求時，有重載施工車輛通過；涵管周圍土體填筑時未使用小型夯實機械夯實，涵管在垂直壓力作用下因橫向約束不足，而產(chǎn)生豎向壓縮變形，橫向膨脹變形，導(dǎo)致管頂開裂；涵基處理效果不佳，地基承載力不足，尤其在軟土地區(qū)，過大的沉降量而引起涵管縱向變形，這些都會造成圓管涵不同程度的開裂。

3)養(yǎng)護(hù)原因。

當(dāng)前道路管養(yǎng)單位比較重視橋梁的檢查、養(yǎng)護(hù)維修，而涵洞的常規(guī)檢查工作常被放在次要的位置，造成涵洞病害和隱患發(fā)現(xiàn)滯后。

4)圓管涵預(yù)制質(zhì)量。

當(dāng)前，圓管涵較多采用離心法生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝難度較大，涵管混凝土易出現(xiàn)離析，進(jìn)而降低其強度和耐久性，為運營期間的開裂埋下隱患。

4 隨岳高速公路圓管涵套管加固技術(shù)

4.1 原材料及施工工藝流程

4.1.1 套管加固技術(shù)原材料

為使內(nèi)套涵管和原涵管最大面接觸共同支撐受力，避免應(yīng)力集中，同時保證內(nèi)套涵管的排水排污孔徑，應(yīng)有專業(yè)涵管廠家按照設(shè)計圖紙預(yù)制。內(nèi)套涵管內(nèi)徑1.0 m，壁厚10 cm，混凝土設(shè)計強度等級為C30，原涵管內(nèi)徑為1.5 m，兩涵管之間預(yù)留15 cm空隙，采用小石子混凝土填充，小石子混凝土設(shè)計強度等級為C40。為便于施工，保證原涵管、內(nèi)套涵管接頭相互錯開，涵管長度按1.0 m，0.5 m兩種型號定制加工。

4.1.2 施工工藝流程

圓管涵套管加固技術(shù)主要施工工藝流程如圖1所示。

4.2 主要施工步驟

4.2.1 涵管內(nèi)抽水、清淤

施工前，先截斷涵管兩端水源，再用潛水泵將涵管內(nèi)積水抽干，對涵管內(nèi)淤泥、雜草進(jìn)行清理，保證涵管內(nèi)干燥、清潔。

4.2.2 原涵管裂縫處理、管基處理

涵管的裂縫應(yīng)進(jìn)行封縫灌縫，防毛細(xì)水滲入涵管腐蝕鋼筋，造成更大裂縫?？p修補前應(yīng)組織專業(yè)技術(shù)人員全面檢測涵管裂縫，測量裂縫長度及寬度:1)寬度<0.05 mm的表面裂紋，不作處理；2)凡0.05 mm≤寬度<0.15 mm的裂縫(不含出現(xiàn)滲水的裂縫)，只作表面封縫；3)凡寬度≥0.15 mm的裂縫或出現(xiàn)滲水、鈣化的裂縫，進(jìn)行灌縫處理。涵基有沖刷掏空的情況時，應(yīng)首先對涵基進(jìn)行填充補強處理。

4.2.3 原涵管表面缺陷修補

混凝土表面缺陷修補是針對結(jié)構(gòu)蜂窩、麻面、空(孔)洞、混凝土疏松、露筋等病害，對于蜂窩、麻面及孔洞采用微膨脹性的環(huán)氧砂漿，露筋部分進(jìn)行除銹并涂抹環(huán)氧漿液。

4.2.4 鋪設(shè)導(dǎo)軌、內(nèi)套涵管定位安裝

選用兩根3 cm槽鋼鋪設(shè)在原涵管下端作為運輸軌道，并將槽鋼用膨脹螺栓固定在原涵管底部，方便內(nèi)套涵管運送、定位。內(nèi)套涵管定位安裝時，現(xiàn)場放線確定槽鋼位置，利用吊車配合手拉葫蘆將內(nèi)套涵管吊到槽鋼軌道上，卷揚機或手拉葫蘆通過滑輪組牽引至預(yù)定位置，再用鋼板墊塊將內(nèi)套涵管穩(wěn)固定位，保證原涵管、內(nèi)套涵管中間15 cm的間隙，內(nèi)套涵管接頭與原涵管接頭錯開。

4.2.5 涵管端頭間隙封閉處理

根據(jù)兩涵管端頭間隙尺寸，加工合適的木模板，對進(jìn)場后的模板首先進(jìn)行驗收，合格后投入使用，每次安裝模板前，均對模板上的混凝土渣進(jìn)行清除，并涂上一層脫模劑。同時用膨脹螺栓將模板固定在兩涵管端頭，并用泡沫膠粘貼在模板邊緣，以防止?jié){液外露，并在模板預(yù)留混凝土入口。

