高速公路改擴建涵洞加寬設計

常佳佳，吳 昊

河南省交通科學技術研究院勘察設計所（450000）

高速公路改擴建涵洞加寬設計

常佳佳，吳 昊

河南省交通科學技術研究院勘察設計所（450000）

通過高速公路加寬設計中涵洞的驗算、加固、各部分設計計算主要內容的闡述，以此來介紹高速公路加寬設計中的設計要點。

加固處理；加寬改造；涵洞設計

高速公路建設是國家基礎設施的一項重要任務,對社會經濟起著至關重要的作用。隨著我國經濟建設的快速發展，一些在20世紀60～80年代早期建設的四車道高速公路項目由于社會交通運輸量的激增，長期滿負荷運營，已經不能滿足需求，面臨進一步大修、改造的要求。改擴建工程不僅能減少占地，降低對環境的影響，又能充分利用大部分原有路基和構造物，比新建工程大大降低項目造價，因此經過預測和技術評價，改擴建被優先考慮，例如沈大高速、哈大高速的局部或全部加寬改造等。

在加寬項目中，所有橋涵都需要拓寬，各種類型的涵洞占有數量比較大，其中結構計算、繪圖，工程量計算統計等需要的工作量都很大，所以加寬工程需要考慮的因素很多。

涵洞從使用功能上分為過水涵洞和通行通道,從填土可以分為明涵和暗涵。根據基礎形式還可分為整體式和分離式，此外，還可以采用樁基礎。洞口形式可以分為八字墻、一字墻、跌水井、急流坡及不同的組合。而舊有涵洞往往存在對承載力產生不利影響的破損，例如裂紋、蜂窩、麻面、漏筋等，如不進行補強，將會留有安全隱患。因此涵洞改擴建設計主要包括原涵洞驗算和加固、新舊連接部位處理、涵洞設計三部分。

1 涵洞驗算

對于原涵結構尺寸滿足設計要求的,只需要用拆除原涵兩側的洞口和鋪砌以及路基、路面施工的部分，按照計算的加寬涵長的尺寸接長并新建洞口。由于涵洞加長，路面加鋪或者明涵變成了暗涵,所以原涵洞蓋板不滿足要求的應拆除重建，對原有涵洞的臺身結構、基礎等進行加固處理。

2 加固處理

2.1 裂縫處理

由于裂縫會產生開裂部分退出工作,影響鋼筋和混凝土的粘結強度，另一方面開裂會使混凝土內部鋼筋暴露，影響混凝土的碳化和鋼筋的腐蝕。

對于有露筋、狗洞的破損部位，以及破壞嚴重、裂縫較多的臺身進行注膠處理:裂縫小的用環氧樹脂膠處理（主劑由環氧樹脂、稀釋劑糠醛或者丙酮、促凝劑苯酚、固化劑乙二胺四部分組成），裂縫大的用環氧樹脂膠和砂子配合處理配合比按照環氧膠液:水泥:砂=100:160:320配比。

2.2 加強設計

對于明涵來說，當發現行車道板有破壞時，將涵頂鋪裝全部鑿除，不能使用的行車道板進行更換，將錯位、錯臺的行車道板吊裝復位，端縫處填塞油氈，板底與臺帽間墊1 cm厚油氈。將鉸縫內的細石混凝土清理干凈，然后在鉸縫兩側的行車道板頂植筋，植入深度為12 cm，縱向間距10 cm。將植筋均向企口縫處扳倒,與相臨行車道板的植筋相互焊接，然后向鉸縫內噴注高強復合砂漿。在行車道板相鄰板塊底部邊角處，采用環氧樹脂粘貼錨固鋼板。

而對于管涵涵身及暗涵、暗通道蓋板、拱涵拱圈采用粘鋼加固，粘鋼采用Q235鋼板，厚度6 mm。粘鋼前將混凝土表面的破碎部分清除。然后進行鑿毛，使骨料外露，清除浮塵。對破損部分用環氧砂漿補平。鋼板表面的油污和鐵銹必須清除干凈。鋼板表面應做密封防腐蝕處理。

2.3 通道積水

由于通道很多是下挖的，通道底的標高比通道外側的路面標高底，難免出現積水現象，影響通道的通行能力。對于積水較少的通道,可以通過在洞口處設置排水溝將水引向邊溝，而積水較多的通道可以在洞口處設置截水溝和集水池，將水引向集水池，當通道積水無法排入邊溝及蒸發池中時，采用雨篷。

