改建公路涵洞加宽加固设计要点及实例研究

李玥瑛

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

涵洞是满足公路路基连续、保障水流畅通的重要排水构造物。随着公路交通运输量的持续加大，使用年限的不断增加，早年建设的很多公路涵洞出现了各种问题。

根据多次参与普通公路涵洞改建工程设计经验可知，早期公路涵洞的建设许多都是在不完善的设计方案和没有明确施工规范的情况下进行的。由于缺乏专业技术支撑，很多普通公路涵洞在设计和施工上都存在着不足，并在近年来出现较多缺陷问题。尤其是很多公路涵洞由于长时间受到车辆的碾压表现出了破损问题，严重影响交通运输安全。

分析发现，公路涵洞所表现出和引起的破损问题主要有：桥面铺装开裂和剥落、伸缩缝破坏、台帽混凝土剥落、钢筋裸露、钢筋混凝土台身竖向裂缝等。这些问题不同程度的影响着正常交通，但却不适合重建。通过改建的方式一方面能减少占地，另一方面也能充分利用原有路基和构造物，能有效降低项目造价，并实现公路工程涵洞的原有作用。这些涵洞如果不能采取重建方式，就需要进行加宽加固处理后才能使用。公路涵洞损坏的原因有很多，需要进行详细分析，以便找到合适的加宽加固设计方案，保证车辆正常通行，满足使用功能，保障使用的安全性。

1 设计需要的基础资料

1.1 工程概况

甘肃某二级公路既有拱涵，调查中发现该拱涵已经出现了拱顶中线开裂，侧壁破损等情况。由于改扩建的需要，涵洞长度无法满足现行设计规范要求，再加上地形限制，拆除工作不切实际，因此需要进行加宽加固施工，以保证满足后期使用功能。

1.2 外业测量资料

对既有公路涵洞进行加宽加固设计，首先需要掌握路线过涵洞位置、涵洞现有标高、纵断面设计线、涵洞内部结构和各个细部的尺寸以及现有的使用情况等基本资料。其中，路中线过涵洞位置决定了加宽的宽度以及需要在哪一侧进行加宽；涵洞各细部尺寸则影响加宽加固方案的设计。涵洞现有基本情况资料的调查尤为重要，只有了解现有状况才能看哪一个部分存在明显的破损问题，看是否有加固的必要[1]。如果不考虑这些基本情况而一味地采取加宽加固措施可能会导致涵洞使用寿命受到影响，反而给公路工程正常使用造成不利，也会使后续的养护工作非常麻烦。

1.3 既有涵洞竣工及养护资料

对公路涵洞进行加宽加固处理时，要对既有公路涵洞的竣工资料和养护资料进行收集。这些资料对于后期的加宽加固设计工作来说有着非常重要的作用。通过这些资料，设计人员能更好地了解既有公路涵洞的地质情况和隐蔽工程等。另一方面通过养护资料设计人员能更好地了解既有涵洞的材料和破损情况，从而为改建工作的开展提供保障。

1.4 荷载实验资料

如果在既有公路涵洞改建工程中发现缺乏竣工资料和养护资料，可以在有条件的情况下进行相应的静载实验。通过静载实验来判断各个断面处的位移情况和破损问题，通过理论计算推断出涵洞当前的承载能力，最终提供可靠的资料以供改建设计者参考。

1.5 水文地质资料

既有公路涵洞的加宽加固设计中，设计人员需要对水流量进行重新计算，并结合计算结果来分析是否需要进行加固处理。因此，在正式开展设计工作前一定要收集好相关的水文地质资料，结合资料来开展设计工作，保证设计能满足实际需求，最大限度上减少费用支出。

2 设计要点与加宽加固措施

2.1 涵洞验算

进行公路涵洞加宽加固设计时，首先需要开展涵洞验算工作。如果涵洞的原有尺寸和结构能满足设计需求，那么仅需要将原有涵洞两侧的洞口和铺砌以及路基等部分进行拆除拓建。如果涵洞需要加长，路面加铺或明涵变成了暗涵，原有涵洞盖板无法满足需求的要进行拆除处理，对原有涵洞的台身结构和基础等进行加固处理。

