“零影响”交通下的火灾后公路涵洞“涵中涵”维修加固技术

■许德妹

（福建省高速公路集团有限公司漳州管理分公司，漳州 363005）

涵洞是公路工程建设中，为了使公路顺利通过水渠或人行道，在不妨碍交通情况下，修设于路基下的排水孔道或过人通道。 通过这种结构可以用于跨越天然沟谷洼地排泄洪水，或横跨大小道路作为人、畜和车辆的分离式立交通道。 涵洞主要由基础、涵身、涵顶和翼墙等结构组成，通用石、砖、钢筋混凝土和混凝土等材料建成。 部分通道由于使用不当，发生火灾意外，火体产生的高温会严重影响钢筋混凝土结构中材料的强度和质量， 对涵洞的承载能力和使用性能造成隐患， 必须及时进行维修加固[1]。 因此，根据既有涵洞的病害，因涵制宜，选择在“零影响”交通、少影响既有涵洞功能的情况下，能快速进行维修加固的方法，具有非常重要的社会和经济价值。

1 工程概况

福建省某高速公路排水涵洞建于2012 年，结构类型为钢筋混凝土盖板涵， 孔径为3 m， 净高3.5 m， 涵顶填土高1.2 m， 采用浆砌片石台身和基础，钢筋混凝土台帽和盖板，兼具人行、通水的功能。 因非自然因素，发生火烧涵洞，造成顶盖板出现裂缝、混凝土破损，大面积混凝土脱落、露筋等的病害，严重危及行车安全[2]。 病害现场情况如图1 所示。 经检测单位检测评估，涵洞总体及部件技术状况评定为差等级， 推断火场温度大于等于1044℃，回弹法检测主要构件强度合格率仅为50%，取芯法检测火场内混凝土强度满足设计要求；钢筋力学试验满足设计要求。 因此建议对受损的部件及时安排维修加固。

图1 涵洞现场火损情况

2 加固方案确定

根据检测单位提供的现场检测结果， 设计、业主、 监测单位等到现场对涵洞的破坏程度进行查看，后经现场查勘和分析研究，商定维修加固方案。

2.1 常见加固方案比选

根据专家研究讨论，本项目可采用3 种加固方案，具体如下：（1）方案一：直接将被烧毁的涵洞顶拉筋，整体立模注浆，加厚该盖板。 但因计算获得涵身抗压承载能力不满足，该方案不选择。 （2）方案二：保留旧涵台身和基础，拆除旧涵钢筋混凝土盖板，重新浇筑。 该方案保持了原涵的断面大小，能达到彻底整治的目的，但需中断交通，工期长、成本高、社会影响较大，不宜采用。 （3）方案三：在既有涵洞内嵌套涵洞（简称“涵中涵”），涵身与原涵身之间重新布网格筋，浇筑混凝土；顶盖板采用钢筋水泥预制板，顶推加固方案。 该方案采用内嵌涵洞形式，既能满足承压要求，又不影响涵洞原有通人及排洪的功能，且不需要中断交通，能缩短工期，降低施工难度，社会影响较小。 因此，选择方案三作为最终加固方案。

2.2 加固前结构性能试验

确定采用“涵中涵”的加固维修方案，新的涵洞与旧的涵洞体作为共同承载荷体，需进行洞身“抗拉拔试验检测”，用来测定“涵中涵”粘结性、强度、抗压性能等。

钢筋抗拉拔现场试验检测， 选取涵洞身3 处，钻孔相匹配的孔径，孔深，清孔后，注入环氧树脂锚固胶后，植入直径为HPB335-14 钢筋。 在钢筋植入至少72 h 后，采用拉力计（千斤顶）对所植的钢筋进行拉拔试验检测，此方法用于检测浇筑新涵身与旧涵洞壁之间粘结性、强度是否要求。 抗拉拔试验检测如图2 所示。

