改善工程中圓管淺埋及非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)體外補(bǔ)強(qiáng).doc

改善工程中圓管淺埋及非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)體外補(bǔ)強(qiáng)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(gòu)造簡(jiǎn)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(yīng)用。此種情況設(shè)計(jì)上多以小跨徑鋼筋砼蓋板涵替代，板涵構(gòu)造形成的過(guò)水面積利用率低，造價(jià)功能相比不合算。本文的方法是將圓管淺埋并進(jìn)行體外砼補(bǔ)強(qiáng)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(kuò)大到非標(biāo)準(zhǔn)管（弱管節(jié)）補(bǔ)強(qiáng)利用。關(guān)鍵詞：橋涵工程；舊路改善；涵洞管節(jié)；體外砼補(bǔ)強(qiáng)；承載力420 前 言我省是農(nóng)業(yè)大省，屬南方多雨地區(qū)，降雨量大、水系發(fā)達(dá)、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(shí)，二級(jí)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(dá)數(shù)千km。改善工程設(shè)計(jì)原則上路面硬質(zhì)化，平縱線形“就地爬”，一般不加高加寬路基。路面硬化的同時(shí)，有涵洞配套改造，或小改大、或新增。90年代前二級(jí)以下公路，多數(shù)是通過(guò)民工建勤逐次完善而趨近于準(zhǔn)等級(jí)，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(shè)計(jì)涵洞工程仍需遵循水力學(xué)和構(gòu)造上的一般要求，矮路基上，圓管的運(yùn)用會(huì)受到限制。另一方面改善工程實(shí)施中，有時(shí)不具備條件制備或來(lái)不及制備標(biāo)準(zhǔn)公路管節(jié)，而大量地使用城市排污管、水利管節(jié)，實(shí)踐中也存在大量使用非標(biāo)準(zhǔn)管的現(xiàn)象，其配筋、砼強(qiáng)度達(dá)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(fù)作用下會(huì)埋下質(zhì)量隱患，增加返工難度，對(duì)行車安全不利。盡管公路改善資金來(lái)源各樣，但節(jié)約造價(jià)和安全使用是兩大基本目標(biāo)，圓管淺埋和非標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)成倒虹吸管 當(dāng)溝渠的水頭高過(guò)路面而小于設(shè)置渡槽高度時(shí)，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(shí)設(shè)計(jì)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(jiǎn)單，在車輛通行的情況下，要分幅施工，其施工周期長(zhǎng)，造價(jià)高，臺(tái)背回填處理不好易跳車。1.2 體外補(bǔ)強(qiáng) 老路路基開(kāi)挖基坑具備邊界支擋條件，淺埋標(biāo)準(zhǔn)管或使用非標(biāo)準(zhǔn)管體外補(bǔ)強(qiáng)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(jiǎn)單，造價(jià)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(yùn)用。應(yīng)用此施工處理方法可以忽略這一規(guī)范要求，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)可以淺埋。1.2.2在應(yīng)急的情況下，使用非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)便利簡(jiǎn)單合算 制備鋼筋砼圓管涵標(biāo)準(zhǔn)公路管節(jié)需要一些特殊的生產(chǎn)、養(yǎng)生設(shè)備。施工單位有時(shí)不具備條件制作，或?yàn)檩^好的應(yīng)對(duì)臨時(shí)增設(shè)圓涵，或采購(gòu)不到標(biāo)準(zhǔn)成品管。非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)砼強(qiáng)度一般在10#20#之間，少筋或無(wú)筋，承載力低。但其采購(gòu)價(jià)低，僅為標(biāo)準(zhǔn)管的1/32/3，且隨時(shí)供應(yīng)，可以通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)利用。上述兩種情況是：在標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)使用條件惡化（淺埋）時(shí)需要增強(qiáng)，加大其超載能力，使用非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)自身弱，使用條件劣（淺埋）更需要補(bǔ)強(qiáng)，增強(qiáng)其承載力。具體做法，充分利用基坑邊界條件。老路路基通過(guò)多年行車作用，一般固結(jié)良好，土質(zhì)承載力都較高，c0.2Mpa。在接近涵頂高度處下挖基坑見(jiàn)圖1所示方法放線開(kāi)挖，為減少體外砼用量，原設(shè)計(jì)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(dòng)坑壁土質(zhì)。按正常安裝管節(jié)的一般方法下設(shè)規(guī)定的涵底墊層，再在涵底觸點(diǎn)面上鋪56cm厚水泥砂漿或砼?，F(xiàn)在各工程上都擁有裝載機(jī)，用裝載機(jī)配合人工吊裝管節(jié)速度快、施工簡(jiǎn)單、大大地加快了工程進(jìn)展。安裝就位接縫處理后，按圖示輪廓尺寸澆搗體外砼，砼標(biāo)號(hào)10#15#即可。體外砼補(bǔ)強(qiáng)后開(kāi)放交通時(shí)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(dá)到35倍c邊界土質(zhì)承載力，可放交通。實(shí)施中，體外砼強(qiáng)度可以調(diào)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(dāng)增加水泥加水搗實(shí)，反之用高值。