深厚流塑状软土区旧涵改造方案探讨

■凌立鑫 黄嘉鹏 刘颖波

（苏交科集团股份有限公司，南京 210017）

1 前言

公路改扩建工程中对于旧有涵洞，一般来讲主要有两种设计思路， 一是不能利用时拆除重建，二是能利用时拼宽改造。 广东省滨海相软土分布较广，其具有深、厚、差的基本特点，常规钢筋混凝土涵洞施工需要耗费较多的人力、物力、财力进行涵底地基处理与基坑支护，施工工艺较复杂、周期较长、成本也较大。 由此引伸出钢波纹管涵与直接桥梁方案的可行性。

本研究以广东某地区在建高速公路枢纽互通匝道的旧有涵洞为例，从技术、经济及施工等方面比选旧涵拼宽方案、旧涵拆除重建盖板涵方案、旧涵拆除重建波纹管涵方案及直接桥梁方案， 以期选择最合适的方案为今后同类工程问题提供一些参考。

2 工程概况

某在建高速公路枢纽互通C 匝道在CK0+566.5 处与现状既有道路的涵洞部分重合。 设计图上及现场实际情况见图1、2。

图1 总体图上旧涵位置

此处位置为多条匝道并行，左右侧均布有桥梁钻探资料，图3、4 分别为左侧G 匝道桥梁桩基钻孔柱状图及右侧B 匝道桥梁桩基钻孔柱状图。

图2 现场旧有涵洞情况

图3 G 匝道桥梁桩基钻孔柱状图

图4 B 匝道桥梁桩基钻孔柱状图

由以上钻孔柱状图可以看出软弱土（②2 淤泥、③12 粉质黏土）埋深13.6～15.3 m，软弱土下埋⑿22强风化砂岩。②2 淤泥灰褐色、灰黑色，流塑，絮状结构，含少量贝壳及生物碎屑，具有腥臭气味；局部夹淤泥质粉砂薄层。⑿22 强风化砂岩灰黄色、青灰色，岩芯多呈块状，少量短柱状，块径2～7 cm，节长8～20 cm，岩质较软，其中34.7～39 m,40.9～50.5 m 呈块状为灰色青灰色。 采取率为50%，RQD 为15%左右。

3 旧涵改造方案分析

3.1 旧涵拼宽方案

经查阅旧涵竣工图可知， 旧涵为一座6.0 m×3.3 m 钢筋混凝土箱涵， 涵底软基处理方式为抛石挤淤1 m。 拼宽的涵洞原则上采用相同结构、相同断面进行拼宽， 但对于箱涵基于工期等综合需求考虑采用整体式基础盖板涵予以接长。 根据C 匝道在旧涵位置的填土高度， 经结构验算， 旧涵顶板、底板及侧板均能满足规范要求[1]。 故根据现场旧涵位置及C 匝道走向， 拟采用6.0 m×3.3 m 整体式盖板涵进行旧涵拼宽， 即左侧拼宽10.75 m，右侧拼宽1.75 m(图5)。

图5 旧涵拼宽盖板涵布置图

涵洞拼宽时需拆除旧涵一字端墙及基础、洞口铺砌、隔水墙及锥坡。 涵身加宽部分沿旧涵身顺接，基础顶面与旧涵基础顶面平齐，台身内侧与旧涵台身内侧齐； 新旧涵身结合处需设置一道沉降缝；为避免差异沉降导致结构接缝处突变， 在拼接时考虑在原箱涵身通过植筋埋设剪力钢筋与新建涵洞连接。

涵洞左右两侧的桥梁钻孔揭示，此处软土埋深13.6～15.3 m，软土下覆强度较高的砂岩。 根据地勘资料， 涵洞拼宽部分在基坑开挖时需用钢板桩支护，基底需采用长螺旋CFG 桩进行特殊处理。 因旧涵于2005 年建成， 经16 年沉降后已趋于稳定，而且此处软土较深，后期运营仍可能面临涵洞拼宽绕不开的关键问题：新旧涵洞由于地基的差异沉降而产生的沉降差。

3.2 旧涵拆除新建盖板涵方案

由于旧涵拼宽方案存在新旧涵洞间的差异沉降这一无法规避问题， 所以可以将旧涵拆除后新建盖板涵。 由于此处位于软土路段，且整体式基础盖板涵本身有施工工艺简单、工期短、造价低等优点；同时遵循跨径不低于旧涵跨径并经过流量验算后； 拟采用拆除旧涵后新建6.0 m×3.3 m 整体式盖板涵(图6)。

