改善工程中圆管浅埋及非标准管节体外补强.doc

42 改善工程中圆管浅埋及非标准管节体外补强 韩根生 周云峰（江西省抚州市公路局 抚州 344000）摘 要：圆管涵圬工数量小、构造简单、施工方便，但涵顶需0.5m 高的填土厚度。这一条件限制了圆涵在旧路改善中的应用。此种情况设计上多以小跨径钢筋砼盖板涵替代，板涵构造形成的过水面积利用率低，造价功能相比不合算。本文的方法是将圆管浅埋并进行体外砼补强拱化，提高其承载力，从而突破它的适用范围，并将这一方法扩大到非标准管（弱管节）补强利用。关键词：桥涵工程；旧路改善；涵洞管节；体外砼补强；承载力 0 前 言 我省是农业大省，属南方多雨地区，降雨量大、水系发达、排洪灌溉沟渠多。公路多穿越稻田、村镇，各种形式的涵洞分布密度大，同时，二级以下的公路里程占有非常大的比例，每年公路改善（含县乡公路）达数千 km。改善工程设计原则上路面硬质化，平纵线形“就地爬”，一般不加高加宽路基。路面硬化的同时，有涵洞配套改造，或小改大、或新增。90 年代前二级以下公路，多数是通过民工建勤逐次完善而趋近于准等级，其中平原丘陵地带穿越稻田、村镇的路基高度普遍偏低。改善工程设计涵洞工程仍需遵循水力学和构造上的一般要求，矮路基上，圆管的运用会受到限制。另一方面改善工程实施中，有时不具备条件制备或来不及制备标准公路管节，而大量地使用城市排污管、水利管节，实践中也存在大量使用非标准管的现象，其配筋、砼强度达不到规范要求，承载力满足不了公路使用要求，我们称之为弱管节。轻率而不处理安装此种管节，在超载车辆以及正常荷载的反复作用下会埋下质量隐患，增加返工难度，对行车安全不利。尽管公路改善资金来源各样，但节约造价和安全使用是两大基本目标，圆管浅埋和非标准管拱化处理利用是措施之一。1 满足水力性能条件下的多方案 1.1 不同涵洞形式的比较选择 在填土高度不满足的条件下：1.1.1 设计成倒虹吸管 当沟渠的水头高过路面而小于设置渡槽高度时，虹吸管泄水效果尚好，但管节安装要求高，多数情况是沟渠水头高度低于路面，此时设计倒虹吸管，泄水效果差，较易淤塞。1.1.2 用小跨径钢筋砼板涵(1.0m1.5m 跨)代替圆涵的排水作用 其施工工艺简单，在车辆通行的情况下，要分幅施工，其施工周期长，造价高，台背回填处理不好易跳车。1.2 体外补强 老路路基开挖基坑具备边界支挡条件，浅埋标准管或使用非标准管体外补强处理措施：1.2.1 圆管涵受力情况好，圬工数量少，施工安装简单，造价低，工期短 钢筋砼圆管涵，涵顶必须保持0.5m 厚的填土高度，这一要求大大地限制了圆管涵在旧路改善中的运用。应用此施工处理方法可以忽略这一规范要求，标准管节可以浅埋。1.2.2 在应急的情况下，使用非标准管节便利简单合算 制备钢筋砼圆管涵标准公路管节需要一些特殊的生产、养生设备。施工单位有时不具备条件制作，或为较好的应对临时增设圆涵，或采购不到标准成品管。非标准管节砼强度一般在 10#20#之间，少筋或无筋，承载力低。但其采购价低，仅为标准管的1/32/3，且随时供应，可以通过补强利用。上述两种情况是：在标准管节使用条件恶化（浅埋）时需要增强，加大其超载能力，使用非标准管节自身弱，使用条件劣（浅埋）更需要补强，增强其承载力。具体做法，充分利用基坑边界条件。老路路基通过多年行车作用，一般固结良好，土质承载力都较高，c0.2Mpa。在接近涵顶高度处下挖基坑见图 1 所示方法放线开挖，为减少体外砼用量，原设计涵底宽度作改变，控制宽度 c=+2+2b，基坑壁垂直或微放仰坡，不宜扰动坑壁土质。按正常安装管节的一般方法下设规定的涵底垫层，再在涵底触点面上铺 56cm 厚水泥砂浆或砼。现在各工程上都拥有装载机，用装载机配合人工吊装管节速度快、施工简单、大大地加快了工程进展。安装就位接缝处理后，按图示轮廓尺寸浇捣体外砼，砼标号 10#15#即可。体外砼补强后开放交通时间：浅埋管节75 管径涵 12d，75 管径 43 涵 34d，其他情况只要体外砼达到 35 倍c边界土质承载力，可放交通。实施中，体外砼强度可以调整：小管径 7.5#10#，大管径 10#15#，管节自身砼高者用低值，甚至可以用水泥稳定基层拌料适当增加水泥加水捣实，反之用高值。若遇涵长过长或地基土质变化承载力 不同，可在管节缝处对 应分段设置沉降缝。土 路肩和土方边坡下的管 节也可不作补强处理（见图1）。单位：m 不同管径施工尺寸及体外砼用量 表 1 管 径 125 100 75 50 r 0.625 0.5 0.375 0.25 0.12 0.10 0.08 0.06 b 0.25 0.20 0.15 0.10 BB 0.76 0.61 0.46 0.31 4800 4806 4816 4836 体外砼 10#-15#(m3/m)1.01 0.665 0.394 0.194 Br+(b-0.1)/10 2 体外砼改变管节受力模式 圆管受力状态比较复杂，砼强度配筋设计与它所处的工作条件和边界条件有关，以最不利环截面弯拉应力为控制，圆管工作也以弯拉应力破坏显著。