李玥瑛

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

涵洞是滿足公路路基連續(xù)、保障水流暢通的重要排水構(gòu)造物。隨著公路交通運輸量的持續(xù)加大，使用年限的不斷增加，早年建設(shè)的很多公路涵洞出現(xiàn)了各種問題。

根據(jù)多次參與普通公路涵洞改建工程設(shè)計經(jīng)驗可知，早期公路涵洞的建設(shè)許多都是在不完善的設(shè)計方案和沒有明確施工規(guī)范的情況下進(jìn)行的。由于缺乏專業(yè)技術(shù)支撐，很多普通公路涵洞在設(shè)計和施工上都存在著不足，并在近年來出現(xiàn)較多缺陷問題。尤其是很多公路涵洞由于長時間受到車輛的碾壓表現(xiàn)出了破損問題，嚴(yán)重影響交通運輸安全。

分析發(fā)現(xiàn)，公路涵洞所表現(xiàn)出和引起的破損問題主要有：橋面鋪裝開裂和剝落、伸縮縫破壞、臺帽混凝土剝落、鋼筋裸露、鋼筋混凝土臺身豎向裂縫等。這些問題不同程度的影響著正常交通，但卻不適合重建。通過改建的方式一方面能減少占地，另一方面也能充分利用原有路基和構(gòu)造物，能有效降低項目造價，并實現(xiàn)公路工程涵洞的原有作用。這些涵洞如果不能采取重建方式，就需要進(jìn)行加寬加固處理后才能使用。公路涵洞損壞的原因有很多，需要進(jìn)行詳細(xì)分析，以便找到合適的加寬加固設(shè)計方案，保證車輛正常通行，滿足使用功能，保障使用的安全性。

1 設(shè)計需要的基礎(chǔ)資料

1.1 工程概況

甘肅某二級公路既有拱涵，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)該拱涵已經(jīng)出現(xiàn)了拱頂中線開裂，側(cè)壁破損等情況。由于改擴(kuò)建的需要，涵洞長度無法滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求，再加上地形限制，拆除工作不切實際，因此需要進(jìn)行加寬加固施工，以保證滿足后期使用功能。

1.2 外業(yè)測量資料

對既有公路涵洞進(jìn)行加寬加固設(shè)計，首先需要掌握路線過涵洞位置、涵洞現(xiàn)有標(biāo)高、縱斷面設(shè)計線、涵洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個細(xì)部的尺寸以及現(xiàn)有的使用情況等基本資料。其中，路中線過涵洞位置決定了加寬的寬度以及需要在哪一側(cè)進(jìn)行加寬；涵洞各細(xì)部尺寸則影響加寬加固方案的設(shè)計。涵洞現(xiàn)有基本情況資料的調(diào)查尤為重要，只有了解現(xiàn)有狀況才能看哪一個部分存在明顯的破損問題，看是否有加固的必要[1]。如果不考慮這些基本情況而一味地采取加寬加固措施可能會導(dǎo)致涵洞使用壽命受到影響，反而給公路工程正常使用造成不利，也會使后續(xù)的養(yǎng)護(hù)工作非常麻煩。

1.3 既有涵洞竣工及養(yǎng)護(hù)資料

對公路涵洞進(jìn)行加寬加固處理時，要對既有公路涵洞的竣工資料和養(yǎng)護(hù)資料進(jìn)行收集。這些資料對于后期的加寬加固設(shè)計工作來說有著非常重要的作用。通過這些資料，設(shè)計人員能更好地了解既有公路涵洞的地質(zhì)情況和隱蔽工程等。另一方面通過養(yǎng)護(hù)資料設(shè)計人員能更好地了解既有涵洞的材料和破損情況，從而為改建工作的開展提供保障。

1.4 荷載實驗資料

如果在既有公路涵洞改建工程中發(fā)現(xiàn)缺乏竣工資料和養(yǎng)護(hù)資料，可以在有條件的情況下進(jìn)行相應(yīng)的靜載實驗。通過靜載實驗來判斷各個斷面處的位移情況和破損問題，通過理論計算推斷出涵洞當(dāng)前的承載能力，最終提供可靠的資料以供改建設(shè)計者參考。

1.5 水文地質(zhì)資料

既有公路涵洞的加寬加固設(shè)計中，設(shè)計人員需要對水流量進(jìn)行重新計算，并結(jié)合計算結(jié)果來分析是否需要進(jìn)行加固處理。因此，在正式開展設(shè)計工作前一定要收集好相關(guān)的水文地質(zhì)資料，結(jié)合資料來開展設(shè)計工作，保證設(shè)計能滿足實際需求，最大限度上減少費用支出。

2 設(shè)計要點與加寬加固措施

2.1 涵洞驗算

進(jìn)行公路涵洞加寬加固設(shè)計時，首先需要開展涵洞驗算工作。如果涵洞的原有尺寸和結(jié)構(gòu)能滿足設(shè)計需求，那么僅需要將原有涵洞兩側(cè)的洞口和鋪砌以及路基等部分進(jìn)行拆除拓建。如果涵洞需要加長，路面加鋪或明涵變成了暗涵，原有涵洞蓋板無法滿足需求的要進(jìn)行拆除處理，對原有涵洞的臺身結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)等進(jìn)行加固處理。