图6 新建6.0 m×3.3 m 整体式盖板涵布置图

施工时采用预制钢筋混凝土盖板，可以与在建高速公路其他涵洞、通道统一预制，具有工厂化生产、质量可靠、施工速度快、工期较短等优点。

旧涵拆除新建盖板涵方案也面临上述旧涵拼宽方案的某些问题：涵洞基坑开挖需要钢板桩围堰支护甚至对撑才能施工，涵洞基底需用长螺旋CFG桩处理。

3.3 旧涵拆除新建波纹管涵方案

由于新建盖板涵方案面临着施工工序复杂及施工周期较长等问题，故可以考虑将旧涵拆除新建为钢波纹管涵。 经流量计算后， 拟采用跨径为5 m的钢波纹管涵(图7)。

图7 新建5 m 钢波纹管涵布置图

钢波纹管主体结构材料采用性能符合《碳素结构钢(GB/T 700-2006)》要求，抗拉强度不小于350 MPa的碳素结构钢。 连接件采用扭剪型高强度螺栓、螺母和结构用高强度垫圈，管箍、法兰盘采用碳素结构钢；密封材料采用耐候密封胶[2]。 钢波纹管安装前需开挖基坑，基础按柔性基础设计，需保持整道涵洞范围内地基承载力均匀，基础分两层设计，下层为要求高度压实的碎石，上层松铺粗砂。 基础施工完成后再进行底板拼装，由下而上顺序拼装，结构拼装完成后依次序用扭矩扳手拧紧螺栓， 不得遗漏。 钢波纹管金属构件防腐分为管身土侧、空气侧、水侧和连接件防腐，土侧采用热浸镀锌+涂沥青，空气侧和水侧采用热浸镀锌， 连接件采用热浸镀锌+涂沥青+耐候密封胶。

旧涵拆除新建钢波纹管涵方案不需要钢板桩围堰支护甚至对撑施工的工序，同时涵管现场快速拼装较钢筋砼涵洞施工周期有一定缩短。 但由于流量匹配的原则，涵管的截面比较大，成本相应会有提高；另外也要加强常年浸水情况下的防腐工作。

3.4 直接桥梁方案

以上无论旧涵利用拼宽还是旧涵拆除新建方案都面临各种各样的问题， 所以可以考虑直接桥梁方案。 桥梁采用一跨13 m 空心板桥，桥台采用扶壁式，基础采用钻孔灌注桩。 桥台下布置2 排桩，每排桩由3 根组成，共计12 根桩。 桥位平面布置见图9。

图8 桥型立面布置图

图9 桥位平面布置图

桥台桩基排距3.2 m，桩间横距3.75 m，总体来讲距离较短，只能安排1 台钻机逐桩作业而不能在桥台一侧安排2 台以上钻机同步作业。 设计桩长30 m，桥头各安排1 台钻机同步施工，桩基工程需要2 个月； 扶壁式桥台同步施工需要0.5 个月；上部结构架梁需要0.5 个月；桥梁方案总工期大约需3 个月。

4 方案比选情况

对旧涵拼宽方案、 旧涵拆除新建盖板涵方案、旧涵拆除新建钢波纹管涵方案及直接桥梁方案进行了技术分析，现增加施工造价及施工周期这两方面的比选，综合比选情况见表1。

根据表1 的综合比选情况可以看出， 旧涵拼宽方案由于新旧涵洞间的沉降差无法保证， 且后期需中断匝道交通进行加铺养护不建议采用，直接桥梁方案由于造价及工期均不占优也不采用。 新建盖板涵方案的工序有：拆除旧涵→临时改沟→整平施工平台→CFG 桩施工→CFG 桩检验→基坑支护与开挖→涵洞基础与主体施工。 新建波纹管涵方案的工序：拆除旧涵→临时改沟→基坑开挖→基底垫层铺设→波纹管拼装。 针对本研究案例，新建波纹管涵方案从工序、造价及工期综合来看比新建盖板涵方案占优， 但若遇波纹管涵用钢材大幅涨价时，新建盖板涵方案或许也是可以采用的。

表1 方案综合比选情况

5 结语

本研究以广东某地区在建高速公路枢纽互通匝道CK0+566.5 处旧有涵洞为例， 在分析旧涵拼宽、拆除重建盖板涵、拆除重建钢波纹管涵、直接桥梁方案后，经技术、造价及工期比选后认为理论上新建波纹管涵方案是最优的，但若遇波纹管涵用钢材大幅涨价时， 新建盖板涵方案也是可以采用的。本文的案例研究，期望为今后同类工程问题提供一参考。