高速公路改扩建涵洞加宽设计

常佳佳，吴 昊

河南省交通科学技术研究院勘察设计所（450000）

高速公路改扩建涵洞加宽设计

常佳佳，吴 昊

河南省交通科学技术研究院勘察设计所（450000）

通过高速公路加宽设计中涵洞的验算、加固、各部分设计计算主要内容的阐述，以此来介绍高速公路加宽设计中的设计要点。

加固处理；加宽改造；涵洞设计

高速公路建设是国家基础设施的一项重要任务,对社会经济起着至关重要的作用。随着我国经济建设的快速发展，一些在20世纪60～80年代早期建设的四车道高速公路项目由于社会交通运输量的激增，长期满负荷运营，已经不能满足需求，面临进一步大修、改造的要求。改扩建工程不仅能减少占地，降低对环境的影响，又能充分利用大部分原有路基和构造物，比新建工程大大降低项目造价，因此经过预测和技术评价，改扩建被优先考虑，例如沈大高速、哈大高速的局部或全部加宽改造等。

在加宽项目中，所有桥涵都需要拓宽，各种类型的涵洞占有数量比较大，其中结构计算、绘图，工程量计算统计等需要的工作量都很大，所以加宽工程需要考虑的因素很多。

涵洞从使用功能上分为过水涵洞和通行通道,从填土可以分为明涵和暗涵。根据基础形式还可分为整体式和分离式，此外，还可以采用桩基础。洞口形式可以分为八字墙、一字墙、跌水井、急流坡及不同的组合。而旧有涵洞往往存在对承载力产生不利影响的破损，例如裂纹、蜂窝、麻面、漏筋等，如不进行补强，将会留有安全隐患。因此涵洞改扩建设计主要包括原涵洞验算和加固、新旧连接部位处理、涵洞设计三部分。

1 涵洞验算

对于原涵结构尺寸满足设计要求的,只需要用拆除原涵两侧的洞口和铺砌以及路基、路面施工的部分，按照计算的加宽涵长的尺寸接长并新建洞口。由于涵洞加长，路面加铺或者明涵变成了暗涵,所以原涵洞盖板不满足要求的应拆除重建，对原有涵洞的台身结构、基础等进行加固处理。

2 加固处理

2.1 裂缝处理

由于裂缝会产生开裂部分退出工作,影响钢筋和混凝土的粘结强度，另一方面开裂会使混凝土内部钢筋暴露，影响混凝土的碳化和钢筋的腐蚀。

对于有露筋、狗洞的破损部位，以及破坏严重、裂缝较多的台身进行注胶处理:裂缝小的用环氧树脂胶处理（主剂由环氧树脂、稀释剂糠醛或者丙酮、促凝剂苯酚、固化剂乙二胺四部分组成），裂缝大的用环氧树脂胶和砂子配合处理配合比按照环氧胶液:水泥:砂=100:160:320配比。

2.2 加强设计

对于明涵来说，当发现行车道板有破坏时，将涵顶铺装全部凿除，不能使用的行车道板进行更换，将错位、错台的行车道板吊装复位，端缝处填塞油毡，板底与台帽间垫1 cm厚油毡。将铰缝内的细石混凝土清理干净，然后在铰缝两侧的行车道板顶植筋，植入深度为12 cm，纵向间距10 cm。将植筋均向企口缝处扳倒,与相临行车道板的植筋相互焊接，然后向铰缝内喷注高强复合砂浆。在行车道板相邻板块底部边角处，采用环氧树脂粘贴锚固钢板。

而对于管涵涵身及暗涵、暗通道盖板、拱涵拱圈采用粘钢加固，粘钢采用Q235钢板，厚度6 mm。粘钢前将混凝土表面的破碎部分清除。然后进行凿毛，使骨料外露，清除浮尘。对破损部分用环氧砂浆补平。钢板表面的油污和铁锈必须清除干净。钢板表面应做密封防腐蚀处理。

2.3 通道积水

由于通道很多是下挖的，通道底的标高比通道外侧的路面标高底，难免出现积水现象，影响通道的通行能力。对于积水较少的通道,可以通过在洞口处设置排水沟将水引向边沟，而积水较多的通道可以在洞口处设置截水沟和集水池，将水引向集水池，当通道积水无法排入边沟及蒸发池中时，采用雨篷。

