改建道路涵洞拼接探讨

孙轲

（中国建筑第五工程局有限公司，长沙410000）

1 引言

在改扩建过程中，部分构造物可直接利用，如涵洞拼接加长也是道路改建中较为重要的部分。目前，涵洞拼接加长主要采用植筋法和沉降缝法，采用的拼接方法不同，涵洞拼接位置的受力状态也完全不同。此外，旧路路基在道路多年的运营下，地基沉降已经基本完成，而涵洞加长部分位于新建路基，沉降还未完成，在道路扩建后，新旧涵洞之间必然有较大的沉降差异。因此，涵洞拼接位置在上部荷载和沉降差异下，将进一步导致其上路堤及路面发生破坏，从而导致裂缝产生，因此，在涵洞拼接时，新旧涵洞拼接的处理方式以及控制新旧涵洞的沉降差尤为重要。以上为涵洞拼接加长中遇到的主要问题，为了降低道路改过建中涵洞拼接的病害，需对涵洞拼接加长位置新旧涵洞受力及变形开展研究，总结出适合的涵洞拼接设计、施工方案，从而保证改扩建道路运营时涵洞的正常使用[1]。

2 涵洞拼接处相互作用分析

2.1 沉降缝拼接

新旧涵洞加长方式采用沉降缝拼接时，旧涵洞与新建加长部分相互独立，在拼接位置，二者的作用通过路基的沉降差传递。在新建涵洞位置，路基填土及地基沉降相对较大，旧涵沉降位移较小，新建涵洞上方的土体对旧涵上方的土体作用了向下的托拽作用[1]，部分路基自重荷载传递给了旧涵，导致旧涵承受的竖向土压力增大，而新建部分土压力则相对减小。以往研究表明，当涵洞跨径大，其上填土越高时，涵洞拼接位置的沉降差越大，新建部分涵洞传递给旧涵的土压力越大。

2.2 植筋拼接

当新旧涵洞的加长方式采用植筋连接时，新建部分与旧涵连接成了一个整体，二者相互作用，一方面通过涵洞填土的沉降差实现；另一方面则通过植入的钢筋传递，共同承担其上的竖向土压力及新旧涵洞的不均匀沉降。前者新旧涵洞的相互作用与沉降缝拼接方式相同，后者则通过植筋将部分应力传递给旧涵，也会导致旧涵的应力增大，新涵的应力减小。植筋传递应力的途径主要为3个方面：（1）新建涵洞发生不均匀沉降，交界处发生错动；（2）涵洞顶部土压力导致新旧涵洞产生的挠度差异；（3）涵洞拼接加长完成后，混凝土自身的收缩徐变影响。因此，当新旧涵洞为植筋连接时，新旧涵洞相互作用影响的因素相对更多。当涵洞跨径大、填土越高以及新旧地基刚度差异越大时，新建涵洞作用于旧涵附加应力则越大。

根据上述分析可知，当涵洞拼接加长方式采用植筋连接时，新建涵洞对旧涵施加的附加应力大于沉降缝拼接方式，并且当涵洞跨径大、加长的长度越长、填土越高以及新旧地基刚度差异越大时，对旧涵的不利影响也随之增大。

3 各类型涵洞拼接方式选择

3.1 盖板涵、箱涵拼接方式

当盖板涵和箱涵采用植筋拼接时，在旧涵侧壁上钻孔注入植筋胶，利用钢筋和植筋胶将新旧涵洞两部分结合为整体。涵洞加宽部位钢筋绑扎完成后，再与植入钢筋进行绑扎或者焊接，最后混凝土浇筑完成拼接。采用沉降缝拼接时，则类似完全新建涵洞，只是需注意新旧涵洞之间的沉降缝处理，基础下应填塞沥青木板，拼接外侧采用砂浆抹平，基础顶面以上的沉降缝采用热沥青浸制麻絮填塞，内侧采用砂浆抹平。填充完成后，在涵洞拼接外侧涂两层热沥青。