图2 现场钢筋抗拉拔试验检测

现场试验结果显示，涵洞洞壁混凝土无出现裂缝，植入钢筋没有滑移、倾斜等宏观裂损现象，抗拉强度值测定结果为52 MPa，满足抗拉强度要求，可采用加筋混凝土内嵌涵洞的加固方案。

3 “涵中涵”加固方案要点

“涵中涵”， 就是在满足旧涵洞承载力的基础上，在旧涵内嵌入一个新涵洞结构，通过新旧涵洞的钢筋连接，形成一个“涵中涵”整体，共同对路面起支撑作用，方案设计如图3 所示。 方案设计要点包括：（1）设计荷载为公路-I 级，考虑填土厚度0.5～2.0 m；设计土壤内摩擦角取35°；涵洞顶上活载引起的竖向土压力， 按车轮着地面积的边缘向下作30°角度分布计算；（2）新旧涵身设计通过接触面凿毛及植筋的方法，提升整体稳固性，共同承担上部结构荷载，植筋方案设计如图4 所示；（3）新旧盖板间采用接触面凿毛以及预留孔隙注浆的方案，待浆液强度达到设计要求，原涵洞与涵洞硬化胶结在一起，“涵中涵”形成一个整体承压体，共同抵抗路基荷载；（4）新修涵身基础直接作用在原涵洞的底板扩大基础上，保证新旧结构不出现不均匀沉降。

图3 “涵中涵”方案设计图

图4 涵身植筋细部构造图

4 “涵中涵”加固施工关键技术

4.1 涵身侧面开挖，涵身及顶板清理凿毛

加固前需要对烧毁的砼面进行清理，凿除松散的砼、清除表面的油烟污渍附着物。 同时为了提高新旧的混凝土粘结力，需增加墙面粗糙度，人工用打孔钻在旧混凝土表面做拉毛处理（图5）[3]，确保每一面板处拉毛量足够。 经此步骤处理过的墙面能够大幅提升水泥砂浆与墙面的粘合力，从而使新旧墙面贴得更牢固，为下一步混凝土浇筑做好准备。

图5 现场交界面人工拉毛处理

4.2 涵身植筋，安装钢筋网

为提升新旧涵身的稳固性，两侧涵洞身植入钢筋，布筋拉钩，按设计分别用纵向带肋钢筋和横向钢筋以一定的间距排列且互成直角、全部交叉点均焊接在一起的形成钢筋网。 另预留植入的原有洞身长度的钢筋（约70 cm），成梅花型300 mm×300 mm布设， 这些预留的钢筋让新旧涵身结合更加一体，受力更强。 涵洞身厚度为40 cm 厚的混凝土。 上面预留30 cm 空间，方便放置20 cm 厚的水泥钢筋预制板，钢筋布置如图6 所示。

图6 涵洞墙身钢筋布置

4.3 涵身立模，浇捣混凝土

模板安装要确保构造成物具有规定的尺寸，且线形顺畅，外观美观，模板应支架牢固、密实。 本工程拟采用木模板进行拼装，通过与外侧斜撑联合加固，保证模板不致于在浇捣混凝土时出现偏位。

浇捣混凝土采用地泵输送C40 商品混凝土，浇筑时应全段面均匀、分层上升，及时采用插入式振捣棒振捣，并防止振动棒触及模板，造成模板偏位。从搅拌砼开始到浇捣完成时间控制在1 h 内。 浇筑至距离设计标高后，抹平进行养护工作。 当涵洞墙身都浇筑完好后，混凝土成型之后，应控制其表面适当湿度和温度，保证内部充分水化，促进强度的增长，混凝土的洒水养护的日期应不少于14 d。当混凝土强度达到设计强度的75%时，方可进行拆模[4]。

