随岳高速公路圆管涵开裂原因与套管加固技术

何浩旻 曲 直

(湖北省交通运输厅随岳高速公路管理处，湖北 武汉 430000)

随岳高速公路圆管涵开裂原因与套管加固技术

何浩旻 曲 直

(湖北省交通运输厅随岳高速公路管理处，湖北 武汉 430000)

从设计、施工、养护和涵管生产四个方面分析了圆管涵开裂原因，并结合随岳高速公路K114+738套管加固工程案例，总结了实用的圆管涵套管加固施工工艺和质量控制要点，实践表明，圆管涵套管加固技术可以较好地处治管节开裂问题，提高混凝土圆管涵的抗病害能力，保障高速公路的安全畅通。

圆管涵，涵管开裂，套管加固，施工工艺

1 概述

钢筋混凝土圆管涵以其高效的工厂化预制、便捷的安装工艺和较好的结构受力及经济性能而在公路中得到极为广泛的应用。随岳高速公路地形复杂，桥涵众多，涵管裂缝时有发生，为今后的道路正常使用埋下了隐患，还可能造成路基下沉，路面断裂现象，直接威胁到道路的安全畅通。

2 随岳高速公路桥涵情况概述

2.1 工程概况

随(州)岳(阳)高速公路是国家骨架公路网重要的加密线，北连河南，起于随州市淮河镇；南接湖南，止于湖南省岳阳市道仁矶镇；途经湖北随州、京山、天门、仙桃、监利等地，全线为全封闭式立交四车道高速公路，采用平原微丘高速公路标准建设，设计速度为100 km/h，路基宽度26 m(整体式)、2×13 m(分离式)，桥涵设计荷载为公路—Ⅰ级，2005年9月开工建设，2010年12月9日全线贯通。

随岳高速公路所在地区具有多元的地貌特征和复杂的地质构造，穿越桐柏山至大别山造山带和扬子地块两大构造区，变质岩、岩浆岩、灰岩分布广泛，沿途不良地质现象种类多、分布广，破碎岩质边坡，软土地基，膨胀土地基，喀斯特岩溶等随处可见，给高速公路的建设施工和运营养护带来了一系列难题，例如，岩质边坡碎落、滑塌、软基沉陷、桥头跳车、不均匀沉降导致的路面纵向裂缝等。

2.2 桥涵概况

随岳高速公路北段和中段共有桥梁551座，其中特大桥2座、大桥101座、中桥101座、小桥347座，桥梁合计长度44 525.39 m；北段和中段共有涵洞712道，以圆管涵和盖板涵为主要形式，其中圆管涵367道，占该区段涵洞总数的51.54%。

3 高速公路圆管涵开裂原因分析

3.1 圆管涵病害情况

通过查看桥涵检查资料和现场实地调查，圆管涵的病害主要发生在洞身，明显的集中在沿涵洞纵向的中部。混凝土管节贯通性纵向裂缝、边缘破损、剥落等病害均有分布，其中涵管顶部左右45°范围内出现比较有规律的纵向裂缝，裂缝的宽度约在0.15 mm～2 mm不等，其长度贯穿每节混凝土预制管。

随岳高速公路K114+738圆管涵于2007年与随岳中高速公路同期建成通车，圆管涵长42.0 m，结构组合为2-φ1.5 m。2012年桥涵检查资料显示K114+738处圆管涵涵管顶部存在不同程度的纵向裂缝，其中裂缝最大宽度达0.86 mm。因此将该处圆管涵加固维修列入“随岳高速公路2013年年度养护计划”，2013年4月对该圆管涵进行进一步检测发现，圆管涵病害有发展的趋势，两道圆管涵第2号～第20号节顶部、底部均出现不同程度的纵向贯穿裂缝，其中裂缝最大宽度达1.1 mm，局部存在混凝土破损锈胀露筋，管基被流水冲刷掏空，接头处渗水钙化物析出。

3.2 圆管涵开裂原因分析

圆管涵受到土压力(包括垂直向和侧向)、施工荷载、运营期间行车荷载、管节自重的共同作用。圆管涵开裂是多方面原因综合作用的结果，有来自设计阶段图集套用不当、施工期间施工荷载及涵管周围土体压实问题、运营养护期间的病害防治等。

