高速公路改扩建涵洞设计要点分析

武东超，方圆 （安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 概述

随着我国经济快速发展和交通量的激增，早期修建的高速公路由于通行能力不足、服务水平低下、安全事故频发等原因，急需进行切实可行的改造升级。涵洞在高速公路改造中占有较大比重，涵洞拼宽存在数量多、拼宽复杂多变、对现状交通影响大等特点。因此，涵洞拼宽改造已成为高速公路改扩建工程的关键环节。本文重点探讨了高速公路改扩建工程中涵洞拼宽设计中的一些要点。

2 改建方式

2.1 拆除重建

限于当时经济水平及技术水平，早期修建的通道尺寸较小，随着经济的快速发展，原有通道尺寸已不能满足地方使用要求。部分下部结构采用圬工材料的通道，服役多年后，病害严重，已影响结构的安全性，对这类通道应采用拆除重建的方式进行改建。

2.2 拼宽利用

对现状使用状况良好，通过维修加固处理后能满足荷载等级要求，且结构功能可以满足远期使用要求的涵洞，可采用拼宽接长的方式进行利用。

2.3 拆除废弃

图1 拼宽利用

图2 拆除新建

对部分位置偏僻、鲜有使用的涵洞，可采用拆除废弃的方式处理。设计时应注意考虑相应拆除圬工工程量，及因开挖放坡后的路基回填和路面工程量，并结合地方水系，考虑在原有通道位置设置圆管涵，连接两侧水系。

3 拼宽长度

高速公路常采用分时、分幅、分区的方式组织施工，拼宽施工时为满足保通车道宽度要求，部分导改路段路基需进行加宽处理。在确定涵洞长度时，应根据总体交通组织方案，仔细核查涵洞位置是否位于路基宽度渐变段内。同时，涵洞长度应与两侧路基宽度相对应，防止出现涵洞独立于路基而单独考虑保通所需长度要求的情况。

4 下挖排水

限于当时经济水平及技术标准，原有高速公路纵面较低，导致当前通道下道路积水。考虑拼宽后的横坡影响，将进一步压缩净高。在高速公路纵面不抬升的条件下，为满足通道下道路净高使用要求，只能对通道下道路进行下挖处理，从而进一步加剧了积水问题。通过现场实地踏勘，可采用以下几种方式进行排水。

4.1 开挖明沟

在通道内道路两侧开挖明沟，将积水引至低洼处。这种排水方式易于清理杂物，方便后期养护。缺点是现场需增加较多征地，特别是平原地区，实施困难。

4.2 设置高低路

通道内两侧设置相对较高的非机动车道，保证雨天行人从高处行走，车辆沿低处可涉水穿行。这种方式现场施工方便、造价小，但不能彻底解决排水问题，易激化地方矛盾。

4.3 圆管涵+检查井

在通道内道路低洼处埋设圆管涵将积水引走，间隔一定距离设置一道竖向检查井。这种方式排水效果较好，通过检查井可进行清淤，但造价较高。

4.4 塑料波纹管+检查井

采用市政工程中管径较大的塑料波纹管替代圆管涵，间隔一定距离设置竖向检查井，在进水口设置沉淀池及多层防杂物网，并在检查井内的塑料波纹管管口处设置多层防杂物网。这种排水方式施工方便、造价低、排水效果较好，但在进水口附近易淤堵。

4.5 圆管涵+塑料波纹管+检查井

在进水口一定范围内埋设大直径圆管涵，并设置沉淀池及防杂物网，剩余排水段落采用塑料波纹管，间隔一定距离设置竖向检查井。从现场实施情况，这种方式排水效果好、施工方便、不易淤堵。

图3 通道下挖

图4 埋设塑料波纹管

对下挖地方道路满足通道净空要求的情况，还应结合地方路等级合理确定下挖后道路纵坡，对两侧边坡进行必要的防护，并考虑因道路下挖而增加的占地及相应工程量。

5 地基处理

高速公路运营多年后，地基已基本完成沉降，而涵洞拼宽位置地基沉降较大，为减少地基沉降造成拼接部位破坏，拼宽位置需选择良好的持力层。对厚度小于3m且承载力不满足要求的覆土，可采用换填碎石处理。对较厚软基或存在软土下卧层的情况，可采用GFC桩和双向搅拌桩等复合地基处理。

