高速公路擴(kuò)建工程中涵洞、通道的設(shè)計(jì)

　　1序言

　　福州至莆田泉州廈門漳州高速公路是國家高速公路沈海線在福建境內(nèi)的重要組成部分，是東南沿海與內(nèi)地連接的大通道。自建成開通以來，福莆泉廈漳高速公路交通運(yùn)輸量迅速增長，未來仍將保持較高的增長速度，而其使用性能正在逐年下降。隨著我省經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是省委、省政府提出的建設(shè)海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)，可以預(yù)見本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)還將有一個(gè)快速增長過程，為適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，提高通行能力，迫切需要對(duì)福莆泉廈漳高速公路進(jìn)行擴(kuò)建。而沿線的成百上千道涵洞、通道測量及拼接問題，是我們?cè)O(shè)計(jì)的重要話題。

　　2合理的調(diào)查步驟轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　2.1工程內(nèi)業(yè)整理

　　對(duì)于初步設(shè)計(jì)涵洞、通道拓寬工程由于早期設(shè)計(jì)沒有電子歸檔，所以首先要認(rèn)真收集核對(duì)竣工圖的涵洞、通道位置、結(jié)構(gòu)形式、荷載標(biāo)準(zhǔn)、跨徑、高度、長度、基礎(chǔ)形式及埋置深度、修復(fù)年代、損毀修復(fù)、進(jìn)出口型式、進(jìn)出口標(biāo)高、是否兼過人等情況及利用的程度，并核對(duì)養(yǎng)護(hù)部門調(diào)查的情況。列出所收集的涵洞、通道一覽表。

　　2.2工程外業(yè)測量

　　由于竣工圖也有一定出入，所以對(duì)高速公路拓寬工程，測量成為相當(dāng)重要的步驟，我們對(duì)外業(yè)測量進(jìn)行了如下安排。

　　2.2.1 “搜點(diǎn)”法

　　該方法是由專業(yè)測量隊(duì)將高速公路中原有的涵洞通道的工點(diǎn)通過一路徒步搜集確定出每個(gè)涵洞通道進(jìn)出口涵底標(biāo)高，通道的路面標(biāo)高及有兼排水的溝底標(biāo)高;搜集確定出每個(gè)涵洞通道進(jìn)出口的左右側(cè)在拼接處的四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)D1、D2、D3、D4及其標(biāo)高;這樣將四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)輸入平面圖中從而確定出現(xiàn)有涵洞、通道在設(shè)計(jì)圖中所處的準(zhǔn)確位置及角度。同時(shí)測量出相應(yīng)的路基橫斷面地面。如圖1所示。

　　2.2.2 現(xiàn)場沿線徒步調(diào)查法

　　采用6人現(xiàn)場引線徒步調(diào)查法，每3人為一組分別沿高速公路的左右側(cè)沿線徒步搜集涵洞、通道。本次沿線徒步搜集主要是①記錄涵洞樁號(hào)，角度，結(jié)構(gòu)形式，尺寸，用途性質(zhì)，填土高度(測量填土高度小于1m的填土高度，其余為目估填土高度)，原有排水溝渠的尺寸，洞內(nèi)是否破損等，是否兼排水及尺寸，進(jìn)出口型式，及進(jìn)出口積堵情況，同時(shí)要考慮積水涵洞的排水處理方案，臨時(shí)排水管長度;②記錄通道樁號(hào)，角度，結(jié)構(gòu)形式，尺寸，用途性質(zhì)，填土高度(測量填土高度小于1m的填土高度，其余為目估填土高度)，通道地名，等級(jí)，路面尺寸及結(jié)構(gòu)，路面寬度及類型，管線交叉描述及使用情況，交通組織情況和臨時(shí)排水管長度及安排;③與“搜點(diǎn)”的工點(diǎn)進(jìn)行核對(duì)，確保涵洞通道的遺漏，此現(xiàn)場分組勘察，確實(shí)填補(bǔ)了相當(dāng)一部分“搜點(diǎn)”過程中遺漏的圓管涵等。

　　2.2.3現(xiàn)場拍照記錄法轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　為了更好的加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)依據(jù)，加強(qiáng)視覺直觀及彌補(bǔ)遺忘性，我們針對(duì)每個(gè)涵洞、通道結(jié)構(gòu)、進(jìn)出口及主要地面情況采用了現(xiàn)場數(shù)碼相機(jī)拍照記錄法，通過整理按樁號(hào)進(jìn)行編號(hào)。事后證明這些照片作用相當(dāng)大，具有很強(qiáng)的說服力及依據(jù)，讓設(shè)計(jì)人員重臨現(xiàn)場的感覺。

　　2.2.4現(xiàn)場手記記錄法

　　該方法是通過現(xiàn)場記錄本將涵洞通道重要尺寸逐一記錄下來。這現(xiàn)場記錄本正好彌補(bǔ)現(xiàn)場拍照記錄法沒有具體尺寸的空白。同時(shí)也滿足ISO9001：2000質(zhì)量體系認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　3設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　3.1設(shè)計(jì)原則