2.2 加宽加固设计重点

首先，是涵洞裂缝的处理工作。裂缝会影响钢筋混凝土的强度，同时开裂的问题也会导致混凝土内部的钢筋暴露，钢筋出现腐蚀和混凝土的碳化。对于有的涵洞破损部位或者是裂缝比较明显的部位，在处理中需要进行注胶。对于裂缝比较小的部位则可以使用环氧树脂胶进行处理，裂缝较大的使用环氧树脂胶结合沙子配合的材料进行注胶，一般比例为环氧树脂胶液：水泥：沙=100:160:320。

其次，公路涵洞的加宽加固设计中，需要重视强化设计。明涵中如果发现了行车道板有所损坏，那么则可以将涵顶铺装全部清除，无法使用的行车道板及时进行更换，将原本发生错位的一些行车道板进行复位处理，缝隙处填塞油毡。同时需要对铰缝内的混凝土以及碎石等进行清理，并在铰缝两侧的行车道板顶植入钢筋，深度一般为12cm，纵向间距为10cm。此后需要将植筋向企口缝隙处扳倒，并与行车道的植筋进行焊接处理，并使用高强度砂浆进行铰缝的喷注。对于管涵涵身、暗涵和暗通道盖板等使用粘钢进行加固，一般使用Q235 钢板，厚度为6mm[2]。正式粘钢前需要对表面杂质进行清理，并凿毛，让骨料彻底暴露。对于破损处使用环氧砂浆填补，而钢板表面的一些污渍则需要彻底清除，并进行防腐处理。

此外，还有涵洞积水的问题需要处理。很多公路涵洞都是下挖的，因此通道底部的标高与外部的路面标高相比较会低一些，容易发生积水问题，这会给涵洞的正常使用带来一些不利影响。如果是积水情况不严重的通道，那么在涵洞口的改建中可以设置排水沟，将水流引入边沟中去。如果是积水情况比较严重的通道，则可以在洞口的位置上设置截水沟或者集水池，以便于能将积水及时的引入到集水池中，提高排水效果。如果通道的积水情况通过这几种处理方式都无法达到良好效果，还可以使用加装雨棚的方法，尽量减少积水的流入。

2.3 不同类型涵洞加宽加固设计措施

2.3.1 钢筋混凝土圆管涵

结合当前的管节实际状况，对原有的无法修复的破损处进行拆除，对于破损不是很严重的部分进行加固。进行加宽工作时，需要对原管涵斜端管节进行拆除，保留正端管节，新加长涵身、基础与原涵不连接，并留有施工缝。新加长涵管内径与原有涵内径需保持一致。并对新加管节做好基础处理工作，保证使用效果和质量。

2.3.2 箱涵

如果新的路基箱涵顶填土不超过1.5m 的情况下，原箱涵翼板在路面结构层内需要将翼板顶部全部清除。当原涵侧墙、顶板用机具水平钻孔植入连接钢筋，需将底板凿毛、钢筋清洁并与加宽的部分进行共同浇筑，形成一体[3]。

如果新的路基箱涵顶填土超过1.5m 的情况下，需要结合实际情况和专业理论进行分析，新的箱涵与旧箱涵之间不做连接，在两者之间设置断缝，再向断缝中填充沥青麻絮。

2.3.3 拱涵

原拱涵和将要加长的新拱涵之间需要保留断缝，缝隙中填充沥青麻絮。对于新连接的部分拱圈使用砌石，如果跨径比较大的情况下可以使用钢筋混凝土作为拱圈。此外，原涵侧墙保留的情况下新加长的涵台需要使用与原涵台一样的材料，以便于提高施工质量，保持一致性。

