鋼筋混凝土箱涵加固設計研究

王偉偉

（山東省濱州公路工程有限公司，山東 濱州 256600）

0 引言

橋涵維修加固技術應用的要點是制定合理的加固方案，優化橋梁加固施工工序。首先，要對橋涵進行實地測量，設計橋涵維修加固施工圖紙，并由監理人員進行驗收。在設計橋涵維修加固施工方案和圖紙的過程中，要結合具體情況進行經濟分析和評估。其次，隨著科學技術的發展，橋涵維修加固技術也在不斷地改進，因而在施工過程中，不能一味地根據經驗采用傳統的施工技術，要運用現代化的加固技術設計橋涵維修加固方案。本文主要以一座鋼筋混凝土箱涵為研究對象，對其加固設計進行分析研究。

1 工程概況

淮陽縣弦歌路與龍都路交叉口處弦歌西路與弦歌東路有錯位，現在實施的淮陽縣弦歌路與龍都路交叉口改造工程將弦歌西路向東延伸后與現有弦歌東路順接，使弦歌路東西向暢通，車輛行駛順適。

原弦歌東路南側為南關溝，溝與道路平行，跨溝設置為2～2.8m（凈跨）暗涵，弦歌東路改建段跨越該暗涵后與原有道路匯合，改建路線與涵洞交角14°。根據業主及施工單位反映情況，結合調查及驗算結果，該涵洞不能滿足改建道路載荷要求，需對該涵洞進行加固設計，該涵洞基本情況如下：（1）孔跨及凈高：2～2.8（凈跨）×2（凈高）箱涵；（2）設計荷載：城市-B級；（3）暗涵，設計填高1m左右；（4）C30鋼筋混凝土頂板厚23cm，C25鋼筋混凝土底板厚25cm，C25鋼筋混凝土兩側墻厚20cm；中墩為磚砌37墻，含抹面厚度40cm。

2 箱涵存在的主要問題

根據設計圖紙，涵洞頂板為2~2.8m（凈跨）簡支鋼筋混凝土蓋板，預制板寬98cm，根據現場調查，該涵洞實際施工時，頂板改為兩跨整體現澆，墩頂連續，鋼筋規格及鋼筋布置基本按原設計設置，未做調整，該變動導致頂板在中墩處連續，該處承受負彎矩，而板頂配筋按原設計為構造配筋，無法滿足實際受力要求。

（1）根據現場鉆孔取芯調查，原涵洞頂板施工時受施工條件和施工水平影響，上層鋼筋網普遍存在下撓現象，導致頂板下緣配筋偏安全，上緣配筋幾乎為零。

（2）根據現場局部破拆調查，原涵洞側墻厚度實際為16cm左右，小于設計值20cm。

3 結構抗彎承載力驗算

采用midas軟件對結構在荷載基本組合作用下的極限承載能力進行了驗算，主要參數如下：

（1）結構體系：側墻與底板剛接形成U型整體框架，頂板與側墻、中墩鉸接；涵長方向取22m長度；側墻厚度按16cm驗算，其余構造尺寸和配筋按原設計驗算；

（2）按剛性基礎考慮，涵頂填方高度按1m考慮；

（3）荷載組合：基本組合：1.2（恒載）+1.4（城-B）+1.12（人群荷載）；

（4）荷載工況：改建道路與涵洞涵長方向交角14°，驗算采用2種極限情況使得驗算荷載能包絡可能產生的最大荷載效應，即工況一：活載沿涵跨方向，交角90°；工況二：活載沿涵長方向，交角0°；

（5）驗算內容：結構各部位正截面抗彎承載力驗算。

兩種工況下的驗算結果見表1、表2。驗算結構簡圖及單元劃分見圖1、圖2。加固前后的結構彎矩包絡圖見圖3、圖4。

圖1 驗算結構簡圖

圖2 驗算結構單元、節點劃分

圖3 工況一加固前后結構彎矩包絡圖

圖4 工況二加固前后結構彎矩包絡圖

表1 兩種工況下加固前頂板正截面彎矩驗算

表2 兩種工況下加固前后側墻正截面彎矩驗算

4 橋涵加固設計方案

4.1 涵洞頂板加固方案

鑒于頂板中墩處上緣配筋不滿足受力要求，本設計采用在原有板頂加鋪12cm厚C40鋼筋混凝土結構面板進行加固，既增加了頂板厚度，改善頂板整體承載能力，同時加鋪結構面板內按計算配置雙向鋼筋網，以滿足中墩處頂板上緣受力要求。

（1）清理原有涵頂混凝土結合面，徹底清除表面浮土，油污，表面松散混凝土應予鑿除。

（2）在原有板頂鉆孔，植入HRB400d=16mm剪力鋼筋，加強新老混凝土層的連接。

（3）加鋪結構面板內配置雙向鋼筋網，跨徑方向配置HRB400d=25mm鋼筋，布置間距為10cm；涵長方向配置HRB400d=16mm鋼筋，布置間距為10cm。

（4）加鋪12cm厚C40混凝土結構面板。

（5）加鋪結構面板沿涵長方向每20m設沉降縫一道（原結構沉降縫對應位置），縫寬1cm，縫內填塞高密度聚氨酯彈性體。

4.2 涵洞側墻加固方案

原設計為厚度20cm鋼筋混凝土側墻，施工時，側墻實際厚度僅有16cm左右，根據計算涵洞側墻不滿足受力要求。本設計采用在側墻設置30cm厚扶壁柱的方案對側墻進行加固，扶壁柱沿涵長方向每3m設置一道。

（1）清理側墻與扶壁柱結合處混凝土表面，考慮水下環境及水污染，建議結合面整體鑿除5mm深度表面，同時起到拉毛表面作用。

（2）按設計植入HRB400d=16mm剪力鋼筋，加強新老混凝土層的連接。

（3）制作、安裝扶壁柱鋼筋。

（4）澆筑C40自密實快硬混凝土。

（5）施工期間考慮抽排降水。

4.3 涵洞中墩加固方案

原結構中墩為磚砌37墻，含抹面厚度40cm，考慮結構的使用現狀及其耐久性，本設計采用在中墩兩側表面設置2.5cm厚環氧類聚合物砂漿+碳纖維網格系統進行加固，提高砌體結構的耐久性。

（1）清理中墩原砂漿表面，考慮水下環境及水污染，建議結合面整體鑿除3~5mm深度表面，同時起到拉毛表面作用。原抹面破損、空洞部位應清理干凈表面后，用聚合物砂漿進行修補。

（2）基層進行預浸濕處理。

（3）鋪設CFN 200/200雙向碳纖維網格，網格拼接處應留25cm搭接長度。

（4）人工鋪筑2.5cm厚環氧類聚合物砂漿，可采用瓦刀分層刮涂密實，表面應刮涂平整。

5 結束語

橋涵加固施工是對在役橋梁缺陷和病害的處理，與新建、改建相比，情況更復雜，動態施工在加固工程中尤為重要。必須加強施工前的復查和施工中的觀測與檢查，及時反饋信息指導施工。在施工前，若發現原結構或相關工程隱蔽部位的構造有嚴重缺陷或與設計不相符的情況，應通知設計單位修改方案。