钢筋混凝土箱涵加固设计研究

王伟伟

（山东省滨州公路工程有限公司，山东 滨州 256600）

0 引言

桥涵维修加固技术应用的要点是制定合理的加固方案，优化桥梁加固施工工序。首先，要对桥涵进行实地测量，设计桥涵维修加固施工图纸，并由监理人员进行验收。在设计桥涵维修加固施工方案和图纸的过程中，要结合具体情况进行经济分析和评估。其次，随着科学技术的发展，桥涵维修加固技术也在不断地改进，因而在施工过程中，不能一味地根据经验采用传统的施工技术，要运用现代化的加固技术设计桥涵维修加固方案。本文主要以一座钢筋混凝土箱涵为研究对象，对其加固设计进行分析研究。

1 工程概况

淮阳县弦歌路与龙都路交叉口处弦歌西路与弦歌东路有错位，现在实施的淮阳县弦歌路与龙都路交叉口改造工程将弦歌西路向东延伸后与现有弦歌东路顺接，使弦歌路东西向畅通，车辆行驶顺适。

原弦歌东路南侧为南关沟，沟与道路平行，跨沟设置为2～2.8m（净跨）暗涵，弦歌东路改建段跨越该暗涵后与原有道路汇合，改建路线与涵洞交角14°。根据业主及施工单位反映情况，结合调查及验算结果，该涵洞不能满足改建道路载荷要求，需对该涵洞进行加固设计，该涵洞基本情况如下：（1）孔跨及净高：2～2.8（净跨）×2（净高）箱涵；（2）设计荷载：城市-B级；（3）暗涵，设计填高1m左右；（4）C30钢筋混凝土顶板厚23cm，C25钢筋混凝土底板厚25cm，C25钢筋混凝土两侧墙厚20cm；中墩为砖砌37墙，含抹面厚度40cm。

2 箱涵存在的主要问题

根据设计图纸，涵洞顶板为2~2.8m（净跨）简支钢筋混凝土盖板，预制板宽98cm，根据现场调查，该涵洞实际施工时，顶板改为两跨整体现浇，墩顶连续，钢筋规格及钢筋布置基本按原设计设置，未做调整，该变动导致顶板在中墩处连续，该处承受负弯矩，而板顶配筋按原设计为构造配筋，无法满足实际受力要求。

（1）根据现场钻孔取芯调查，原涵洞顶板施工时受施工条件和施工水平影响，上层钢筋网普遍存在下挠现象，导致顶板下缘配筋偏安全，上缘配筋几乎为零。

（2）根据现场局部破拆调查，原涵洞侧墙厚度实际为16cm左右，小于设计值20cm。

3 结构抗弯承载力验算

采用midas软件对结构在荷载基本组合作用下的极限承载能力进行了验算，主要参数如下：

（1）结构体系：侧墙与底板刚接形成U型整体框架，顶板与侧墙、中墩铰接；涵长方向取22m长度；侧墙厚度按16cm验算，其余构造尺寸和配筋按原设计验算；

（2）按刚性基础考虑，涵顶填方高度按1m考虑；

（3）荷载组合：基本组合：1.2（恒载）+1.4（城-B）+1.12（人群荷载）；

（4）荷载工况：改建道路与涵洞涵长方向交角14°，验算采用2种极限情况使得验算荷载能包络可能产生的最大荷载效应，即工况一：活载沿涵跨方向，交角90°；工况二：活载沿涵长方向，交角0°；

（5）验算内容：结构各部位正截面抗弯承载力验算。

两种工况下的验算结果见表1、表2。验算结构简图及单元划分见图1、图2。加固前后的结构弯矩包络图见图3、图4。

图1 验算结构简图

图2 验算结构单元、节点划分

图3 工况一加固前后结构弯矩包络图

图4 工况二加固前后结构弯矩包络图

表1 两种工况下加固前顶板正截面弯矩验算

表2 两种工况下加固前后侧墙正截面弯矩验算

4 桥涵加固设计方案

4.1 涵洞顶板加固方案

鉴于顶板中墩处上缘配筋不满足受力要求，本设计采用在原有板顶加铺12cm厚C40钢筋混凝土结构面板进行加固，既增加了顶板厚度，改善顶板整体承载能力，同时加铺结构面板内按计算配置双向钢筋网，以满足中墩处顶板上缘受力要求。

（1）清理原有涵顶混凝土结合面，彻底清除表面浮土，油污，表面松散混凝土应予凿除。

（2）在原有板顶钻孔，植入HRB400d=16mm剪力钢筋，加强新老混凝土层的连接。

（3）加铺结构面板内配置双向钢筋网，跨径方向配置HRB400d=25mm钢筋，布置间距为10cm；涵长方向配置HRB400d=16mm钢筋，布置间距为10cm。

（4）加铺12cm厚C40混凝土结构面板。

（5）加铺结构面板沿涵长方向每20m设沉降缝一道（原结构沉降缝对应位置），缝宽1cm，缝内填塞高密度聚氨酯弹性体。

4.2 涵洞侧墙加固方案

原设计为厚度20cm钢筋混凝土侧墙，施工时，侧墙实际厚度仅有16cm左右，根据计算涵洞侧墙不满足受力要求。本设计采用在侧墙设置30cm厚扶壁柱的方案对侧墙进行加固，扶壁柱沿涵长方向每3m设置一道。

（1）清理侧墙与扶壁柱结合处混凝土表面，考虑水下环境及水污染，建议结合面整体凿除5mm深度表面，同时起到拉毛表面作用。

（2）按设计植入HRB400d=16mm剪力钢筋，加强新老混凝土层的连接。

（3）制作、安装扶壁柱钢筋。

（4）浇筑C40自密实快硬混凝土。

（5）施工期间考虑抽排降水。

4.3 涵洞中墩加固方案

原结构中墩为砖砌37墙，含抹面厚度40cm，考虑结构的使用现状及其耐久性，本设计采用在中墩两侧表面设置2.5cm厚环氧类聚合物砂浆+碳纤维网格系统进行加固，提高砌体结构的耐久性。

（1）清理中墩原砂浆表面，考虑水下环境及水污染，建议结合面整体凿除3~5mm深度表面，同时起到拉毛表面作用。原抹面破损、空洞部位应清理干净表面后，用聚合物砂浆进行修补。

（2）基层进行预浸湿处理。

（3）铺设CFN 200/200双向碳纤维网格，网格拼接处应留25cm搭接长度。

（4）人工铺筑2.5cm厚环氧类聚合物砂浆，可采用瓦刀分层刮涂密实，表面应刮涂平整。

5 结束语

桥涵加固施工是对在役桥梁缺陷和病害的处理，与新建、改建相比，情况更复杂，动态施工在加固工程中尤为重要。必须加强施工前的复查和施工中的观测与检查，及时反馈信息指导施工。在施工前，若发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷或与设计不相符的情况，应通知设计单位修改方案。