1)设计方面。

圆管涵通常被认为是过水设施，仅按标准图集选用而不作针对特殊地形、地质条件的专门设计；设计中，圆管涵的荷载计算理论尚未达成共识，规范中推荐荷载结构法计算涵管内力，但该方法未考虑圆管涵与周围土体的共同作用；涵基设计埋深未按当地最大冲刷深度和最大冻深双重确定，造成涵基冲刷掏空或冻融破坏，这些都会导致圆管涵出现病害。

2)施工质量因素。

圆管涵涵顶填土高度没有达到设计要求时，有重载施工车辆通过；涵管周围土体填筑时未使用小型夯实机械夯实，涵管在垂直压力作用下因横向约束不足，而产生竖向压缩变形，横向膨胀变形，导致管顶开裂；涵基处理效果不佳，地基承载力不足，尤其在软土地区，过大的沉降量而引起涵管纵向变形，这些都会造成圆管涵不同程度的开裂。

3)养护原因。

当前道路管养单位比较重视桥梁的检查、养护维修，而涵洞的常规检查工作常被放在次要的位置，造成涵洞病害和隐患发现滞后。

4)圆管涵预制质量。

当前，圆管涵较多采用离心法生产，生产工艺难度较大，涵管混凝土易出现离析，进而降低其强度和耐久性，为运营期间的开裂埋下隐患。

4 随岳高速公路圆管涵套管加固技术

4.1 原材料及施工工艺流程

4.1.1 套管加固技术原材料

为使内套涵管和原涵管最大面接触共同支撑受力，避免应力集中，同时保证内套涵管的排水排污孔径，应有专业涵管厂家按照设计图纸预制。内套涵管内径1.0 m，壁厚10 cm，混凝土设计强度等级为C30，原涵管内径为1.5 m，两涵管之间预留15 cm空隙，采用小石子混凝土填充，小石子混凝土设计强度等级为C40。为便于施工，保证原涵管、内套涵管接头相互错开，涵管长度按1.0 m，0.5 m两种型号定制加工。

4.1.2 施工工艺流程

圆管涵套管加固技术主要施工工艺流程如图1所示。

4.2 主要施工步骤

4.2.1 涵管内抽水、清淤

施工前，先截断涵管两端水源，再用潜水泵将涵管内积水抽干，对涵管内淤泥、杂草进行清理，保证涵管内干燥、清洁。

4.2.2 原涵管裂缝处理、管基处理

涵管的裂缝应进行封缝灌缝，防毛细水渗入涵管腐蚀钢筋，造成更大裂缝。缝修补前应组织专业技术人员全面检测涵管裂缝，测量裂缝长度及宽度:1)宽度<0.05 mm的表面裂纹，不作处理；2)凡0.05 mm≤宽度<0.15 mm的裂缝(不含出现渗水的裂缝)，只作表面封缝；3)凡宽度≥0.15 mm的裂缝或出现渗水、钙化的裂缝，进行灌缝处理。涵基有冲刷掏空的情况时，应首先对涵基进行填充补强处理。

4.2.3 原涵管表面缺陷修补

混凝土表面缺陷修补是针对结构蜂窝、麻面、空(孔)洞、混凝土疏松、露筋等病害，对于蜂窝、麻面及孔洞采用微膨胀性的环氧砂浆，露筋部分进行除锈并涂抹环氧浆液。

4.2.4 铺设导轨、内套涵管定位安装

选用两根3 cm槽钢铺设在原涵管下端作为运输轨道，并将槽钢用膨胀螺栓固定在原涵管底部，方便内套涵管运送、定位。内套涵管定位安装时，现场放线确定槽钢位置，利用吊车配合手拉葫芦将内套涵管吊到槽钢轨道上，卷扬机或手拉葫芦通过滑轮组牵引至预定位置，再用钢板垫块将内套涵管稳固定位，保证原涵管、内套涵管中间15 cm的间隙，内套涵管接头与原涵管接头错开。

4.2.5 涵管端头间隙封闭处理

根据两涵管端头间隙尺寸，加工合适的木模板，对进场后的模板首先进行验收，合格后投入使用，每次安装模板前，均对模板上的混凝土渣进行清除，并涂上一层脱模剂。同时用膨胀螺栓将模板固定在两涵管端头，并用泡沫胶粘贴在模板边缘，以防止浆液外露，并在模板预留混凝土入口。