4.2.6 涵管間隙澆筑混凝土

混凝土施工采用現(xiàn)場集中拌合，料斗運輸配合小溜槽入模，混凝土澆筑前，適量用水濕潤料斗、小溜槽，同時檢查模板安裝是否存在間隙，以防止?jié){液外露。施工時，用預(yù)制小溜槽從模板預(yù)留的混凝土入口向空隙內(nèi)澆筑混凝土，為防止?jié)仓痪鶆?，避免產(chǎn)生空洞，須用振搗棒配合人工振搗，澆筑應(yīng)一次性完成?，F(xiàn)場澆筑的混凝土應(yīng)進(jìn)行檢測，當(dāng)混凝土坍落度低于設(shè)計坍落度下限值時不得施工。

待混凝土初凝之后，拆除模板，檢查混凝土的密實度，如發(fā)現(xiàn)局部存在空洞，須在涵管頂部鉆孔，采用高壓注入水泥凈漿，使空洞密實。壓漿時應(yīng)從低向高壓注，壓力不得驟然加壓，應(yīng)逐漸變高，壓力表控制在0.6 MPa，壓漿結(jié)束后，持壓5 min，如果壓力下降，進(jìn)行二次補壓，直到壓力穩(wěn)定為止，壓漿結(jié)束后立即拆除管道，清洗干凈。

考慮到涵管管道過長、間隙較小，決定采取分節(jié)段施工，待檢查驗收合格后，重復(fù)上述操作進(jìn)行后續(xù)節(jié)段涵管施工，直至每節(jié)段涵管施工完成。每節(jié)段涵管施工之前，根據(jù)涵管安裝走向以及實際地形情況，處理好涵管之間標(biāo)高、涵底標(biāo)高與兩端地形標(biāo)高的銜接，確保銜接平順，保證涵管良好的工作性能。

4.3 施工控制要點

4.3.1 套管加固技術(shù)適用條件

1)當(dāng)圓管涵破壞嚴(yán)重，涵管沉降量較大，截面變形嚴(yán)重，鋼筋斷裂外露等都無法采用套管加固技術(shù)。

2)套管必須滿足水力計算。套管加固會對原設(shè)計涵管的流量和流速產(chǎn)生影響，當(dāng)套管經(jīng)水力計算無法滿足排水要求時，不能用套管技術(shù)。

3)圓管涵上下游必須有足夠的場地，并有良好的施工環(huán)境。假如上下游淤泥很深，而且場地狹窄，就無法保證該工程的順利開展。

4.3.2 加強預(yù)制圓管涵的質(zhì)量監(jiān)測

套管加工前，應(yīng)向生產(chǎn)廠家明確管節(jié)技術(shù)參數(shù)及質(zhì)量要求；加工完成后，應(yīng)組織專業(yè)人員對管節(jié)進(jìn)行檢測，剔除質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的涵管，確保進(jìn)入涵洞的每節(jié)涵管都能滿足設(shè)計強度要求。

4.3.3 嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行施工

圓管涵套管施工之前，應(yīng)編制科學(xué)合理的施工方案，并經(jīng)監(jiān)理和養(yǎng)護(hù)站審批，施工過程嚴(yán)格按施工方案進(jìn)行。

4.4 圓管涵病害治理效果

隨岳高速公路K114+738套管加固處治于2013年9月完成，經(jīng)過6個月的觀測，該處圓管涵開裂沒有再出現(xiàn)，有效地抵抗了擠壓變形，提高了混凝土圓涵的抗病害能力,保障了高速公路的安全暢通。

5 結(jié)語

圓管涵的結(jié)構(gòu)安全關(guān)乎道路安全暢通，應(yīng)引起養(yǎng)護(hù)管理部門的重視。本文從設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)和涵管生產(chǎn)四個方面分析了圓管涵開裂原因，并結(jié)合隨岳高速公路K114+738套管加固工程的實踐，總結(jié)出實用的圓管涵套管加固施工工藝和質(zhì)量控制要點，加強涵管的施工工藝和預(yù)制生產(chǎn)管控是有效地防止其開裂的關(guān)鍵。實踐表明，圓管涵套管加固技術(shù)可以較好地處治管節(jié)開裂問題，提高混凝土圓管涵的抗病害能力，保障高速公路的安全暢通。

為了更好地利用套管加固技術(shù)治理圓管涵開裂等，尚需對其加固機理、加固體受力特征等進(jìn)行大量的現(xiàn)場試驗和理論分析，尋求更加科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的隨岳高速公路圓管涵套管加固設(shè)計理論和施工技術(shù)。

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Circular culvert cracking causes and sleeve tube reinforcing technology of Sui-Yue highway

HE Hao-min QU Zhi

(Sui-Yue Highway Administration Department, Hubei Traffic Transportation Bureau, Wuhan 430000, China)

The paper analyses circular culvert cracking causes from four aspects of design, construction, maintenance and culvert, summarizes circular culvert sleeve tube reinforcing construction technology and quality control points by combining with Sui-Yue highway K114+738 sleeve tube reinforcement engineering case. Practice proves that: circular culvert sleeve tube reinforcing technology can better deal with pipe joint cracking problems, improve circular concrete culvert disease-resisting capability, and guarantee highway driving smooth as well.

circular culvert, culvert cracking, sleeve tube, construction technology

1009-6825(2014)31-0173-03

2014-08-28

何浩旻(1984- )，男，助理工程師； 曲 直(1984- )，男，助理工程師

U415

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