侯宝林
中交第四公路工程局有限公司吉尔吉斯斯坦南北路;2标项目经理部 北京 100000
摘要：结合中交四公局吉尔吉斯南北路（一期）2标段项目的盖板涵工程实践，通过对盖板涵基底承载力进行计算确定基底换填的深度，总结出吉国公路盖板涵基底换填施工的技术质量措施和工艺流程，为以后类似工程施工提供了宝贵的经验和借鉴。
关键词：盖板涵 施工 基底处理 换填深度
1、工程概述
中交四公局吉尔吉斯南北第二条公路建设项目(一期)第2标段项目全长43.15公里。设计桩号为K341+850-K385+000，位于吉尔吉斯斯坦贾拉拉巴德州中部，本项目施工内容主要为：路基工程、路面工程、排水防护工程和桥梁涵洞工程。全线大部分为挖方路基，部分为填方路堤，一般路段路面总宽度15m，其中：行车道2×3.75m，硬路肩2×0.75m，土路肩2×3m。
路面结构形式从上到下依次为：6cm细粒式沥青混凝土+9cm粗粒式沥青混凝土+20cm级配碎石基层+25cm天然砂砾底基层。
本标段共有涵洞84道，其中盖板涵30道/587.26m，圆管涵54道/1304.23m，小桥4座。
盖板涵洞（通道）是高速公路工程中最常见的一种小型结构物之一，但是往往由于受到地质不良和地下水浸泡的缘故，导致盖板涵洞基底承载力满足不了设计要求，甚至在施工和运营的过程中盖板涵发生下沉或不均匀，导致涵身出现裂缝，造成返工浪费资金，延误工期。
在高速公路的盖板涵洞软土基底处理中，常见的处理方式有换填法、粉喷桩、碎石桩、水泥搅拌桩、排水固结法、强夯法、抛石填筑、水泥搅拌桩等。对于一般浅层软土的基底处理，较多采用换填法进行处理。换填材料可用中(粗)砂，级配良好的砂石、灰土、素混凝土、片石混凝土、石屑或煤渣等。换填法的作用，是提高持力层的承载力，改善土的压缩性，减小地基变形。当软弱土较薄时，可全部挖去；当软弱土较厚时，可部分挖去。现行的设计思路是将换填垫层作为基础的持力层，利用基底附加应力在换填垫层中向下扩散时应力不断小的特点，选择合适的垫层厚度，以达到软弱下卧层顶面所受的压应力不大于其容许应力。在实际的施工过程中往往对换填深度的确定存在盲目性，大多根据软土厚度现场确定换填深度从而造成浪费。若在换填时通过对基底持力层承载力的计算和受力分析，可以准确确定换填深度。
本文以吉尔吉斯南北路2标施工所进行的盖板涵基底的换填计算和施工关键控制要点入手，对盖板涵基底承载力的验算确定换填所需材料和换填深度等，阐述盖板涵（通道）基地在施工中怎样做到质量保证，降低成本，提高效益。
2、基底换填计算
吉尔吉斯南北路（一期）2标K358+547盖板函设计为1-6*4m，盖板涵涵长a=30.15m、涵台壁厚b=1.2m。基础底面的埋深h=1.2m。盖板涵台背回填采用碎石土，压实度要求达到96％，盖板涵的设计基底承载力 =350kPa。
当基坑开挖至涵洞基础底面（标高77.16）时，基础底面以下为粉质粘土层，粉质粘土层呈南北方向带状分布于基坑内，且基坑内出现少量地下水。项目部施工人员及时将此情况通知了地勘、监理、设计、业主单位于2015年3月20日进行了现场验槽，并进行了现场轻型触探（N10）试验工作,结果如下：
触探类型落锤质量（kg）落锤距离（cm）探头规格触探指标触探杆外径
轻型10±0.250±2圆锥头，锥角600，锥底直径4.0cm，锥底面积12.6cm2贯入30cm的锤击数25
表（1）承载力轻型动力触探仪参数
参考公路试验规范对于粘性土动力触探锤数与容许承载力的参考公式为：Y=8X-20
式中:Y—容许承载力（KPa）
X—锤击数(每打入土层30厘米的锤击数)
试验结果见下表：
表（2）容许承载力计算表
触探试验显示地基下存在约230~250cm厚粉质粘土层，地基承载力达不到设计要求地基承载力（fka=350kpa），依据此次触探试验结果，现场验槽人员对换填片石砼深度意见不一，有的建议再下挖2m进行片石砼换填，有的建议再下挖1.5m进行片石砼换填，我项目部技术人员则主张通过计算再定换填深度。
考虑设计承载力较大，换填材料采用C20片石混凝土。经过反复验算基底换填50cm即可满足设计要求，并将计算结果上报业主及设计院复核得到认可。
具体计算如下：计算参数取片石混凝土容重取2.5t/m3、碎石土容重取1.7t/m3、粉质粘土取1.8t/m3，下面的换填示意图及设计图纸钻孔柱状图(图1)：参考《公路桥涵地基与基础设计规范》中的经验公式计算基底压应力：
通过以上的计算，基底以下换填0.5m片石混凝土后基底应力已衰减到198.15kPa，小于粉质粘土层容许承载力(220kPa)，满足的要求。
为了验算上述计算结果，也可以采用按应力扩散角进行计算的方法(见下图2)，即认为片石混凝土层以“ ”角向下扩散基底应力，到片石混凝土层底面(下卧层顶)处的压应力。 与片石混凝土层底面土的自重应力之和 应小于或等于该处下卧层顶面地基的容许承载力。
为简化计算，压应力扩散角 取450，则下卧层顶面附加应力为：
据以上计算结果显示，换填0.5m片石混凝土可以满足基底设计承载力的要求。两种计算不谋而合验证一个结论，盖板涵通道基底换填只要换填层承载力等于或大于设计要求基底应力，且基底应力通过换填层传递衰减到其下的软弱层时（持力层），应力小于软弱层承载力，即可认为结构物是安全的。下卧层顶面的压应力与基底附加应力、垫层厚度、材料重有关。若涵洞设计承载力不大，一般可采用中粗砂或者级配碎石作为换填材料。本标段考虑地下水较为丰富，并且受场地限制换填砂砾或者级配碎石的碾压质量难以保证，综合考虑采用C20片石混凝土换填，在混凝土中加入少量抗渗剂，减少地下水对基底的浸害，增加涵洞的使用寿命。
3.结语
综上所述，在进行盖板涵基底换填时，除了要考虑换填材料外，要通过计算确定换填深度，避免盲目性，本文的设计思路是将换填垫层作为基础的持力层，利用基底附加应力在换填垫层中向下扩散时应力不断减小的特点，选择合适的换填厚度，以达到软弱下卧层顶面所受的压应力不大于其容许应力。在实际的施工过程中通过对基底持力层承载力的计算，可以快速有效对换填深度进行确定。选用合适的换填深度和材料既能满足基底换填的质量，又使盖板涵施工在确保安全的前提下，降低成本，节约材料，缩短工期，提高效益，受到业主好评。
参考文献：
[1]JTGD63—2007，公路桥涵地基与基础设计规范【s】．
[2]张文祥主编，建筑企业管理，武汉工业大学出版社，1998.
[3]凌治平，易经武．基础工程【M】．北京：人民交通出版社，1997．
[4]潘承．关于涵洞基底换填厚度的计算方法．广州：中国建筑设计协会2010．
论文作者:侯宝林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
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