2.3.4 明盖板涵与暗盖板涵

（1）明盖板涵。原盖板涵不加高的时候如果原有盖板能够加以利用，则可以使用原盖板，减少不必要的支出[4]。如果原盖板损坏无法使用则可以制作新盖板与加宽部分一起使用。当纵断设计线抬高，加宽后如果条件允许可以形成暗涵盖板，这对于提升车辆行使的舒适度有一定帮助。设计中需要注意新加的长涵台身、基础和台帽应保持一致性，连接成为一体。将原有的涵身墙全高砌体拆成30cm 左右的锯齿，台身前砌块石镶面，台后立模板后浇筑混凝土连接段，原本方太帽端全部清除，新的台帽钢筋伸入。此外，如果原涵台身有严重的破损或者冻害等问题则需要进行全面的挖除并重新填筑透水性较好的材料，无法修复的可以考虑拆除原有台身，修建新的。

（2）暗盖板涵。暗盖板涵需要从实际受力情况方面来分析，新的路基箱涵顶填土超过1.5m的情况下，需要结合实际情况和专业理论进行分析，新的箱涵与旧箱涵之间不做连接。新的路基涵顶填土小于或等于1.5m的情况下，台帽、台身和基础连接方式与明盖板涵相同[5]。当原涵台身明显有破损或者冻害等问题则需要进行全面的挖除并重新填筑透水性较好的材料，无法修复的可以考虑拆除重建。

3 加宽加固设计案例分析

3.1 涵洞破损情况分析

以某地区的二级公路现有拱涵为例。实地考察中发现涵洞内部出现了严重的裂缝和混凝土钢筋保护层脱落等问题，并且侧壁也出现了不同程度的损坏。由于重建需求较高，现有涵洞长度无法满足实际要求，再加上受到地理环境等方面的限制使得施工开展受到阻碍，因此采取加宽加固措施是解决问题的合理方式。

分析该拱涵的损坏原因可知：拱顶的主要破坏原因是回填土土层过厚导致的。拱脚与侧墙顶缺少过度平滑性，导致应力比较集中。拱顶长时间以来被压坏，会导致拱脚应力加重，水平剪应力也随之加大，最终导致拱脚发生剪切破坏。

3.2 设计措施

结合工程的实际情况，本次加固设计一方面需要提高拱部的抗弯强度，另一方面需要提升拱脚两侧的约束力从而减少拱脚内向分力。此外需要进一步调整拱部与边墙连接线形，将集中应力分散，从而改善拱部和边墙的传力途径。进行结构分析时发现圆套拱结构加固强度较好，并且有着明显的经济性优势，因此本次的改建工程中采取该方法[6]。首先，利用圆套拱结构施工较为方便，结构合理；其次，圆套拱结构的造价比较低，能减少不必要的支出。

另外，由于涵长无法满足实际需求需要进一步采取加宽设计，与原有涵台顺接，两侧各加宽3m。为了保证新旧涵台结构之间顺利连接，需要对原有的涵台表面进行清理，将已经剥落或者出现破损的部分进行清理。没有破损的位置则进行清洗和表面的凿毛。

本案例中备选加固采取植筋方式。植筋增大截面的加固措施在当前的公路改建工程中十分常见，通过这种方法能有效的增加拱部抗弯强度，不影响原有的下部过水断面，并且能实现有效优化拱脚线形，结构较为合理。同时，整体技术操作层面较为简单，施工经济性强。可以说从各个角度来看该种方法都是比较能符合要求的。具体做法为：在主涵洞顶端设置一个圆形套拱，圆弧内径为2037mm，纵向钢筋Φ12@150，环向钢筋Φ22@150，拱顶和原拱顶之间的间距为150mm。在原混凝土结构中沿着环向来植入钢筋作为箍筋，型号为Φ12@250U形钢筋，并且保证厚度大于50mm[7]。

4 结束语

公路工程是国家经济发展和公共交通建设的重要部分，涵洞加宽加固设计则直接关系到公路的使用效果和安全，需格外重视。涵洞加固加宽设计方案很多，每一种方案都有自身的优势和不足，需要结合公路实际情况和当地的环境气候等条件综合选择。同时在进行加宽加固设计时需要不断的进行方案优化，促使改建后的涵洞结构更加合理。只有选择了合适的加宽加固设计方案才能真正达到设计的安全性和经济性。