改善工程中圓管淺埋及非標準管節(jié)體外補強.doc

改善工程中圓管淺埋及非標準管節(jié)體外補強韓根生 周云峰（江西省撫州市公路局 撫州 344000）摘 要：圓管涵圬工數(shù)量小、構造簡單、施工方便，但涵頂需0.5m高的填土厚度。這一條件限制了圓涵在舊路改善中的應用。此種情況設計上多以小跨徑鋼筋砼蓋板涵替代，板涵構造形成的過水面積利用率低，造價功能相比不合算。本文的方法是將圓管淺埋并進行體外砼補強拱化，提高其承載力，從而突破它的適用范圍，并將這一方法擴大到非標準管（弱管節(jié)）補強利用。關鍵詞：橋涵工程；舊路改善；涵洞管節(jié)；體外砼補強；承載力420 前 言我省是農業(yè)大省，屬南方多雨地區(qū)，降雨量大、水系發(fā)達、排洪灌溉溝渠多。公路多穿越稻田、村鎮(zhèn)，各種形式的涵洞分布密度大，同時，二級以下的公路里程占有非常大的比例，每年公路改善（含縣鄉(xiāng)公路）達數(shù)千km。改善工程設計原則上路面硬質化，平縱線形“就地爬”，一般不加高加寬路基。路面硬化的同時，有涵洞配套改造，或小改大、或新增。90年代前二級以下公路，多數(shù)是通過民工建勤逐次完善而趨近于準等級，其中平原丘陵地帶穿越稻田、村鎮(zhèn)的路基高度普遍偏低。改善工程設計涵洞工程仍需遵循水力學和構造上的一般要求，矮路基上，圓管的運用會受到限制。另一方面改善工程實施中，有時不具備條件制備或來不及制備標準公路管節(jié)，而大量地使用城市排污管、水利管節(jié)，實踐中也存在大量使用非標準管的現(xiàn)象，其配筋、砼強度達不到規(guī)范要求，承載力滿足不了公路使用要求，我們稱之為弱管節(jié)。輕率而不處理安裝此種管節(jié)，在超載車輛以及正常荷載的反復作用下會埋下質量隱患，增加返工難度，對行車安全不利。盡管公路改善資金來源各樣，但節(jié)約造價和安全使用是兩大基本目標，圓管淺埋和非標準管拱化處理利用是措施之一。1 滿足水力性能條件下的多方案1.1不同涵洞形式的比較選擇在填土高度不滿足的條件下：1.1.1設計成倒虹吸管 當溝渠的水頭高過路面而小于設置渡槽高度時，虹吸管泄水效果尚好，但管節(jié)安裝要求高，多數(shù)情況是溝渠水頭高度低于路面，此時設計倒虹吸管，泄水效果差，較易淤塞。1.1.2用小跨徑鋼筋砼板涵(1.0m1.5m跨)代替圓涵的排水作用 其施工工藝簡單，在車輛通行的情況下，要分幅施工，其施工周期長，造價高，臺背回填處理不好易跳車。1.2 體外補強 老路路基開挖基坑具備邊界支擋條件，淺埋標準管或使用非標準管體外補強處理措施：1.2.1圓管涵受力情況好，圬工數(shù)量少，施工安裝簡單，造價低，工期短 鋼筋砼圓管涵，涵頂必須保持0.5m厚的填土高度，這一要求大大地限制了圓管涵在舊路改善中的運用。應用此施工處理方法可以忽略這一規(guī)范要求，標準管節(jié)可以淺埋。1.2.2在應急的情況下，使用非標準管節(jié)便利簡單合算 制備鋼筋砼圓管涵標準公路管節(jié)需要一些特殊的生產、養(yǎng)生設備。施工單位有時不具備條件制作，或為較好的應對臨時增設圓涵，或采購不到標準成品管。非標準管節(jié)砼強度一般在10#20#之間，少筋或無筋，承載力低。但其采購價低，僅為標準管的1/32/3，且隨時供應，可以通過補強利用。上述兩種情況是：在標準管節(jié)使用條件惡化（淺埋）時需要增強，加大其超載能力，使用非標準管節(jié)自身弱，使用條件劣（淺埋）更需要補強，增強其承載力。具體做法，充分利用基坑邊界條件。老路路基通過多年行車作用，一般固結良好，土質承載力都較高，c0.2Mpa。在接近涵頂高度處下挖基坑見圖1所示方法放線開挖，為減少體外砼用量，原設計涵底寬度作改變，控制寬度c=+2+2b，基坑壁垂直或微放仰坡，不宜擾動坑壁土質。按正常安裝管節(jié)的一般方法下設規(guī)定的涵底墊層，再在涵底觸點面上鋪56cm厚水泥砂漿或砼?，F(xiàn)在各工程上都擁有裝載機，用裝載機配合人工吊裝管節(jié)速度快、施工簡單、大大地加快了工程進展。安裝就位接縫處理后，按圖示輪廓尺寸澆搗體外砼，砼標號10#15#即可。體外砼補強后開放交通時間：淺埋管節(jié)75管徑涵12d，75管徑涵34d，其他情況只要體外砼達到35倍c邊界土質承載力，可放交通。實施中，體外砼強度可以調整：小管徑7.5#10#，大管徑10#15#，管節(jié)自身砼高者用低值，甚至可以用水泥穩(wěn)定基層拌料適當增加水泥加水搗實，反之用高值。若遇涵長過長或地基土質變化承載力不同，可在管節(jié)縫處對應分段設置沉降縫。