3 新舊涵洞連接

一般加寬為雙側加寬,在匝道和分離式路基情況下,會出現單側加寬的情況。根據涵洞頂填土的高低可以采用連接和分離兩種形式處理。當填土較小時，將原涵臺帽鑿出約1 m,與新建的臺帽連成整體，把原涵全高砌體拆成30 cm左右的鋸齒形企口，新加長涵臺墻身也砌成鋸齒形企口，臺前砌塊石鑲面，臺后立模板中間現澆40 cm C25素混凝土。對于填土較高時，在新舊涵之間設置沉降縫，當一側接長3～5 m以上時，可以在每4 m設置一道沉降縫，以避免溫度變化、混凝土收縮和徐變產生的地基不均勻沉降。

4 涵洞設計

4.1 計算部分

根據外業測量資料和新路線資料計算涵洞相關的填土高度、標高，左右涵長，結構強度，地基承載力，各部分工程數量等。

由外業調查的原有涵洞結構類型、交角、中心樁號、涵底標高、進出口型式等等，對不滿足要求的及破壞嚴重的涵洞應該按新建涵洞設計。這里不再討論。可以利用的涵洞，根據加寬路基斷面信息（行車道、路肩、車道數及荷載信息等），確定涵洞填土高度和相應的涵臺尺寸，確定設計方案。

對于全部利用的涵洞,按照要求拆除原有涵洞兩端的洞口和鋪砌以及有礙路基和路面施工的部分。對于部分利用的涵洞,由于路面加鋪引起填料厚度的變化或者涵洞填土的變化（明涵變暗涵），原涵蓋板不能滿足要求時應拆除新建，對原涵臺和基礎進行加固，加寬部分按照新建的結構尺寸，洞口形式進行設計。

4.1.1 蓋板的設計

原有涵洞蓋板是按照1988年《橋涵規范》設計的，原涵設計的截面和配筋需通過05年的 《鋼筋混凝土橋涵設計規范》進行驗算，看是否滿足新規范要求。蓋板計算包括持久狀況承載能力極限狀態和持久狀況正常使用極限狀態的驗算。前者需要驗算正截面抗彎、配筋率、斜截面抗剪。而持久狀態正常使用極限狀態需要驗算裂縫、撓度和穩定性。通過上述計算可知,承載力極限狀態計算一般是以斜截面抗剪強度控制設計的。當蓋板設計為雙筋截面時，可提高延性和抗震性能，減少撓度。而正常使用極限狀態也很重要，即使承載能力通過了，也有正常使用通不過驗算的情況。所以兩者要結合計算。

4.1.2 臺身驗算

臺身的計算包括偏心受壓承載力、正截面受彎承載力驗算和直接受剪計算。驗算偏心受壓承載力，控制設計主要是偏心距e的大小，當偏心距大于0.6 s的限值時，截面的偏心受壓會迅速下降，所以要合理設計臺身的寬度和蓋板的搭接長度。而偏心受壓通過后，一般臺身的抗彎和抗剪都可以通過。

4.1.3 基礎的驗算

涵洞的基礎分為整體式基礎和分離式基礎。基礎按照一般構件的偏心受壓計算進行。

對于分離式基礎注意剛性角的擴算要求,而對于整體式基礎，因為地基反力是按照均勻分布考慮的，因此可將基礎按照兩端懸臂的受彎構件計算其內力和驗算。

4.2 繪圖和工程量計算

繪圖部分包括蓋板涵（圓管涵、箱涵）一般構造圖、鋼筋構造圖（蓋板、臺帽、圓管管節、臺身基礎）等。工程量計算為新增涵洞部分的工程數量。

4.3 基礎形式

當地質條件不好的時候，如軟土地基，地基容許承載力與基底應力差別不大時,可考慮整體式基礎或者夯實換填的方法等加固基礎,用砂礫墊層加固地基，挖除基底下軟土，換填砂礫等。若相差很大，應考慮采用樁基礎、粉噴樁、碎石樁等處理，既減少新舊涵的沉降差，又可以提高承載力。

5 結語

隨著我國高速公路的迅猛發展和持續激增,現有高速公路的加寬改造項目會越來越多。通過對加寬路段原有涵洞的調查和地質的勘察,合理的加固原有涵洞和設計加寬段涵洞，制定最優化的方案，使改造工程不僅能達到設計安全，而且更經濟、合理。