通过研究表明[3]，当涵洞拼接长度或跨径大于4m或填土大于2m时，拼接位置产生较大拉应力，因涵洞拼接位置混凝土构件并未设置受拉钢筋，相当于素混凝土构件，因此，容易超出混凝土的受拉强度，涵洞拼接处混凝土容易发生受拉破坏，并且拼接处沉降差不宜过大，较大的沉降差也会导致混凝土开裂。而采用沉降缝的拼接方式时，新旧涵洞拼接处拉应力明显小于植筋连接，更容易满足控制要求，但是旧涵洞加长的长度较短时，新建部分容易产生向路基外侧的滑移。因此，当涵洞跨径大、填土越高以及加长的长度较长时，宜采用沉降缝的拼接方式，反之则采用植筋拼接。

3.2 圆管涵拼接方式

圆管涵通常采用的预制结构并且对地基承载力要求较低，地基简单处理即可满足要求，因此，圆管涵的加长宜采用沉降缝拼接方式。在涵洞拼接位置，将旧涵垫层挖除0.5m，并在加长涵洞的位置0.5m内埋设钢筋，然后浇筑混凝土，拼接方式如图1所示，沉降缝以及防水层处理类似盖板涵的处理方式。采用沉降缝拼接不仅施工简单，同时也降低了建设成本。

图1圆管涵拼接方式

4 涵洞拼接时的注意事项

在涵洞拼接设计过程中，应重视现有涵洞调查及检测，分析是否可加长利用，掌握必要的基础数据，涵洞尺寸、进出口位置测量准确，确保新旧涵洞的平纵位置拼接顺畅。同时应尽可能地收集原有桥涵的施工图和竣工图文件，选择合理的拼接加长方案。

在施工过程中，首先应拆除旧涵洞口的墙身和铺砌等结构，旧涵破坏较为严重的部分也应进行分段拆除，并做好临时支撑。洞口拆除后，再进行地基处理，提高地基的整体稳定性，降低新旧涵洞的沉降差，防止涵洞拼接位置出现受拉破坏，保证改扩建道路的正常运营。若新建涵洞处于软弱层，地基承载力不符合设计要求且差距不大时，可将基础换成整体式并且宽度加大，或者采用换填等方法提高承载力。换填时，挖除地基中的软土，并换填中粗砂砾后进行压实，可满足相关规范要求，地基承载力不符合设计要求且差距较大时，则可考虑桩、土的复合地基提高承载力。采用植筋法拼接时，施工应将涵台需凿毛清理干净，植入钢筋使用电锤钻孔，与新旧涵洞浇筑为一体，加入的黏合剂需完全固化后方可施加荷载。采用沉降缝拼接时，涵洞可采热沥青浸制麻絮填塞，外侧涂2层热沥青。

涵洞施工完成后，当涵顶填土厚度小于0.5m时，应禁止重型车辆通过，并且禁止使用振动压路机进行碾压。台背回填透水性材料，两侧对称平衡填筑，从涵身向后2m的地面，向上1∶1挖台阶，直至与涵洞顶齐平。涵洞缺口较窄，重型机械无法进行压实时，应选用小型机械进行压实，严格按照规范施工每层厚度不大于15cm，控制碾压遍数使之每层不少于10遍，每层压实度均进行检验，压实度标准要求≥96%。

5 结语

当盖板涵、箱涵涵洞拼接长度或跨径大于4m或填土大于2m时，宜选择沉降缝拼接，反之则采用植筋拼接，圆管涵由于跨径较小且大部分为预制结构，可采用沉降缝拼接。在设计施工过程中，需重视拼接涵洞的受力特征以及控制新旧涵洞的沉降差，设计时，选择合理的拼接方式，施工时还需处理好涵洞拼接施工工艺，避免在道路运营时涵洞拼接位置过早出现开裂导致路基路面的破坏，保证改扩建道路运营时拼接涵洞的正常使用。