　　新建通道、涵洞設(shè)計(jì)原則應(yīng)與原路設(shè)計(jì)相同，即根據(jù)通道、涵洞的使用要求合理選擇結(jié)構(gòu)形式和跨徑。加寬拼接的通道、涵洞接長應(yīng)考慮與原涵沉降差異，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮采取相應(yīng)的措施，接縫處應(yīng)注意采取措施進(jìn)行防水處理。加寬拼接的通道接長部分應(yīng)與原通道的結(jié)構(gòu)相同，原則上應(yīng)保證原有凈空要求不變，可考慮通過調(diào)整結(jié)構(gòu)上部厚度尺寸或調(diào)整通道縱坡的方法進(jìn)行。通道接長段應(yīng)采用與原通道相同的路面類型，為避免通道積水，應(yīng)有效解決自排水問題。接長后的進(jìn)出口兩端可做一段過渡性路面。加寬拼接的涵洞接長，原則上采用與原涵相同的結(jié)構(gòu)形式。軟基地段原涵洞通道沉降較大，已不能滿足使用功能，拼接時(shí)，可考慮就近采用頂管(箱涵)或重建(分幅施工)方案，以確保高速公路的暢通。

　　對(duì)于明涵加設(shè)5m搭板，同時(shí)涵頂不足路面層尺寸的應(yīng)先預(yù)留10cm的瀝青面層厚，下層采用灌注素混凝土，中加鋼筋網(wǎng)處理。

　　3.2 水文驗(yàn)算轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　通過對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)出口類型，水溝尺寸及走向，用途性質(zhì)，結(jié)構(gòu)的損壞、安全情況調(diào)查后，我們重新對(duì)其水文情況進(jìn)行驗(yàn)算，特別是一些常發(fā)生內(nèi)澇路段(如莆田)，我們專門委托了水利部門進(jìn)行內(nèi)澇論證。

　　根據(jù)中華人民共和國交通部發(fā)布的《公路涵洞設(shè)計(jì)細(xì)則》JTG/T D65-04-2007中的徑流成因簡化公式(用于匯水面積Fㄑ30平方千米的小流域)Qp=Ψ×(h-z)3/2×F4/5×β×γ×δ進(jìn)行重新驗(yàn)算。

　　式中，Qp——規(guī)定頻率為P%時(shí)的雨洪設(shè)計(jì)流量(m3/s);Ψ——地貌系數(shù);H——徑流厚度(mm);z——被植物或坑洼滯留的徑流厚度(mm);F——匯水面積(km2);β——洪峰傳播的流量折減系數(shù);γ——匯水區(qū)降雨量不均勻的折減系數(shù);δ——小水庫(湖泊)調(diào)節(jié)作用影響洪峰流量的折減系數(shù)。

　　3.3通道凈空復(fù)查

　　通道孔徑尺寸，路面結(jié)構(gòu)類型，應(yīng)根據(jù)實(shí)用情況盡量滿足。再根據(jù)當(dāng)?shù)乜h提交的通道情況，能提高的盡量通過處理進(jìn)行提高，實(shí)在沒有辦法的通過增加主線下穿分離式橋來滿足;同時(shí)也根據(jù)這些年的村鎮(zhèn)發(fā)展情況，以長遠(yuǎn)的發(fā)展，利用此次擴(kuò)建的機(jī)會(huì)，在人口密集的地方，相應(yīng)地增加了一些分離式橋及人行天橋。以人為本，創(chuàng)造合諧環(huán)境。

　　根據(jù)中華人民共和國交通部發(fā)布的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTG D60-2004中的規(guī)定：農(nóng)村道路從公路下面穿過時(shí)，其凈空可根據(jù)當(dāng)?shù)赝ㄐ械能囕v和交叉情況而定，人行通道的凈高應(yīng)大于或等于2.2m，凈寬應(yīng)大于或等于4.0m;畜力車及拖拉機(jī)通道的凈高應(yīng)大于或等于2.7m;凈寬應(yīng)大于或等于4.0m;農(nóng)用汽車通道的凈高應(yīng)大于或等于3.2m;并根據(jù)交通量和通行農(nóng)業(yè)機(jī)械的類型選用凈寬，但應(yīng)大于或等于4.0m;汽車通道的凈高應(yīng)大于或等于3.5m;凈寬應(yīng)大于或等于6.0m.在此規(guī)范的基礎(chǔ)上，在條件充許下，盡量將通道做寬、做高、做大，來滿足村鎮(zhèn)未來的發(fā)展要求。

　　3.4拼接處理轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　(1)為了追求拼接處的工后沉降最小化及考慮拼接處沉降的不可避免性，在拼接處設(shè)置沉降縫，同時(shí)對(duì)拼接涵洞、通道頂部及基礎(chǔ)進(jìn)行了加強(qiáng)處理設(shè)計(jì)。