土路肩和土方邊坡下的管節(jié)也可不作補強處理圖1基坑內圓管體外砼補強施工斷面圖（見圖1）。單位：m 不同管徑施工尺寸及體外砼用量 表1管 徑1251007550r0.6250.50.3750.250.120.100.080.06b0.250.200.150.10BB0.760.610.460.314800480648164836體外砼10#-15# (m3/m)1.010.6650.3940.194 Br+( b-0.1)/102 體外砼改變管節(jié)受力模式圓管受力狀態(tài)比較復雜，砼強度配筋設計與它所處的工作條件和邊界條件有關，以最不利環(huán)截面彎拉應力為控制，圓管工作也以彎拉應力破壞顯著。施工規(guī)范要求圓管周圍的填土達到較高的密實度，對挖埋涵管回填土很難做到，回填土與部分管外壁存在一定厚度的松軟夾層，密實度不足或不勻會導致工作應力集中，加劇圓管破壞，也可用粒料回填改善密實度。對少筋非標準管尤不利于抗彎拉，為提高其承載力，體外澆搗砼可更有效地控制側向位移變形，充分利用邊界條件，結構整體性強。使圓管上弧圈處于壓應力為主導的受力狀態(tài)，不利截面的彎拉作用變弱，此可比擬為拱化效果（見圖2），上部趨于拱圈作用，下部趨于墩臺作用。因圓管跨徑小，輪跡分布荷載通過路面擴散作用范圍會大于圓管半徑r ，一部分垂直荷載通過側邊砼直接傳至基底，淺埋管上部可用水泥穩(wěn)定基層料回填壓實起護拱作用，提高承載力。125管節(jié)拱化效應與河北交院公路小橋涵手冊1.0m跨徑圖2 受力趨于拱作用的石拱涵可作對比。單位：m 依圖2計算等效拱矢尺寸表 表2 管 徑1251007550 L0=1/2(3r+)(r-)0.50.320.180.08L0/40%32%24%16%2f0=1/2(r-)0.250.200.150.102f0/L0=1/(3r+)1/21/1.61/1.21/0.8砼拱圈厚度0.120.100.080.06砼臺min= b+0.370.300.230.16河北交院公路小橋涵手冊跨徑1.0石拱涵拱單位：m 矢尺寸對照125 表3 填土高度H4m, Hn=1.5m-2.5mL01f0f0/ L0片石拱圈厚度片石臺墻 寬min石拱涵1.000.331/30.250.453 體外補強拱化的經濟合理性標準管和非標準管都可以利用上述方法克服最小填土厚度的限制，達到淺埋的目的，或者可以提高非標準管作用功能下，設計板涵是一種浪費。因為此時板涵的構造功能大于實際利用功能，即實際利用過水面積遠小于板涵本身所具有的空間泄水面積，淺埋圓管替代部分小跨徑板涵節(jié)約造價十分明顯，不須計算。下表通過體外砼補強的非標準管與按原設計標準管規(guī)范安裝（無基座砼設計）的成本比較，說明經濟上可行。若為有基座砼安裝設計，則節(jié)約費用更明顯。三種非標準管節(jié)比標準管節(jié)施工費用比較計算表 表4管節(jié)種類1007550 標準管與非標準 管價差工地標準 制備價采購價+180元/m+110元/m+60元/m 體外砼（10#-1 5#）平均增價-0.665m3/m180元/m3= -120元/m-0.394m3/m180元/m3=-71元/m-0.194m3/m180元/m3=-35元/m比原設計涵底減少墊層用量 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節(jié)約費用（元/m）+78元/m+48元/m+28元/m一般5075非標準從采購來源看砼質量相對差，需要作處理，且處理效果顯著。100的非標準管節(jié)生產須滿足吊裝強度，砼質量相對略高，但鋼筋用量遠遠達不到公路設計數(shù)量。若質量較好的非標準管節(jié)為節(jié)約體外砼用量可僅作半管以下部分的處理。隨管徑增大體外砼用量增大，當體外砼增量達到同高度板涵輕型臺砼用量且非標準管節(jié)采購價較高時，要詳細計算比較成本。4 結 語在老路改善工程中，遇到橫跨公路原有的排水灌溉圓涵多以60居多，村民群眾對大管徑、板涵有喜好。受路基高度及經費制約，我單位經常采用這種方法，少設板涵，以圓涵應對改善需求，特別較好地應對了臨時變更增設圓涵。先后在石撫線、溫展線等多個硬化路面的改善項目中運用，未制備公路標準管節(jié)，直接采購非標準管節(jié)100、80、60使用，在滿足與不滿足填土高度時都用上述方法進行體外補強，有的管節(jié)淺埋置于不高的老路路基中，涵頂達到重建路面的墊層內，幾乎與墊層同高。在12T振動壓路機、10T三輪光輪壓路機以及豐礦超載運煤掛車的反復作用下，沒有出現(xiàn)任何下沉或塌洞。自1998年來，多條改善工程處理過的圓