2.2 加寬加固設(shè)計重點

首先，是涵洞裂縫的處理工作。裂縫會影響鋼筋混凝土的強(qiáng)度，同時開裂的問題也會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的鋼筋暴露，鋼筋出現(xiàn)腐蝕和混凝土的碳化。對于有的涵洞破損部位或者是裂縫比較明顯的部位，在處理中需要進(jìn)行注膠。對于裂縫比較小的部位則可以使用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行處理，裂縫較大的使用環(huán)氧樹脂膠結(jié)合沙子配合的材料進(jìn)行注膠，一般比例為環(huán)氧樹脂膠液：水泥：沙=100:160:320。

其次，公路涵洞的加寬加固設(shè)計中，需要重視強(qiáng)化設(shè)計。明涵中如果發(fā)現(xiàn)了行車道板有所損壞，那么則可以將涵頂鋪裝全部清除，無法使用的行車道板及時進(jìn)行更換，將原本發(fā)生錯位的一些行車道板進(jìn)行復(fù)位處理，縫隙處填塞油氈。同時需要對鉸縫內(nèi)的混凝土以及碎石等進(jìn)行清理，并在鉸縫兩側(cè)的行車道板頂植入鋼筋，深度一般為12cm，縱向間距為10cm。此后需要將植筋向企口縫隙處扳倒，并與行車道的植筋進(jìn)行焊接處理，并使用高強(qiáng)度砂漿進(jìn)行鉸縫的噴注。對于管涵涵身、暗涵和暗通道蓋板等使用粘鋼進(jìn)行加固，一般使用Q235 鋼板，厚度為6mm[2]。正式粘鋼前需要對表面雜質(zhì)進(jìn)行清理，并鑿毛，讓骨料徹底暴露。對于破損處使用環(huán)氧砂漿填補(bǔ)，而鋼板表面的一些污漬則需要徹底清除，并進(jìn)行防腐處理。

此外，還有涵洞積水的問題需要處理。很多公路涵洞都是下挖的，因此通道底部的標(biāo)高與外部的路面標(biāo)高相比較會低一些，容易發(fā)生積水問題，這會給涵洞的正常使用帶來一些不利影響。如果是積水情況不嚴(yán)重的通道，那么在涵洞口的改建中可以設(shè)置排水溝，將水流引入邊溝中去。如果是積水情況比較嚴(yán)重的通道，則可以在洞口的位置上設(shè)置截水溝或者集水池，以便于能將積水及時的引入到集水池中，提高排水效果。如果通道的積水情況通過這幾種處理方式都無法達(dá)到良好效果，還可以使用加裝雨棚的方法，盡量減少積水的流入。

2.3 不同類型涵洞加寬加固設(shè)計措施

2.3.1 鋼筋混凝土圓管涵

結(jié)合當(dāng)前的管節(jié)實際狀況，對原有的無法修復(fù)的破損處進(jìn)行拆除，對于破損不是很嚴(yán)重的部分進(jìn)行加固。進(jìn)行加寬工作時，需要對原管涵斜端管節(jié)進(jìn)行拆除，保留正端管節(jié)，新加長涵身、基礎(chǔ)與原涵不連接，并留有施工縫。新加長涵管內(nèi)徑與原有涵內(nèi)徑需保持一致。并對新加管節(jié)做好基礎(chǔ)處理工作，保證使用效果和質(zhì)量。

2.3.2 箱涵

如果新的路基箱涵頂填土不超過1.5m 的情況下，原箱涵翼板在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)需要將翼板頂部全部清除。當(dāng)原涵側(cè)墻、頂板用機(jī)具水平鉆孔植入連接鋼筋，需將底板鑿毛、鋼筋清潔并與加寬的部分進(jìn)行共同澆筑，形成一體[3]。

如果新的路基箱涵頂填土超過1.5m 的情況下，需要結(jié)合實際情況和專業(yè)理論進(jìn)行分析，新的箱涵與舊箱涵之間不做連接，在兩者之間設(shè)置斷縫，再向斷縫中填充瀝青麻絮。

2.3.3 拱涵

原拱涵和將要加長的新拱涵之間需要保留斷縫，縫隙中填充瀝青麻絮。對于新連接的部分拱圈使用砌石，如果跨徑比較大的情況下可以使用鋼筋混凝土作為拱圈。此外，原涵側(cè)墻保留的情況下新加長的涵臺需要使用與原涵臺一樣的材料，以便于提高施工質(zhì)量，保持一致性。