3 新旧涵洞连接

一般加宽为双侧加宽,在匝道和分离式路基情况下,会出现单侧加宽的情况。根据涵洞顶填土的高低可以采用连接和分离两种形式处理。当填土较小时，将原涵台帽凿出约1 m,与新建的台帽连成整体，把原涵全高砌体拆成30 cm左右的锯齿形企口，新加长涵台墙身也砌成锯齿形企口，台前砌块石镶面，台后立模板中间现浇40 cm C25素混凝土。对于填土较高时，在新旧涵之间设置沉降缝，当一侧接长3～5 m以上时，可以在每4 m设置一道沉降缝，以避免温度变化、混凝土收缩和徐变产生的地基不均匀沉降。

4 涵洞设计

4.1 计算部分

根据外业测量资料和新路线资料计算涵洞相关的填土高度、标高，左右涵长，结构强度，地基承载力，各部分工程数量等。

由外业调查的原有涵洞结构类型、交角、中心桩号、涵底标高、进出口型式等等，对不满足要求的及破坏严重的涵洞应该按新建涵洞设计。这里不再讨论。可以利用的涵洞，根据加宽路基断面信息（行车道、路肩、车道数及荷载信息等），确定涵洞填土高度和相应的涵台尺寸，确定设计方案。

对于全部利用的涵洞,按照要求拆除原有涵洞两端的洞口和铺砌以及有碍路基和路面施工的部分。对于部分利用的涵洞,由于路面加铺引起填料厚度的变化或者涵洞填土的变化（明涵变暗涵），原涵盖板不能满足要求时应拆除新建，对原涵台和基础进行加固，加宽部分按照新建的结构尺寸，洞口形式进行设计。

4.1.1 盖板的设计

原有涵洞盖板是按照1988年《桥涵规范》设计的，原涵设计的截面和配筋需通过05年的 《钢筋混凝土桥涵设计规范》进行验算，看是否满足新规范要求。盖板计算包括持久状况承载能力极限状态和持久状况正常使用极限状态的验算。前者需要验算正截面抗弯、配筋率、斜截面抗剪。而持久状态正常使用极限状态需要验算裂缝、挠度和稳定性。通过上述计算可知,承载力极限状态计算一般是以斜截面抗剪强度控制设计的。当盖板设计为双筋截面时，可提高延性和抗震性能，减少挠度。而正常使用极限状态也很重要，即使承载能力通过了，也有正常使用通不过验算的情况。所以两者要结合计算。

4.1.2 台身验算

台身的计算包括偏心受压承载力、正截面受弯承载力验算和直接受剪计算。验算偏心受压承载力，控制设计主要是偏心距e的大小，当偏心距大于0.6 s的限值时，截面的偏心受压会迅速下降，所以要合理设计台身的宽度和盖板的搭接长度。而偏心受压通过后，一般台身的抗弯和抗剪都可以通过。

4.1.3 基础的验算

涵洞的基础分为整体式基础和分离式基础。基础按照一般构件的偏心受压计算进行。

对于分离式基础注意刚性角的扩算要求,而对于整体式基础，因为地基反力是按照均匀分布考虑的，因此可将基础按照两端悬臂的受弯构件计算其内力和验算。

4.2 绘图和工程量计算

绘图部分包括盖板涵（圆管涵、箱涵）一般构造图、钢筋构造图（盖板、台帽、圆管管节、台身基础）等。工程量计算为新增涵洞部分的工程数量。

4.3 基础形式

当地质条件不好的时候，如软土地基，地基容许承载力与基底应力差别不大时,可考虑整体式基础或者夯实换填的方法等加固基础,用砂砾垫层加固地基，挖除基底下软土，换填砂砾等。若相差很大，应考虑采用桩基础、粉喷桩、碎石桩等处理，既减少新旧涵的沉降差，又可以提高承载力。

5 结语

随着我国高速公路的迅猛发展和持续激增,现有高速公路的加宽改造项目会越来越多。通过对加宽路段原有涵洞的调查和地质的勘察,合理的加固原有涵洞和设计加宽段涵洞，制定最优化的方案，使改造工程不仅能达到设计安全，而且更经济、合理。