“零影響”交通下的火災(zāi)后公路涵洞“涵中涵”維修加固技術(shù)

■許德妹

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司漳州管理分公司，漳州 363005）

涵洞是公路工程建設(shè)中，為了使公路順利通過水渠或人行道，在不妨礙交通情況下，修設(shè)于路基下的排水孔道或過人通道。 通過這種結(jié)構(gòu)可以用于跨越天然溝谷洼地排泄洪水，或橫跨大小道路作為人、畜和車輛的分離式立交通道。 涵洞主要由基礎(chǔ)、涵身、涵頂和翼墻等結(jié)構(gòu)組成，通用石、磚、鋼筋混凝土和混凝土等材料建成。 部分通道由于使用不當(dāng)，發(fā)生火災(zāi)意外，火體產(chǎn)生的高溫會(huì)嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中材料的強(qiáng)度和質(zhì)量， 對(duì)涵洞的承載能力和使用性能造成隱患， 必須及時(shí)進(jìn)行維修加固[1]。 因此，根據(jù)既有涵洞的病害，因涵制宜，選擇在“零影響”交通、少影響既有涵洞功能的情況下，能快速進(jìn)行維修加固的方法，具有非常重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 工程概況

福建省某高速公路排水涵洞建于2012 年，結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土蓋板涵， 孔徑為3 m， 凈高3.5 m， 涵頂填土高1.2 m， 采用漿砌片石臺(tái)身和基礎(chǔ)，鋼筋混凝土臺(tái)帽和蓋板，兼具人行、通水的功能。 因非自然因素，發(fā)生火燒涵洞，造成頂蓋板出現(xiàn)裂縫、混凝土破損，大面積混凝土脫落、露筋等的病害，嚴(yán)重危及行車安全[2]。 病害現(xiàn)場情況如圖1 所示。 經(jīng)檢測(cè)單位檢測(cè)評(píng)估，涵洞總體及部件技術(shù)狀況評(píng)定為差等級(jí)， 推斷火場溫度大于等于1044℃，回彈法檢測(cè)主要構(gòu)件強(qiáng)度合格率僅為50%，取芯法檢測(cè)火場內(nèi)混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；鋼筋力學(xué)試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求。 因此建議對(duì)受損的部件及時(shí)安排維修加固。

圖1 涵洞現(xiàn)場火損情況

2 加固方案確定

根據(jù)檢測(cè)單位提供的現(xiàn)場檢測(cè)結(jié)果， 設(shè)計(jì)、業(yè)主、 監(jiān)測(cè)單位等到現(xiàn)場對(duì)涵洞的破壞程度進(jìn)行查看，后經(jīng)現(xiàn)場查勘和分析研究，商定維修加固方案。

2.1 常見加固方案比選

根據(jù)專家研究討論，本項(xiàng)目可采用3 種加固方案，具體如下：（1）方案一：直接將被燒毀的涵洞頂拉筋，整體立模注漿，加厚該蓋板。 但因計(jì)算獲得涵身抗壓承載能力不滿足，該方案不選擇。 （2）方案二：保留舊涵臺(tái)身和基礎(chǔ)，拆除舊涵鋼筋混凝土蓋板，重新澆筑。 該方案保持了原涵的斷面大小，能達(dá)到徹底整治的目的，但需中斷交通，工期長、成本高、社會(huì)影響較大，不宜采用。 （3）方案三：在既有涵洞內(nèi)嵌套涵洞（簡稱“涵中涵”），涵身與原涵身之間重新布網(wǎng)格筋，澆筑混凝土；頂蓋板采用鋼筋水泥預(yù)制板，頂推加固方案。 該方案采用內(nèi)嵌涵洞形式，既能滿足承壓要求，又不影響涵洞原有通人及排洪的功能，且不需要中斷交通，能縮短工期，降低施工難度，社會(huì)影響較小。 因此，選擇方案三作為最終加固方案。

2.2 加固前結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)

確定采用“涵中涵”的加固維修方案，新的涵洞與舊的涵洞體作為共同承載荷體，需進(jìn)行洞身“抗拉拔試驗(yàn)檢測(cè)”，用來測(cè)定“涵中涵”粘結(jié)性、強(qiáng)度、抗壓性能等。

鋼筋抗拉拔現(xiàn)場試驗(yàn)檢測(cè)， 選取涵洞身3 處，鉆孔相匹配的孔徑，孔深，清孔后，注入環(huán)氧樹脂錨固膠后，植入直徑為HPB335-14 鋼筋。 在鋼筋植入至少72 h 后，采用拉力計(jì)（千斤頂）對(duì)所植的鋼筋進(jìn)行拉拔試驗(yàn)檢測(cè)，此方法用于檢測(cè)澆筑新涵身與舊涵洞壁之間粘結(jié)性、強(qiáng)度是否要求。 抗拉拔試驗(yàn)檢測(cè)如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)場鋼筋抗拉拔試驗(yàn)檢測(cè)