　　在新老涵拼接處位于沉降縫頂部設(shè)一層加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)，以防解路面縱向開裂。

　　在新老涵拼接處基礎(chǔ)進(jìn)加強(qiáng)處理，基礎(chǔ)做大做強(qiáng)，均采用擴(kuò)大基礎(chǔ)處理。

　　(2)對(duì)于斜交圓管涵，拼接時(shí)拆除斜交端的一節(jié)圓管，然后進(jìn)行拼接并在此處設(shè)沉降縫，采用斜交正做。這樣大大地減少了拼接的難度，提高了施工的便捷性。

　　(3)由于路幅的橫坡及路線上下坡的原因，一些明通道拼接一側(cè)處在下坡而路幅橫坡又是向下拼接后路面層不足，在保證原明通道凈空及路面層厚度要求的情況下，拼接明通道采用平坡或反坡處理，并在建成后的通道洞口處掛牌提示。

　　3.5設(shè)計(jì)計(jì)算

　　根據(jù)中華人民共和國交通部發(fā)布的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D62-2004進(jìn)行矩形截面受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算及矩形截面受彎構(gòu)件配筋、裂縫計(jì)算。

　　由12;0×Vd≤0.51×0.001×√(fcu，k)×b×h0 (kN)

　　計(jì)算抗剪截面是否符合要求;由12;0× Vd≤0.51×0.001×α2×ftd×b×h0 (kN)　進(jìn)行斜截面抗剪驗(yàn)算;由12;0×Vd ≤Vcs+Vsb+Vpb　　(kN)　 進(jìn)行斜截面抗剪承載力驗(yàn)算;由12;0×Md=fcd×b×x×(h0-x/2)進(jìn)行正截面抗彎配筋計(jì)算;由Wtk=C1×C2×C3×σss/Es((30+d)/(0.28+10×ρ)進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。

　　式中，12;0—橋梁結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，取0.9;Vd—驗(yàn)算截面處由作用(或荷載)產(chǎn)生的剪力組合設(shè)計(jì)值(kN);Md—彎矩組合設(shè)計(jì)值;b—相應(yīng)于剪力組合設(shè)計(jì)值處的矩形截面寬度(mm);h0—相應(yīng)于剪力組合設(shè)計(jì)值處的截面有效高度(mm);fcu，k—邊長為150mm的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)，即為混凝土強(qiáng)度等級(jí);ftd—混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;Vcs—斜截面內(nèi)混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設(shè)計(jì)值(kN);Vsb—與斜截面相交的普通彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計(jì)值(kN);Vpb—與斜截面相交的預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋抗剪承載力設(shè)計(jì)值(kN);Wtk—最大裂縫寬度(mm);C1—鋼筋表面形狀系數(shù);C2—作用(或荷載)長期效應(yīng)影響系數(shù);C3—與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù);σss—鋼筋應(yīng)力;Es—鋼筋的彈性模量(MPa)。

　　其它部分涵洞、通道采用橋梁博士設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題及處理措施或采用中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖發(fā)布的《公路橋涵標(biāo)準(zhǔn)圖》。

　　4施工中的幾個(gè)問題及處治措施

　　(1)通過對(duì)沈海高速公路泉州段莆田段的先行施工工程的現(xiàn)場反應(yīng)來看，在拆除原涵洞口八字墻及端墻同時(shí)，應(yīng)及時(shí)砌筑簡易的側(cè)墻封住涵洞臺(tái)背回填的砂性土，以免砂性土流失，造成路基塌陷。

　　(2)對(duì)跨徑較大的、地質(zhì)情況較差的涵洞、通道，擴(kuò)建時(shí)擬采用薄壁墩、樁基礎(chǔ)，或者基礎(chǔ)開挖前打入鋼板樁，以避免基坑開挖影響原有結(jié)構(gòu)物的安全，保證施工時(shí)原有結(jié)構(gòu)物的正常使用。軟土路段的涵洞、通道擬采用復(fù)合地基處理方式處理，通過復(fù)合地基布局的變化實(shí)現(xiàn)新老基礎(chǔ)沉降的一致性，盡量減少工后差異沉降。對(duì)于淤積的涵洞，考慮先清淤、疏通再開溝將水引至低洼處，最后進(jìn)行涵洞接長處理。

　　5 結(jié)束語

　　通過福莆泉廈漳高速公路涵洞、通道擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)，筆者認(rèn)為在設(shè)計(jì)中應(yīng)踏踏實(shí)實(shí)做好外業(yè)的測量與記錄工作，一步一步地由測算匯水流量，通道路面情況，涵洞、通道的結(jié)構(gòu)計(jì)算做起，因地制宜地做好每一道涵洞、通道的設(shè)計(jì)，處理好各種類型的新老涵洞、通道拼接問題。

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