6 新老涵拼接

6.1 通道

拼宽通道有装配式和现浇两种型式。对采用装配式拼宽的情况，考虑占地红线，一般采用从外侧向内侧施工的方式拼宽，施工过程中节段间缝宽难以准确控制，导致最后一节段出现非模数节段。同时，早期修建通道圬工台身部分设有坡度，使标准节段不能安装就位，导致新老涵间出现空洞现象。对上述问题，设计应充分考虑，建议沿通道方向设置一现浇调整节段，方便现场控制。

图5 新老涵间空洞

图6 通道现浇段

对采用现浇结构拼宽的情况，应重点考虑新老涵洞间的拼接连接。为减少基础不均匀沉降影响，可在基础、墙身上进行植筋处理，使新老涵洞形成整体，共同抵抗不均匀下沉。

6.2 圆管涵

原有老涵管径小于现行标准，拼宽后涵长与管径不匹配。为保证涵洞过水顺畅，减少涵长与管径不匹配的矛盾情况，设计采用满足现行规范要求且大于现状管径的涵洞接长拼宽。在新老涵洞拼接位置，沿涵洞外侧设置刚性套管或现浇包管。

6.3 倒虹吸

在拼宽施工中发现，现状部分路基边缘位置倒虹吸管顶埋深较浅，考虑路面横坡，接长拼宽后路基边沟位置管顶填土较小，倒虹吸与路堑渗沟位置干扰，影响路堑边沟排水。现场对倒虹吸进行接长拼宽，并根据地形另找边沟出水口，增加了占地、开挖及防护工程量。在外业及内业设计期间，应仔细复核拼宽后倒虹吸管顶填土，对与边沟位置冲突的情况，应与排水专业协调，调整边沟排水方案，保证边沟排水和倒虹吸过水两不误。

7 开挖支护

拼宽涵洞施工时需挖除老涵锥坡或部分洞口路基边坡，为保证老路路基稳定，需在新老涵拼接处对路基边坡进行防护。对填高小于3m土质路基段，可先拆除洞口圬工，利用老涵圬工材料，紧贴老路边坡砌筑浆砌片石挡墙进行防护。对填高大于3m的土质路基边坡，在开挖前可采用钢板桩对路基进行防护，钢板桩长度及嵌固深度通过计算确定。

对采用尺寸较原通道大的拼宽情况，考虑保通要求，先进行拼宽侧通道施工。由于新拼宽通道尺寸较原结构大，在拆除老涵前，新通道内侧与老通道外侧的路基部分无外侧约束，处于临空状态，影响路基稳定性，设计应对该部分临时支护进行考虑。

对原通道拆除重建的情况，拼宽施工前应在台后紧贴老路位置设置支挡结构，约束拼宽位置台背填料，防止在拆除老涵过程中拼宽的台背填料坍塌，设计中应考虑该部分支挡结构工程量。

图7 新老涵间临空路基

图8 砖砌支护

8 台背回填

台背一般采用透水性材料进行回填压实，施工前需在拼宽涵洞台后留出足够空间，以便压实机械施工。对老涵台背，现场需进行大开挖，施工难度大、影响老路稳定、施工工期长，且台后边角位置不易压实。为减少施工难度、缩短施工工期、避免对老路大开挖，设计可考虑采用自重轻、密实性好、可塑性强的新材料，如轻质泡沫混凝土、液态粉煤灰等。

图9 台背浇筑轻质泡沫混凝土

9 结论

高速公路里程长，沿线地方路网及水系复杂。在沟通地方水系及连接地方路网中，涵洞发挥着不可替代的作用。涵洞拼宽数量较多，现场拼宽问题复杂多变，是高速公路改扩建工程中的关键环节。合理的改造设计可以方便现场施工、减少对原高速公路交通影响等。若设计考虑不全面，将给施工、管理等带来诸多不利影响。作者通过调研国内已实施的高速公路改扩建项目，并驻地参与了一条高速公路改扩建项目，在此基础上重点探讨了涵洞拼宽设计需注意的关键问题，希望对类似项目的设计、施工有所帮助。