現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果顯示，涵洞洞壁混凝土無出現(xiàn)裂縫，植入鋼筋沒有滑移、傾斜等宏觀裂損現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度值測(cè)定結(jié)果為52 MPa，滿足抗拉強(qiáng)度要求，可采用加筋混凝土內(nèi)嵌涵洞的加固方案。

3 “涵中涵”加固方案要點(diǎn)

“涵中涵”， 就是在滿足舊涵洞承載力的基礎(chǔ)上，在舊涵內(nèi)嵌入一個(gè)新涵洞結(jié)構(gòu)，通過新舊涵洞的鋼筋連接，形成一個(gè)“涵中涵”整體，共同對(duì)路面起支撐作用，方案設(shè)計(jì)如圖3 所示。 方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：（1）設(shè)計(jì)荷載為公路-I 級(jí)，考慮填土厚度0.5～2.0 m；設(shè)計(jì)土壤內(nèi)摩擦角取35°；涵洞頂上活載引起的豎向土壓力， 按車輪著地面積的邊緣向下作30°角度分布計(jì)算；（2）新舊涵身設(shè)計(jì)通過接觸面鑿毛及植筋的方法，提升整體穩(wěn)固性，共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，植筋方案設(shè)計(jì)如圖4 所示；（3）新舊蓋板間采用接觸面鑿毛以及預(yù)留孔隙注漿的方案，待漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，原涵洞與涵洞硬化膠結(jié)在一起，“涵中涵”形成一個(gè)整體承壓體，共同抵抗路基荷載；（4）新修涵身基礎(chǔ)直接作用在原涵洞的底板擴(kuò)大基礎(chǔ)上，保證新舊結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)不均勻沉降。

圖3 “涵中涵”方案設(shè)計(jì)圖

圖4 涵身植筋細(xì)部構(gòu)造圖

4 “涵中涵”加固施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 涵身側(cè)面開挖，涵身及頂板清理鑿毛

加固前需要對(duì)燒毀的砼面進(jìn)行清理，鑿除松散的砼、清除表面的油煙污漬附著物。 同時(shí)為了提高新舊的混凝土粘結(jié)力，需增加墻面粗糙度，人工用打孔鉆在舊混凝土表面做拉毛處理（圖5）[3]，確保每一面板處拉毛量足夠。 經(jīng)此步驟處理過的墻面能夠大幅提升水泥砂漿與墻面的粘合力，從而使新舊墻面貼得更牢固，為下一步混凝土澆筑做好準(zhǔn)備。

圖5 現(xiàn)場交界面人工拉毛處理

4.2 涵身植筋，安裝鋼筋網(wǎng)

為提升新舊涵身的穩(wěn)固性，兩側(cè)涵洞身植入鋼筋，布筋拉鉤，按設(shè)計(jì)分別用縱向帶肋鋼筋和橫向鋼筋以一定的間距排列且互成直角、全部交叉點(diǎn)均焊接在一起的形成鋼筋網(wǎng)。 另預(yù)留植入的原有洞身長度的鋼筋（約70 cm），成梅花型300 mm×300 mm布設(shè)， 這些預(yù)留的鋼筋讓新舊涵身結(jié)合更加一體，受力更強(qiáng)。 涵洞身厚度為40 cm 厚的混凝土。 上面預(yù)留30 cm 空間，方便放置20 cm 厚的水泥鋼筋預(yù)制板，鋼筋布置如圖6 所示。

圖6 涵洞墻身鋼筋布置

4.3 涵身立模，澆搗混凝土

模板安裝要確保構(gòu)造成物具有規(guī)定的尺寸，且線形順暢，外觀美觀，模板應(yīng)支架牢固、密實(shí)。 本工程擬采用木模板進(jìn)行拼裝，通過與外側(cè)斜撐聯(lián)合加固，保證模板不致于在澆搗混凝土?xí)r出現(xiàn)偏位。

澆搗混凝土采用地泵輸送C40 商品混凝土，澆筑時(shí)應(yīng)全段面均勻、分層上升，及時(shí)采用插入式振搗棒振搗，并防止振動(dòng)棒觸及模板，造成模板偏位。從攪拌砼開始到澆搗完成時(shí)間控制在1 h 內(nèi)。 澆筑至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高后，抹平進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作。 當(dāng)涵洞墻身都澆筑完好后，混凝土成型之后，應(yīng)控制其表面適當(dāng)濕度和溫度，保證內(nèi)部充分水化，促進(jìn)強(qiáng)度的增長，混凝土的灑水養(yǎng)護(hù)的日期應(yīng)不少于14 d。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)，方可進(jìn)行拆模[4]。

4.4 預(yù)制頂板安裝

（1）搭建腳手架。 在涵洞吊裝入口搭建腳手架，腳手架高度控制好，以便規(guī)格為3 m×1 m×0.2 m 水泥鋼筋預(yù)制板吊裝就位在新的涵洞身頂上， 并在腳手架上面鋪上兩條鋼板軌道， 鋼板軌道上裝用帶輪子的“滑板車”，將預(yù)制板吊裝入位布置好的“滑板車”（圖7）。 （2）預(yù)制板就位到“滑板車”后，在涵洞的另一入口，用卷揚(yáng)機(jī)拉，一邊拉，一邊人工加以調(diào)整控制，將一片一片的預(yù)制水泥鋼筋板輸送到位（圖8）。