4.4 预制顶板安装

（1）搭建脚手架。 在涵洞吊装入口搭建脚手架，脚手架高度控制好，以便规格为3 m×1 m×0.2 m 水泥钢筋预制板吊装就位在新的涵洞身顶上， 并在脚手架上面铺上两条钢板轨道， 钢板轨道上装用带轮子的“滑板车”，将预制板吊装入位布置好的“滑板车”（图7）。 （2）预制板就位到“滑板车”后，在涵洞的另一入口，用卷扬机拉，一边拉，一边人工加以调整控制，将一片一片的预制水泥钢筋板输送到位（图8）。

图7 水泥预制板输送

图8 水泥预制板安装

4.5 顶板内部注浆

4.5.1 封胶

当全部的水泥预制板推进就位后，再次复核涵洞的中线及水平线，预制板板与板之间缝隙用环氧沙浆进行封胶。

4.5.2 压浆

原有的涵洞盖板与新的涵洞水泥预制板之间留有约8 cm 的空隙层， 空隙层通过压浆处理使后续的连接水泥预制板与旧涵顶板结合，压浆的水泥浆应由强度等级不低于42.5 级硅酸盐水泥制作而成，压浆应做到：（1）在压浆前要清除空隙层、旧涵顶板，水泥预制板内的杂物、积水等。 （2）压浆前，应用密封罩或模板封住涵洞一侧的空隙层和其他可能漏浆处，预留的适量的排气孔或泌水口，待封堵料达到一定强度后方可压浆。 （3）压浆应先内后外，从涵洞封堵的一侧开始压入并振捣， 由内而外压入。 （4）水泥浆体在压入空隙层之前，需把压浆管路中的空气、水和稀浆排除掉，应先开启压浆泵，让浆体从压浆嘴喷排出少许。 当压浆嘴排出的浆体流动度与搅拌罐中浆体流动度一致时，可开始进行空隙层压浆。 （5）在压浆的过程中，因空隙层较大、较长且要釆用一次压浆， 要随时控制压浆泵的压浆力度，避免力度过大或过小，造成压浆不均匀，压浆压力宜为1.0 MPa； 当压浆充盈度达到涵洞另一侧的孔道饱满并从排气孔排出浆体，且浆体排出的速度与规定流动度相同时，关闭压浆泵，然后保持不少于3 min 的稳压期（压力在0.50～0.60 MPa），而后压浆完成。 （6）本次压浆应连续进行，一次完成，不得中停， 从浆体搅拌到压入空隙层的时间不得超过40 min。 （7）压浆后要检查出浆孔和压浆孔压浆的密实情况，如发现不符，要及时补灌，以保证空隙层浆体完全充盈密实[5]。

4.6 通道涵路面恢复

采用机械拆除原路面并开凿至底板位置，将凿除的垃圾外运，清理底板，填筑砂砾层，浇捣水泥稳定碎石层，以及摊铺水泥混凝土路面，使道路恢复原通行状况。

5 “涵中涵”加固施工交工验收

现场加固施工结束后，对“涵中涵”加固施工的效果进行交工验收， 验收结果如下：（1）“涵中涵”结构表面，经检查，未发现较大明显缺陷现象，仅有的小掉块属于运输过程中磕碰引起；（2）新旧混凝土连接位置，采用冲击回波法进行接触分析，结果表明新旧混凝土连接良好，未出现较大的脱层；（3）经过一段时间的通行车辆监测，涵洞结构无异常情况。

6 结语

从交工至今的使用阶段监测显示，采用“涵中涵”的方法加固缺陷涵洞未出现异常情况，取得了良好的社会效益与经济效益，具体如下：（1）能够在不中断公路交通，保证通行需求的前提下高效地完成加固工作；（2）该方法施工工期短，在1.5 个月内完工并交付使用， 使缺陷涵洞恢复正常使用功能；（3）加固施工过程不影响道路通行费收入，并且节约维修成本。 但“涵中涵”加固方法会削弱涵洞的排洪及人行的功能， 对有排洪要求较大以及行人流量较高的涵洞，使用前需进行排洪及通行能力的验证。