4.2.6 涵管间隙浇筑混凝土

混凝土施工采用现场集中拌合，料斗运输配合小溜槽入模，混凝土浇筑前，适量用水湿润料斗、小溜槽，同时检查模板安装是否存在间隙，以防止浆液外露。施工时，用预制小溜槽从模板预留的混凝土入口向空隙内浇筑混凝土，为防止浇筑不均匀，避免产生空洞，须用振捣棒配合人工振捣，浇筑应一次性完成。现场浇筑的混凝土应进行检测，当混凝土坍落度低于设计坍落度下限值时不得施工。

待混凝土初凝之后，拆除模板，检查混凝土的密实度，如发现局部存在空洞，须在涵管顶部钻孔，采用高压注入水泥净浆，使空洞密实。压浆时应从低向高压注，压力不得骤然加压，应逐渐变高，压力表控制在0.6 MPa，压浆结束后，持压5 min，如果压力下降，进行二次补压，直到压力稳定为止，压浆结束后立即拆除管道，清洗干净。

考虑到涵管管道过长、间隙较小，决定采取分节段施工，待检查验收合格后，重复上述操作进行后续节段涵管施工，直至每节段涵管施工完成。每节段涵管施工之前，根据涵管安装走向以及实际地形情况，处理好涵管之间标高、涵底标高与两端地形标高的衔接，确保衔接平顺，保证涵管良好的工作性能。

4.3 施工控制要点

4.3.1 套管加固技术适用条件

1)当圆管涵破坏严重，涵管沉降量较大，截面变形严重，钢筋断裂外露等都无法采用套管加固技术。

2)套管必须满足水力计算。套管加固会对原设计涵管的流量和流速产生影响，当套管经水力计算无法满足排水要求时，不能用套管技术。

3)圆管涵上下游必须有足够的场地，并有良好的施工环境。假如上下游淤泥很深，而且场地狭窄，就无法保证该工程的顺利开展。

4.3.2 加强预制圆管涵的质量监测

套管加工前，应向生产厂家明确管节技术参数及质量要求；加工完成后，应组织专业人员对管节进行检测，剔除质量不达标的涵管，确保进入涵洞的每节涵管都能满足设计强度要求。

4.3.3 严格按规范进行施工

圆管涵套管施工之前，应编制科学合理的施工方案，并经监理和养护站审批，施工过程严格按施工方案进行。

4.4 圆管涵病害治理效果

随岳高速公路K114+738套管加固处治于2013年9月完成，经过6个月的观测，该处圆管涵开裂没有再出现，有效地抵抗了挤压变形，提高了混凝土圆涵的抗病害能力,保障了高速公路的安全畅通。

5 结语

圆管涵的结构安全关乎道路安全畅通，应引起养护管理部门的重视。本文从设计、施工、养护和涵管生产四个方面分析了圆管涵开裂原因，并结合随岳高速公路K114+738套管加固工程的实践，总结出实用的圆管涵套管加固施工工艺和质量控制要点，加强涵管的施工工艺和预制生产管控是有效地防止其开裂的关键。实践表明，圆管涵套管加固技术可以较好地处治管节开裂问题，提高混凝土圆管涵的抗病害能力，保障高速公路的安全畅通。

为了更好地利用套管加固技术治理圆管涵开裂等，尚需对其加固机理、加固体受力特征等进行大量的现场试验和理论分析，寻求更加科学、经济的随岳高速公路圆管涵套管加固设计理论和施工技术。

[1] 朱梦良，张建仁，李海梁.钢筋混凝土圆管涵破裂原因分析与防治[J].公路交通科技，2000，17(1)：24-27.

[2] 陈华有.北流—宝圩二级公路圆管涵加固设计与施工[J].西部交通科技，2008(6)：46- 48，55.

[3] 娄弈红，杨 虹.钢筋混凝土圆管涵破裂原因分析[J].中外公路，2002，22(5)：50-53.

[4] 汪天辉.浅谈圆管涵套管加固技术在工程施工中的应用[J].福建建材，2013，148(8):77，86.

[5] JTG H10-2009，公路养护技术规范[S].

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，助理工程师； 曲 直(1984- )，男，助理工程师

U415

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