2.3.4 明蓋板涵與暗蓋板涵

（1）明蓋板涵。原蓋板涵不加高的時候如果原有蓋板能夠加以利用，則可以使用原蓋板，減少不必要的支出[4]。如果原蓋板損壞無法使用則可以制作新蓋板與加寬部分一起使用。當(dāng)縱斷設(shè)計線抬高，加寬后如果條件允許可以形成暗涵蓋板，這對于提升車輛行使的舒適度有一定幫助。設(shè)計中需要注意新加的長涵臺身、基礎(chǔ)和臺帽應(yīng)保持一致性，連接成為一體。將原有的涵身墻全高砌體拆成30cm 左右的鋸齒，臺身前砌塊石鑲面，臺后立模板后澆筑混凝土連接段，原本方太帽端全部清除，新的臺帽鋼筋伸入。此外，如果原涵臺身有嚴(yán)重的破損或者凍害等問題則需要進(jìn)行全面的挖除并重新填筑透水性較好的材料，無法修復(fù)的可以考慮拆除原有臺身，修建新的。

（2）暗蓋板涵。暗蓋板涵需要從實際受力情況方面來分析，新的路基箱涵頂填土超過1.5m的情況下，需要結(jié)合實際情況和專業(yè)理論進(jìn)行分析，新的箱涵與舊箱涵之間不做連接。新的路基涵頂填土小于或等于1.5m的情況下，臺帽、臺身和基礎(chǔ)連接方式與明蓋板涵相同[5]。當(dāng)原涵臺身明顯有破損或者凍害等問題則需要進(jìn)行全面的挖除并重新填筑透水性較好的材料，無法修復(fù)的可以考慮拆除重建。

3 加寬加固設(shè)計案例分析

3.1 涵洞破損情況分析

以某地區(qū)的二級公路現(xiàn)有拱涵為例。實地考察中發(fā)現(xiàn)涵洞內(nèi)部出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂縫和混凝土鋼筋保護(hù)層脫落等問題，并且側(cè)壁也出現(xiàn)了不同程度的損壞。由于重建需求較高，現(xiàn)有涵洞長度無法滿足實際要求，再加上受到地理環(huán)境等方面的限制使得施工開展受到阻礙，因此采取加寬加固措施是解決問題的合理方式。

分析該拱涵的損壞原因可知：拱頂?shù)闹饕茐脑蚴腔靥钔镣翆舆^厚導(dǎo)致的。拱腳與側(cè)墻頂缺少過度平滑性，導(dǎo)致應(yīng)力比較集中。拱頂長時間以來被壓壞，會導(dǎo)致拱腳應(yīng)力加重，水平剪應(yīng)力也隨之加大，最終導(dǎo)致拱腳發(fā)生剪切破壞。

3.2 設(shè)計措施

結(jié)合工程的實際情況，本次加固設(shè)計一方面需要提高拱部的抗彎強(qiáng)度，另一方面需要提升拱腳兩側(cè)的約束力從而減少拱腳內(nèi)向分力。此外需要進(jìn)一步調(diào)整拱部與邊墻連接線形，將集中應(yīng)力分散，從而改善拱部和邊墻的傳力途徑。進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時發(fā)現(xiàn)圓套拱結(jié)構(gòu)加固強(qiáng)度較好，并且有著明顯的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，因此本次的改建工程中采取該方法[6]。首先，利用圓套拱結(jié)構(gòu)施工較為方便，結(jié)構(gòu)合理；其次，圓套拱結(jié)構(gòu)的造價比較低，能減少不必要的支出。

另外，由于涵長無法滿足實際需求需要進(jìn)一步采取加寬設(shè)計，與原有涵臺順接，兩側(cè)各加寬3m。為了保證新舊涵臺結(jié)構(gòu)之間順利連接，需要對原有的涵臺表面進(jìn)行清理，將已經(jīng)剝落或者出現(xiàn)破損的部分進(jìn)行清理。沒有破損的位置則進(jìn)行清洗和表面的鑿毛。

本案例中備選加固采取植筋方式。植筋增大截面的加固措施在當(dāng)前的公路改建工程中十分常見，通過這種方法能有效的增加拱部抗彎強(qiáng)度，不影響原有的下部過水?dāng)嗝?，并且能實現(xiàn)有效優(yōu)化拱腳線形，結(jié)構(gòu)較為合理。同時，整體技術(shù)操作層面較為簡單，施工經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)?？梢哉f從各個角度來看該種方法都是比較能符合要求的。具體做法為：在主涵洞頂端設(shè)置一個圓形套拱，圓弧內(nèi)徑為2037mm，縱向鋼筋Φ12@150，環(huán)向鋼筋Φ22@150，拱頂和原拱頂之間的間距為150mm。在原混凝土結(jié)構(gòu)中沿著環(huán)向來植入鋼筋作為箍筋，型號為Φ12@250U形鋼筋，并且保證厚度大于50mm[7]。

4 結(jié)束語

公路工程是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和公共交通建設(shè)的重要部分，涵洞加寬加固設(shè)計則直接關(guān)系到公路的使用效果和安全，需格外重視。涵洞加固加寬設(shè)計方案很多，每一種方案都有自身的優(yōu)勢和不足，需要結(jié)合公路實際情況和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境氣候等條件綜合選擇。同時在進(jìn)行加寬加固設(shè)計時需要不斷的進(jìn)行方案優(yōu)化，促使改建后的涵洞結(jié)構(gòu)更加合理。只有選擇了合適的加寬加固設(shè)計方案才能真正達(dá)到設(shè)計的安全性和經(jīng)濟(jì)性。