圖7 水泥預(yù)制板輸送

圖8 水泥預(yù)制板安裝

4.5 頂板內(nèi)部注漿

4.5.1 封膠

當(dāng)全部的水泥預(yù)制板推進(jìn)就位后，再次復(fù)核涵洞的中線及水平線，預(yù)制板板與板之間縫隙用環(huán)氧沙漿進(jìn)行封膠。

4.5.2 壓漿

原有的涵洞蓋板與新的涵洞水泥預(yù)制板之間留有約8 cm 的空隙層， 空隙層通過壓漿處理使后續(xù)的連接水泥預(yù)制板與舊涵頂板結(jié)合，壓漿的水泥漿應(yīng)由強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 級(jí)硅酸鹽水泥制作而成，壓漿應(yīng)做到：（1）在壓漿前要清除空隙層、舊涵頂板，水泥預(yù)制板內(nèi)的雜物、積水等。 （2）壓漿前，應(yīng)用密封罩或模板封住涵洞一側(cè)的空隙層和其他可能漏漿處，預(yù)留的適量的排氣孔或泌水口，待封堵料達(dá)到一定強(qiáng)度后方可壓漿。 （3）壓漿應(yīng)先內(nèi)后外，從涵洞封堵的一側(cè)開始?jí)喝氩⒄駬v， 由內(nèi)而外壓入。 （4）水泥漿體在壓入空隙層之前，需把壓漿管路中的空氣、水和稀漿排除掉，應(yīng)先開啟壓漿泵，讓漿體從壓漿嘴噴排出少許。 當(dāng)壓漿嘴排出的漿體流動(dòng)度與攪拌罐中漿體流動(dòng)度一致時(shí)，可開始進(jìn)行空隙層壓漿。 （5）在壓漿的過程中，因空隙層較大、較長且要釆用一次壓漿， 要隨時(shí)控制壓漿泵的壓漿力度，避免力度過大或過小，造成壓漿不均勻，壓漿壓力宜為1.0 MPa； 當(dāng)壓漿充盈度達(dá)到涵洞另一側(cè)的孔道飽滿并從排氣孔排出漿體，且漿體排出的速度與規(guī)定流動(dòng)度相同時(shí)，關(guān)閉壓漿泵，然后保持不少于3 min 的穩(wěn)壓期（壓力在0.50～0.60 MPa），而后壓漿完成。 （6）本次壓漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一次完成，不得中停， 從漿體攪拌到壓入空隙層的時(shí)間不得超過40 min。 （7）壓漿后要檢查出漿孔和壓漿孔壓漿的密實(shí)情況，如發(fā)現(xiàn)不符，要及時(shí)補(bǔ)灌，以保證空隙層漿體完全充盈密實(shí)[5]。

4.6 通道涵路面恢復(fù)

采用機(jī)械拆除原路面并開鑿至底板位置，將鑿除的垃圾外運(yùn)，清理底板，填筑砂礫層，澆搗水泥穩(wěn)定碎石層，以及攤鋪水泥混凝土路面，使道路恢復(fù)原通行狀況。

5 “涵中涵”加固施工交工驗(yàn)收

現(xiàn)場加固施工結(jié)束后，對(duì)“涵中涵”加固施工的效果進(jìn)行交工驗(yàn)收， 驗(yàn)收結(jié)果如下：（1）“涵中涵”結(jié)構(gòu)表面，經(jīng)檢查，未發(fā)現(xiàn)較大明顯缺陷現(xiàn)象，僅有的小掉塊屬于運(yùn)輸過程中磕碰引起；（2）新舊混凝土連接位置，采用沖擊回波法進(jìn)行接觸分析，結(jié)果表明新舊混凝土連接良好，未出現(xiàn)較大的脫層；（3）經(jīng)過一段時(shí)間的通行車輛監(jiān)測(cè)，涵洞結(jié)構(gòu)無異常情況。

6 結(jié)語

從交工至今的使用階段監(jiān)測(cè)顯示，采用“涵中涵”的方法加固缺陷涵洞未出現(xiàn)異常情況，取得了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，具體如下：（1）能夠在不中斷公路交通，保證通行需求的前提下高效地完成加固工作；（2）該方法施工工期短，在1.5 個(gè)月內(nèi)完工并交付使用， 使缺陷涵洞恢復(fù)正常使用功能；（3）加固施工過程不影響道路通行費(fèi)收入，并且節(jié)約維修成本。 但“涵中涵”加固方法會(huì)削弱涵洞的排洪及人行的功能， 對(duì)有排洪要求較大以及行人流量較高的涵洞，使用前需進(jìn)行排洪及通行能力的驗(yàn)證。