施工规范要求圆管周围的填土达到较高的密实度，对挖埋涵管回填土很难做到，回填土与部分管外壁存在一定厚度的松软夹层，密实度不足或不匀会导致工作应力集中，加剧圆管破坏，也可用粒料回填改善密实度。对少筋非标准管尤不利于抗弯拉，为提高其承载力，体外浇捣砼可更有效地控制侧向位移变形，充分利用边界条件，结构整体性强。使圆管上弧圈处于压应力为主导的受力状态，不利截面的弯拉作用变弱，此可比拟为拱化效果（见图 2），上部趋于拱圈作用，下部趋于墩台作用。因圆管跨径小，轮迹分布荷载通过路面扩散作用范围会大于圆管半径 r，一部分垂直荷载通过侧边砼直接传至基底，浅埋管上部可用 水泥稳定基层料回填压 实起护拱作用，提高承 载力。125 管节拱化 效应与河北交院公路 小桥涵手册1.0m 跨径 的石拱涵可作对比。单位：m 依图 2 计算等效拱矢尺寸表 表 2 管 径 125 100 75 50 L0=1/2(3r+)(r-)0.5 0.32 0.18 0.08 L0/40%32%24%16%2f0=1/2(r-)0.25 0.20 0.15 0.10 2f0/L0=1/(3r+)1/2 1/1.6 1/1.2 1/0.8 砼拱圈厚度 0.12 0.10 0.08 0.06 砼台min=b+0.37 0.30 0.23 0.16 河北交院公路小桥涵手册跨径 1.0 石拱涵拱 单位：m 矢尺寸对照125 表 3 填土高度H4m,Hn=1.5m-2.5m L0 1f0 f0/L0 片石拱圈 厚度 片石台墙 宽min 石拱涵 1.00 0.33 1/3 0.25 0.45 3 体外补强拱化的经济合理性 标准管和非标准管都可以利用上述方法克服最小填土厚度的限制，达到浅埋的目的，或者可以提高非标准管作用功能下，设计板涵是一种浪费。因为此时板涵的构造功能大于实际利用功能，即实际利用过水面积远小于板涵本身所具有的空间泄水面积，浅埋圆管替代部分小跨径板涵节约造价十分明显，不须计算。下表通过体外砼补强的非标准管与按原设计标准管规范安装（无基座砼设计）的成本比较，说明经济上可行。若为有基座砼安装设计，则节约费用更明显。三种非标准管节比标准管节施工费用比较计算表 表 4 管节种类 100 75 50 标准管与非标准 管价差工地标准 制备价采购价+180 元/m+110 元/m+60 元/m 体外砼（10#-1 5#）平均增价-0.665m3/m180 元/m3=-120元/m-0.394m3/m180 元/m3=-71 元/m-0.194m3/m180 元/m3=-35 元/m 比原设计涵底 减少垫层用量 V =1/3（t0+t15+t30）+0.3m3/m60 元/m3=+18 元/m+0.15m3/m60 元/m3=+9 元/m+0.05m3/m60 元/m3=+3 元/m 节约费用（元/m）+78 元/m+48 元/m+28 元/m 一般5075 非标准从采购来源看砼质量相对差，需要作处理，且处理效果显著。100的非标准管节生产须满足吊装强度，砼质量相对略高，但钢筋用量远远达不到公路设计数量。若质量较好的非标准管节为节约体外砼用量可仅作半管以下部分的处理。随管径增大体外砼用量增大，当体外砼增量达到同高度板涵轻型台砼用量且非标准管节采购价较高时，要详细计算比较成本。4 结 语 在老路改善工程中，遇到横跨公路原有的排水灌溉圆涵多以60 居多，村民群众对大管径、板涵有喜好。受路基高度及经费制约，我单位经常采用这种方法，少设板涵，以圆涵应对改善需求，特别较好地应对了临时变更增设圆涵。先后在石抚线、温展线等多个硬化路面的改善项目中运用，未制备公路标准管节，直接采购非标准管节100、80、60 使用，在满足与不满足填土高度时都用上述方法进行体外补强，有的管节浅埋置于不高的老路路基中，涵顶达到重建路面的垫层内，几乎与垫层同高。在 12T 振动压路机、10T 三轮光轮压路机以及 图 1 基坑内圆管体外砼补强施工断面图 图 2 受力趋于拱作用 42 丰矿超载运煤挂车的反复作用下，没有出现任何下沉或塌洞。自 1998 年来，多条改善工程处理过的圆涵工况良好。对临金线实地调查 K598+100 涵60、K598+930 涵80、K598+497 涵100 未发现使用裂缝，于新建水泥砼路面而言，圆管体外砼可以有效 地避免如用其他体外回填料产生工后沉降，导致路面板底脱空的现象。参考文献：1 河北省交通规划设计院,公路小桥涵手册M.北京:人民交通出版社,1987.2 交通部第一公路工程局,公路施工手册桥涵M.北京:人民交通出版社,1985.43