深厚流塑狀軟土區舊涵改造方案探討

■凌立鑫 黃嘉鵬 劉穎波

（蘇交科集團股份有限公司，南京 210017）

1 前言

公路改擴建工程中對于舊有涵洞，一般來講主要有兩種設計思路， 一是不能利用時拆除重建，二是能利用時拼寬改造。 廣東省濱海相軟土分布較廣，其具有深、厚、差的基本特點，常規鋼筋混凝土涵洞施工需要耗費較多的人力、物力、財力進行涵底地基處理與基坑支護，施工工藝較復雜、周期較長、成本也較大。 由此引伸出鋼波紋管涵與直接橋梁方案的可行性。

本研究以廣東某地區在建高速公路樞紐互通匝道的舊有涵洞為例，從技術、經濟及施工等方面比選舊涵拼寬方案、舊涵拆除重建蓋板涵方案、舊涵拆除重建波紋管涵方案及直接橋梁方案， 以期選擇最合適的方案為今后同類工程問題提供一些參考。

2 工程概況

某在建高速公路樞紐互通C 匝道在CK0+566.5 處與現狀既有道路的涵洞部分重合。 設計圖上及現場實際情況見圖1、2。

圖1 總體圖上舊涵位置

此處位置為多條匝道并行，左右側均布有橋梁鉆探資料，圖3、4 分別為左側G 匝道橋梁樁基鉆孔柱狀圖及右側B 匝道橋梁樁基鉆孔柱狀圖。

圖2 現場舊有涵洞情況

圖3 G 匝道橋梁樁基鉆孔柱狀圖

圖4 B 匝道橋梁樁基鉆孔柱狀圖

由以上鉆孔柱狀圖可以看出軟弱土（②2 淤泥、③12 粉質黏土）埋深13.6～15.3 m，軟弱土下埋⑿22強風化砂巖。②2 淤泥灰褐色、灰黑色，流塑，絮狀結構，含少量貝殼及生物碎屑，具有腥臭氣味；局部夾淤泥質粉砂薄層。⑿22 強風化砂巖灰黃色、青灰色，巖芯多呈塊狀，少量短柱狀，塊徑2～7 cm，節長8～20 cm，巖質較軟，其中34.7～39 m,40.9～50.5 m 呈塊狀為灰色青灰色。 采取率為50%，RQD 為15%左右。

3 舊涵改造方案分析

3.1 舊涵拼寬方案

經查閱舊涵竣工圖可知， 舊涵為一座6.0 m×3.3 m 鋼筋混凝土箱涵， 涵底軟基處理方式為拋石擠淤1 m。 拼寬的涵洞原則上采用相同結構、相同斷面進行拼寬， 但對于箱涵基于工期等綜合需求考慮采用整體式基礎蓋板涵予以接長。 根據C 匝道在舊涵位置的填土高度， 經結構驗算， 舊涵頂板、底板及側板均能滿足規范要求[1]。 故根據現場舊涵位置及C 匝道走向， 擬采用6.0 m×3.3 m 整體式蓋板涵進行舊涵拼寬， 即左側拼寬10.75 m，右側拼寬1.75 m(圖5)。

圖5 舊涵拼寬蓋板涵布置圖

涵洞拼寬時需拆除舊涵一字端墻及基礎、洞口鋪砌、隔水墻及錐坡。 涵身加寬部分沿舊涵身順接，基礎頂面與舊涵基礎頂面平齊，臺身內側與舊涵臺身內側齊； 新舊涵身結合處需設置一道沉降縫；為避免差異沉降導致結構接縫處突變， 在拼接時考慮在原箱涵身通過植筋埋設剪力鋼筋與新建涵洞連接。

涵洞左右兩側的橋梁鉆孔揭示，此處軟土埋深13.6～15.3 m，軟土下覆強度較高的砂巖。 根據地勘資料， 涵洞拼寬部分在基坑開挖時需用鋼板樁支護，基底需采用長螺旋CFG 樁進行特殊處理。 因舊涵于2005 年建成， 經16 年沉降后已趨于穩定，而且此處軟土較深，后期運營仍可能面臨涵洞拼寬繞不開的關鍵問題：新舊涵洞由于地基的差異沉降而產生的沉降差。

3.2 舊涵拆除新建蓋板涵方案

由于舊涵拼寬方案存在新舊涵洞間的差異沉降這一無法規避問題， 所以可以將舊涵拆除后新建蓋板涵。 由于此處位于軟土路段，且整體式基礎蓋板涵本身有施工工藝簡單、工期短、造價低等優點；同時遵循跨徑不低于舊涵跨徑并經過流量驗算后； 擬采用拆除舊涵后新建6.0 m×3.3 m 整體式蓋板涵(圖6)。

