公路装配式涵洞地基处理技术分析

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传统涵洞地基一般需满足强度和变形的要求[1-2]，但对于装配式涵洞工程的地基而言，地基的平整度是确保装配式涵洞能够顺利安装并满足工程质量要求的关键。因为装配式涵洞结构将整体式现浇结构划分为可拼接的模块化预制构件，其装配精度受地基的平整度影响较大。若涵洞地基处理后地基基础平整度较差，则装配式涵洞预制构件拼接时搭接的位置极易错位[3]，且对接精度随着涵洞高度的增加将大幅下降。接缝拼接位置错位产生的附加应力将对装配式涵洞的结构力学特征产生不利影响[4-8]。因此，地基处理的差异变形、施工平整度不足等问题均会对装配式涵洞的受力特性和工程质量产生影响。因此，提高装配式涵洞地基处理技术处理效果，是确保装配式涵洞良好受力和应用效果的重要前提。

1传统涵洞与装配式涵洞地基平整度的差异性分析

地基平整度可直接影响装配式涵洞的竖直度和设计高程。当地基平整度不良时，常常导致不同预制构件拼接位置发生错缝或不能完全对应，从而使装配式涵洞结构整体安装精度下降。因此，对于装配式涵洞地基，地基或垫层平整度会直接影响整个涵洞的施工质量。根据文献[9]与文献[10]，公路工程涵洞地基设计高程一般允许偏差不超过10mm。而装配式涵洞地垫层设计高程允许偏差不超过3mm[11]。这对装配式涵洞地基提出了更严格的要求，施工方法和质量控制工艺的难度显著提高。地基平整度将会影响装配式涵洞使用期间的地基刚度均匀性，应尽量提高地基的平整度。因此对于天然地基，装配式涵洞地基设计高程允许偏差不超过3mm。对于设有换填、粒料类、混凝土垫层的涵洞地基，应通过科学的工艺控制使最终装配式涵洞结构的基准面平整度满足设计高程允许偏差不超过3mm的要求。

2装配式涵洞垫层平整度处理技术

装配式涵洞一般会设置水泥混凝土垫层，主要作用是找平。通过调整厚度弥补土方开挖的误差，使底板受力在一个平面，提高上部构件安装的精度。然而，若将吊装精度控制在较小值，通过人工抹平的方法已不能满足要求。因此，在本项目中自主研制了装配式涵洞垫层平整度处理装置[12]。如图1所示，该装置采用摊铺模架作为找平定位固定支架，然后利用碾平装置、切削装置和打磨装置分别对涵洞粒料类及混凝土垫层进行摊铺、找平和打磨。相比人工抹平、打磨，该装置能够有效满足装配式涵洞地基或垫层处理的要求。（1）碾平施工工艺与质量控制首先将摊铺模架架设于需要处理的地基位置上，在模架内撒布填料，通过碾平装置在摊铺模架上往复运动使填料铺匀并碾压密实。碾平过程中，施工人员应严格控制砂石粒径，其最大值不超过20mm。当碾平完成后，可通过灌砂法测定处理后的地基或垫层密度，判断其密实性。（2）切削施工工艺与质量控制对于粒料类垫层，可采用切削装置进行最终找平。在摊铺模架上放置切削装置，启动电机使切刀能在摊铺模架上往复运动从而切削不平整区段。通过调整切刀的角度可控制不同位置的切削深度。（3）打磨施工工艺与质量控制对于混凝土垫层，在碾平完成后，在混凝土初凝前1小时，进行第一遍表面打磨与修整工序。将打磨装置放置于摊铺模架上，打磨装置可调整振动频率和打磨转速，对各类处理条件进行打磨。可调节打磨盘的位置高度并进行定位，使打磨盘高度与设计高程一致。在混凝土初凝前15分钟，进行最终打磨。初凝后，通过3m长的直尺来开展相关检测，控制最大平整度幅值不超过3mm。之后进行洒水养生。

3工程应用及效果评价

上述成果成功应用于昔榆高速公路6座装配式涵洞地基处理中，实际涵洞结构跨径和净高均为4m，如图2所示。涵洞结构由预制顶板、预制侧墙和现浇底板构成，顶板与侧墙通过铰缝衔接。预制的标准纵向长度为3m。根据勘察设计资料，黄土地基承载力最低为150kPa，地基承载力设计值应不小于160kPa。因此，对装配式涵洞地基采用换土垫层法进行地基处理。本通道基底为Ⅱ级非自重湿陷性黄土，需强夯处理，强夯宽度在涵洞宽度外侧加宽2m，振动碾压30cm厚，4%水泥土垫层襟边为50cm，压实度满足96%。通过采用4%水泥土和C30混土垫层的地基处理方法，其最终强度可保证大于160kPa，满足了对地基强度和变形的要求。通过采用本项目自主研发的整平装置，实现了对地基平整度的精准控制，最大平整度误差不超过3mm，为后续各预制构件吊放与安装时的精度控制提供了可靠保障。吊装完成后的装配式涵洞如图3所示，其垫层平整度良好，各类接缝对接精度高，提高了装配式涵洞的应用效益。

4结语

随着绿色低碳建设理念的落实，公路装配式涵洞的应用将显著增加，装配式涵洞的施工要求及标准化的控制要求也会更高。在公路装配式涵洞设计施工中，预制构件的安装精度是确保最终应用效果的关键工艺。地基、垫层的精度控制是装配式涵洞结构精度控制体系中的首要控制技术。装配式涵洞地基相比传统现浇法施工的涵洞而言，不仅要满足强度与变形的承载力要求，也要满足平整度的精度要求，最大平整度误差不超过3mm。施工过程中，应通过采用标准化的处理方法才能克服现场人工抹平、刮平的不足，进而充分提高装配式涵洞地基或垫层的平整度，提升装配式涵洞的工程质量。

参考文献：

[1]冯忠居，李少杰，郝宇萌，等.上埋式涵洞基础埋深效应下的地基承载力研究[J].长江科学院院报，2019，36（11）：83-90.

[2]冯忠居，李少杰，郝宇萌，等.基于填土-涵洞-地基共同作用机制的涵洞减载数值模拟研究[J].公路，2018，63（06）：50-57.

[3]胡可.公路装配式钢筋混凝土通道[M].北京：人民交通出版社，2018.

[4]郭国和，韩富庆，马增琦，等.云茂高速公路预制装配式涵洞应用[J].公路，2020，65（10）：73-77.

[5]林章虎，马帅.预制装配式箱形构造物施工技术与工艺研究[J].施工技术，2016，45（S1）：329-331.

作者:温郁斌 张琦 张永刚 王思琦 王静 单位:山西昔榆高速公路有限公司 长安大学公路学院 山西省交通规划勘察设计院有限公司