若遇涵長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)或地基土質(zhì)變化承載力不同，可在管節(jié)縫處對(duì)應(yīng)分段設(shè)置沉降縫。土路肩和土方邊坡下的管節(jié)也可不作補(bǔ)強(qiáng)處理圖1基坑內(nèi)圓管體外砼補(bǔ)強(qiáng)施工斷面圖（見(jiàn)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(fù)雜，砼強(qiáng)度配筋設(shè)計(jì)與它所處的工作條件和邊界條件有關(guān)，以最不利環(huán)截面彎拉應(yīng)力為控制，圓管工作也以彎拉應(yīng)力破壞顯著。施工規(guī)范要求圓管周圍的填土達(dá)到較高的密實(shí)度，對(duì)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(shí)度不足或不勻會(huì)導(dǎo)致工作應(yīng)力集中，加劇圓管破壞，也可用粒料回填改善密實(shí)度。對(duì)少筋非標(biāo)準(zhǔn)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(cè)向位移變形，充分利用邊界條件，結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)。使圓管上弧圈處于壓應(yīng)力為主導(dǎo)的受力狀態(tài)，不利截面的彎拉作用變?nèi)酰丝杀葦M為拱化效果（見(jiàn)圖2），上部趨于拱圈作用，下部趨于墩臺(tái)作用。因圓管跨徑小，輪跡分布荷載通過(guò)路面擴(kuò)散作用范圍會(huì)大于圓管半徑r ，一部分垂直荷載通過(guò)側(cè)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(shí)起護(hù)拱作用，提高承載力。125管節(jié)拱化效應(yīng)與河北交院公路小橋涵手冊(cè)1.0m跨徑圖2 受力趨于拱作用的石拱涵可作對(duì)比。單位：m 依圖2計(jì)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(tái)min= b+0.370.300.230.16河北交院公路小橋涵手冊(cè)跨徑1.0石拱涵拱單位：m 矢尺寸對(duì)照125 表3 填土高度H4m, Hn=1.5m-2.5mL01f0f0/ L0片石拱圈厚度片石臺(tái)墻 寬min石拱涵1.000.331/30.250.453 體外補(bǔ)強(qiáng)拱化的經(jīng)濟(jì)合理性標(biāo)準(zhǔn)管和非標(biāo)準(zhǔn)管都可以利用上述方法克服最小填土厚度的限制，達(dá)到淺埋的目的，或者可以提高非標(biāo)準(zhǔn)管作用功能下，設(shè)計(jì)板涵是一種浪費(fèi)。因?yàn)榇藭r(shí)板涵的構(gòu)造功能大于實(shí)際利用功能，即實(shí)際利用過(guò)水面積遠(yuǎn)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(jià)十分明顯，不須計(jì)算。下表通過(guò)體外砼補(bǔ)強(qiáng)的非標(biāo)準(zhǔn)管與按原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)范安裝（無(wú)基座砼設(shè)計(jì)）的成本比較，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)上可行。若為有基座砼安裝設(shè)計(jì)，則節(jié)約費(fèi)用更明顯。三種非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)比標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)施工費(fèi)用比較計(jì)算表 表4管節(jié)種類1007550 標(biāo)準(zhǔn)管與非標(biāo)準(zhǔn) 管價(jià)差工地標(biāo)準(zhǔn) 制備價(jià)采購(gòu)價(jià)+180元/m+110元/m+60元/m 體外砼（10#-1 5#）平均增價(jià)-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(shè)計(jì)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(fèi)用（元/m）+78元/m+48元/m+28元/m一般5075非標(biāo)準(zhǔn)從采購(gòu)來(lái)源看砼質(zhì)量相對(duì)差，需要作處理，且處理效果顯著。100的非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)生產(chǎn)須滿足吊裝強(qiáng)度，砼質(zhì)量相對(duì)略高，但鋼筋用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到公路設(shè)計(jì)數(shù)量。若質(zhì)量較好的非標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)體外砼增量達(dá)到同高度板涵輕型臺(tái)砼用量且非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)采購(gòu)價(jià)較高時(shí)，要詳細(xì)計(jì)算比較成本。4 結(jié) 語(yǔ)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(duì)大管徑、板涵有喜好。受路基高度及經(jīng)費(fèi)制約，我單位經(jīng)常采用這種方法，少設(shè)板涵，以圓涵應(yīng)對(duì)改善需求，特別較好地應(yīng)對(duì)了臨時(shí)變更增設(shè)圓涵。先后在石撫線、溫展線等多個(gè)硬化路面的改善項(xiàng)目中運(yùn)用，未制備公路標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)，直接采購(gòu)非標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)100、80、60使用，在滿足與不滿足填土高度時(shí)都用上述方法進(jìn)行體外補(bǔ)強(qiáng)，有的管節(jié)淺埋置于不高的老路路基中，涵頂達(dá)到重建路面的墊層內(nèi)，幾乎與墊層同高。在12T振動(dòng)壓路機(jī)、10T三輪光輪壓路機(jī)以及豐礦超載運(yùn)煤掛車的反復(fù)作用下，沒(méi)有出現(xiàn)任何下沉或塌洞。自1998年來(lái)，多條改善工程處理過(guò)的圓