圖6 新建6.0 m×3.3 m 整體式蓋板涵布置圖

施工時采用預制鋼筋混凝土蓋板，可以與在建高速公路其他涵洞、通道統一預制，具有工廠化生產、質量可靠、施工速度快、工期較短等優點。

舊涵拆除新建蓋板涵方案也面臨上述舊涵拼寬方案的某些問題：涵洞基坑開挖需要鋼板樁圍堰支護甚至對撐才能施工，涵洞基底需用長螺旋CFG樁處理。

3.3 舊涵拆除新建波紋管涵方案

由于新建蓋板涵方案面臨著施工工序復雜及施工周期較長等問題，故可以考慮將舊涵拆除新建為鋼波紋管涵。 經流量計算后， 擬采用跨徑為5 m的鋼波紋管涵(圖7)。

圖7 新建5 m 鋼波紋管涵布置圖

鋼波紋管主體結構材料采用性能符合《碳素結構鋼(GB/T 700-2006)》要求，抗拉強度不小于350 MPa的碳素結構鋼。 連接件采用扭剪型高強度螺栓、螺母和結構用高強度墊圈，管箍、法蘭盤采用碳素結構鋼；密封材料采用耐候密封膠[2]。 鋼波紋管安裝前需開挖基坑，基礎按柔性基礎設計，需保持整道涵洞范圍內地基承載力均勻，基礎分兩層設計，下層為要求高度壓實的碎石，上層松鋪粗砂。 基礎施工完成后再進行底板拼裝，由下而上順序拼裝，結構拼裝完成后依次序用扭矩扳手擰緊螺栓， 不得遺漏。 鋼波紋管金屬構件防腐分為管身土側、空氣側、水側和連接件防腐，土側采用熱浸鍍鋅+涂瀝青，空氣側和水側采用熱浸鍍鋅， 連接件采用熱浸鍍鋅+涂瀝青+耐候密封膠。

舊涵拆除新建鋼波紋管涵方案不需要鋼板樁圍堰支護甚至對撐施工的工序，同時涵管現場快速拼裝較鋼筋砼涵洞施工周期有一定縮短。 但由于流量匹配的原則，涵管的截面比較大，成本相應會有提高；另外也要加強常年浸水情況下的防腐工作。

3.4 直接橋梁方案

以上無論舊涵利用拼寬還是舊涵拆除新建方案都面臨各種各樣的問題， 所以可以考慮直接橋梁方案。 橋梁采用一跨13 m 空心板橋，橋臺采用扶壁式，基礎采用鉆孔灌注樁。 橋臺下布置2 排樁，每排樁由3 根組成，共計12 根樁。 橋位平面布置見圖9。

圖8 橋型立面布置圖

圖9 橋位平面布置圖

橋臺樁基排距3.2 m，樁間橫距3.75 m，總體來講距離較短，只能安排1 臺鉆機逐樁作業而不能在橋臺一側安排2 臺以上鉆機同步作業。 設計樁長30 m，橋頭各安排1 臺鉆機同步施工，樁基工程需要2 個月； 扶壁式橋臺同步施工需要0.5 個月；上部結構架梁需要0.5 個月；橋梁方案總工期大約需3 個月。

4 方案比選情況

對舊涵拼寬方案、 舊涵拆除新建蓋板涵方案、舊涵拆除新建鋼波紋管涵方案及直接橋梁方案進行了技術分析，現增加施工造價及施工周期這兩方面的比選，綜合比選情況見表1。

根據表1 的綜合比選情況可以看出， 舊涵拼寬方案由于新舊涵洞間的沉降差無法保證， 且后期需中斷匝道交通進行加鋪養護不建議采用，直接橋梁方案由于造價及工期均不占優也不采用。 新建蓋板涵方案的工序有：拆除舊涵→臨時改溝→整平施工平臺→CFG 樁施工→CFG 樁檢驗→基坑支護與開挖→涵洞基礎與主體施工。 新建波紋管涵方案的工序：拆除舊涵→臨時改溝→基坑開挖→基底墊層鋪設→波紋管拼裝。 針對本研究案例，新建波紋管涵方案從工序、造價及工期綜合來看比新建蓋板涵方案占優， 但若遇波紋管涵用鋼材大幅漲價時，新建蓋板涵方案或許也是可以采用的。

表1 方案綜合比選情況

5 結語

本研究以廣東某地區在建高速公路樞紐互通匝道CK0+566.5 處舊有涵洞為例， 在分析舊涵拼寬、拆除重建蓋板涵、拆除重建鋼波紋管涵、直接橋梁方案后，經技術、造價及工期比選后認為理論上新建波紋管涵方案是最優的，但若遇波紋管涵用鋼材大幅漲價時， 新建蓋板涵方案也是可以采用的。本文的案例研究，期望為今后同類工程問題提供一參考。