東北某高速公路改擴建工程涵改橋方案探討

孔大興

(華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210000)

中國部分建成年代已久的高速公路服務水平日趨下降，導致節(jié)假日擁堵嚴重，交通事故頻發(fā)，對高速公路的改擴建迫在眉睫。涵洞等小型結(jié)構(gòu)物作為高速公路中橋涵的一部分，其數(shù)量多、類型雜，在整個工程規(guī)模中也是較重要的組成部分。受高速公路路基拓寬改造方式的影響，不同拓寬改造方式對應既有涵洞的改造方案存在區(qū)別，如常規(guī)路基兩側(cè)向外拓寬方式主要影響既有涵洞的長度，對既有涵洞的位置影響較小，故涵洞一般采用兩側(cè)拼寬的設計方案；而利用既有路基作為改擴建后半幅車道、新建另半幅路基的拓寬改造方式不僅影響既有涵洞的長度，對其位置也有較大影響，既有涵洞可能采用單側(cè)改造及半幅新建的設計方案，甚至可能采用將既有涵洞拆除后移位新建的方案。實際工程中需根據(jù)項目特點采用最佳的既有涵洞改造設計方案，做到總體設計原則基本一致、具體問題具體分析。該文主要針對高速公路改擴建中需拆除后重建類型涵洞的改造方案進行探討。

1 工程背景

琿春至烏蘭浩特高速公路吉林至機場段現(xiàn)狀為六車道高速公路(路基按六車道預留用地，橋梁按六車道一次建成，全線雙向四車道運營)，路基寬34.5 m，設計速度120 km/h。施工圖改造方案采用向內(nèi)側(cè)預留部分拓寬的方式，擴建為雙向六車道高速公路，路基寬度及設計速度與現(xiàn)狀一致。

該項目主線既有涵洞均為鋼筋砼蓋板涵，主要為過水涵，部分涵洞兼具通行功能。根據(jù)該項目路基改造方案的特點，對全線路基標準斷面改造范圍內(nèi)既有蓋板涵中出現(xiàn)砼破損、露筋、裂縫、鋪砌毀損等病害的涵洞進行維修加固，互通或服務區(qū)改造范圍內(nèi)需拼寬接長的涵洞采用與既有涵洞相同孔徑及結(jié)構(gòu)類型進行拼接處理，同時維修加固既有部分。

樁號K413+915.669處1道2孔4.0 m×4.0 m過水蓋板涵在施工圖階段的檢測評定中評定為四類，存在較多對結(jié)構(gòu)受力及安全有影響的病害，檢測評定報告建議將其拆除后重建。依據(jù)檢測評定結(jié)果，設計采用整體拆除重建相同孔徑大小蓋板涵的方案(見圖1)。

圖1 涵洞洞身正斷面(單位：cm)

在主線半幅封閉施工、半幅運營的交通組織方案下，該涵洞采取先拆除重建左半幅、待左幅竣工后再拆除重建右半幅的施工方案。涵洞基坑需從原路面開挖至新建涵洞基礎底部換填至凍脹線位置，開挖總深度達9.1 m，路面開挖范圍43.8 m，基坑底部開挖范圍11.8 m(見圖2)。在半幅運營的施工要求下該方案路基基坑開挖過大，施工車輛及機械保通困難，邊坡防護難度大，費用高且施工周期長，同時由于施工期正處于當?shù)刂饕涤昶冢摵礊橹饕^水涵，過水量大，加大了施工難度及安全風險。

圖2 涵洞開挖正斷面(單位：cm)

2 設計方案變更

根據(jù)該涵洞的特殊情況，提出多個施工設計方案，經(jīng)過多方面分析比較，確定采用在既有蓋板涵上方新建1-20 m小箱梁橋、保留既有蓋板涵結(jié)構(gòu)的方案(見圖3)。該方案避免了大開大挖，施工周期短，便于施工車輛及機械通行，施工難度低，節(jié)省造價，同時可保證汛期排洪不受影響，是一個可行、經(jīng)濟、合理的方案。

圖3 橋型布置示意圖(單位：標高為m，其他為cm)

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預應力砼簡支箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋臺、鉆孔灌注樁基礎，樁基長度通過兩處鉆孔的地質(zhì)勘探資料根據(jù)規(guī)范要求計算得出。該項目處于北方季節(jié)性凍脹環(huán)境，橋梁樁長設計時考慮凍土的影響，一方面由于土的凍融現(xiàn)象，考慮將凍脹線以上的土作為樁基負摩阻計算樁長，另一方面考慮將凍脹線以上的土體去除后計算樁長，最后通過分析比對確定橋梁樁基長度。

3 兩種改造方案的造價比較

對將原設計挖除后重建2孔4.0 m×4.0 m鋼筋砼蓋板涵與新建1-20 m裝配式預應力簡支箱梁方案的造價進行比較，變更后造價比原設計節(jié)省近80 萬元，新建橋梁方案更經(jīng)濟、合理(見表1)。

表1 兩改造方案的造價對比

原設計挖除后重建2孔4.0 m×4.0 m 鋼筋砼蓋板涵的造價費用組成中，蓋板涵的主體結(jié)構(gòu)費用約為41.7+88.0+6.8+16.2=152.7 萬元，蓋板涵開挖、回填、路基路面及拆除費用約為63.2+34.4+98.1+23.0=218.7 萬元，拆除費用占總費用的58.8%(見圖4)。而變更后方案的造價基本以新建費用為主。

圖4 原設計挖除后重建蓋板涵方案造價組成

4 橋梁施工步驟及注意事項

因主線采用半幅封閉施工、半幅運營的交通組織方案，涵改橋采用先施工右半幅、待運營后再施工左半幅的施工方案。施工步驟為將橋梁樁基坐標放至實地，確定開挖范圍→清除蓋板涵涵頂標高以上開挖范圍內(nèi)的全部填土→橋梁樁基施工完成后，澆筑臺帽、耳背墻→吊裝上部結(jié)構(gòu)，進行橋梁橫向濕接縫澆筑→完成橋面鋪裝及橋梁護欄安裝。

該項目涵改橋施工中需注意：1)對既有結(jié)構(gòu)物的保護。因既有蓋板涵被評定為四類病害，施工開挖涵頂填土時應避免大型機械及重車通行，同時在開挖至蓋板頂0.5 m時采用人工開挖方式清除覆土。2)半幅施工中，施工車輛及施工機械利用原有中分帶通行，制訂完善的交通組織方案，盡量減少對半幅運營車輛交通的影響。

5 結(jié)語

高速公路改擴建工程中對于涵洞等小型構(gòu)造物的拼寬改造設計已形成了一套較成熟的設計原則及方案，大部分小型構(gòu)造物均可采用。從該項目涵洞改造方案設計來看，涵改橋方案比拆除重建方案更節(jié)約造價、縮短施工周期、降低施工難度。對于多孔大跨徑、埋深較大的需拆除重建的小型構(gòu)造物，在施工圖設計階段提出的工程設計方案應具有特殊性，需從結(jié)構(gòu)安全、施工周期及工程造價等方面比較論證，切勿機械地套用原則及方案。