摘要：通过高速公路箱涵通道的工后沉降与外观粗糙的质量通病，分析了存在问题的客观原因及规律性，研究了解决该问题的工艺要求及技术改进措施，得出了限制箱涵通道构造物不均匀沉降及提高外观质量的理论深度及工艺创新理念，对质量管理及安全生产具有必要的技术价值和经济意义。
关键词：高速公路；箱涵通道；地基沉降；质量控制
中图分类号：U416.1 文献标识码：B
引言
高速公路建设中常见箱涵通道构造物，设计目的在于防止百年一遇的洪水频率，同时也是沟通沿线公路两侧民生的交通载体，隶属于路基工程的主要工程单元，其工程质量关系到交通运输功能与通行质量问题，同时也是彰显生产力水平的标志。通过工程实践分析；箱涵通道的沉降与外观质量粗糙的现象是历年高速公路建设中的质量通病，涉及到设计理论深度与施工质量的工艺控制方法问题，因此；有必要提出设计理论创新务实与施工工艺水平科学严谨的技术研究。
1箱涵构造物的沉降原因分析
在高速公路纵断现行设计中每300～500m基本就有一座箱涵通道，一般设置在主路与三级以下的道路交叉处，而且为了保证箱涵通道的净高断面，因此路基填筑高度较高，同时造成高填方路基自重大而沉降量也大。沉降原理取决于地基的天然承载力及液塑限程度的大小，一般情况下都采用水泥搅拌桩进行加固处理，但是该技术由于在某种程度上缺乏实地钻探与土质的性能分析，使得对土质的液塑限指标估算不准、采用的加固桩体设计方法不正确或设计桩长较短，故未能够达到提高地基承载力的目的，因此导致箱涵通道沉降。
2防止箱涵通道地基沉降的设计方法
考虑到箱涵通道位置的路基纵断高程较高，因此填方路基自重较大，建议根据土质的液塑限条件，无论是否属于软土地基，都必须采用桩体加固的措施防止地基沉降，应保证路基在自重条件下不产生连续沉降及M变形，其设计方法有干法水泥旋喷桩、湿法水泥搅拌桩、生石灰桩及CFG桩，其设计长度、直径及桩距应通过运算且满足复合地基的承载力要求，各种桩的设计性能必须适用于以下不同的地质条件。
2.1干法水泥旋喷桩
适用于地下天然含水量大于50%的软弱地基，其材料为水泥+水而成桩，优点是将水泥粉喷入地下能够吸取桩间土中较多的水分，通过水泥粉与土固化成桩可提高地基土的承载力，而且可进行低温施工，其缺点在于，在施工质量控制方面，尤其是在10m以下的成桩喷灰的均匀效果较差而导致桩体强度降低。
2.2湿法水泥搅拌桩
适用于地下天然含水量20%的软弱地基，材料采用水泥+水（水灰比0.45～0.5的浆液）而成桩，因强度较低，只有单一的复合地基作用，桩的承载力主要靠桩体强度并且属于半刚性桩。当桩长大于有效桩长时，对承载力的提高作用则不明显。其优点在于，将水泥浆直接注入土中，搅拌比较均匀、容易进行复搅以及计量控制直观简捷。其缺点在于，当低液限重塑土水泥与土拌和时不易掺拌均匀，施工初期强度较低，如果水泥浆操作灌注不当易发生沉淀，导致稠度不均匀而加大施工质量控制难度，并且不宜低温施工。
2.3CFG桩
其主要优点在于，不受地下天然含水量限制，由于其是使用碎石+石屑+粉煤灰+水泥+水等材料形成桩体的类似半刚性桩，当强度等级较高时，具有刚性桩的性状，加固机理具有综合的挤密作用、复合地基作用、褥垫层作用。施工方法采用振动沉管打桩机、长螺旋钻管内泵压灌注成桩，可提高4倍甚至更高的承载力，而且通过在桩顶铺设碎石具有较大的可调性。
2.4生石灰桩挤密桩
适用于地下天然含水量大于50%的软弱地基，主要利于材料为（生石灰+碎石），加碎石的目的在于施工流动性好，容易达到密实度要求。要考虑到土脱水被挤密后的黏结力会增大，在进行生石灰桩加固地基设计时，应采用加固后的抗剪强度。由于石灰桩本身会结成一层较厚的壳体，抗剪强度比土还要高，其作用机理为：⑴生石灰通过发生消解反应并吸收软土地基中的大量水分而降低路基土中的含水量，化学方程式表达意义为：CaCO3+H2O→Ca（OH）2+CO2；后续可逆反应为：Ca（OH）2+CO2→CaCO3。⑵通过吸收软土地基中的水分而固结成桩的过程中，同时还会发生体积膨胀，此时地基承受的自重应力与附加应力向石灰桩集中，其自身的侧向膨胀应力达到挤密的地基强度，而桩间土承受的竖向应力明显降低很多。分担比为n=σp/σc，式中：σp为作用在石灰桩上的应力（kPa）；σc为作用在土体间的应力（kPa）。⑶一般细粒土属于多形态（固相、液相和气相）的三相体，尤其对液化软土地基效果更为显著，可形成复合地基抗剪强度和提高承载力，经过生石灰挤密桩加固后的地基强度可按复合地基计算。
2.5复合地基设置垫层的力学意义与应用
根据软土地基加固处理的工程实践分析，无论是半刚性（水泥搅拌桩、生石灰挤密桩）加固桩还是刚性（CFG桩）加固桩，在桩顶部位置设置垫层是完全有必要的，一般采用碎石或砂砾材料，铺筑厚度为30cm左右，意义在于：①可以增加桩间土承担荷载的比重，利用桩间土的物理潜能形成复合地基，尤其对强度较低的半刚性桩所形成的复合意义效果更佳。②可改变桩体上端的受力状态，因为对于低强度桩一般自桩体上端2～4倍的桩径范围内容易发生剪切破坏，同时设置垫层可减小桩对基础的应力集中现象，并降低桩的剪切破坏程度。
3质量通病与工艺控制要点
箱涵通道同样隶属于大体积混凝土，其最小边长多大于100cm，交工后的箱涵构造物通常会出现不均匀沉降、竖向裂缝、几何尺寸不准确及外观质量粗糙等不良现象，故阐述如下技术措施防止出现构造物的缺陷。⑴为防止地基沉降，在工程设计时要选用生石灰桩加固地基，由于地基始终处于潮湿状态，该类桩具有显著的吸收水分增加强度的特点，与干法水泥搅拌桩相比具有半刚性桩的力学性能，同时工艺简单且工程造价经济。⑵为防止结构竖向裂缝，设计过程中并非要采取《设计规范》中传统构造配筋方法的规定，首先采用带肋钢筋，利用其自身的握裹力特点，能够抵抗构造物的纵向温度应力所产生的裂缝，根据不同的施工季节，通过进行温度应力计算得出合理的水平方向配筋含量是必要的技术手段，同时对使用的水泥品种、石料粒径做出另行规定，最大限度降低混凝土的水化热及徐变效应，有利于限制构造物的不规则裂缝。⑶施工时箱涵立墙内侧的主筋（抵抗主动土压力）、顶板下缘主筋（抵抗恒载与活载的正弯矩）及底板上缘主筋（抵抗立墙向下受力产生负弯矩）的绑扎顺直度；整体结构的稳定性及耐久性至关重要，同时应注意保护层的合理厚度，保证h0的有效惯性矩（见图1）。⑷为保证构造物的结构断面尺寸与净空断面的准确性，在完成底板与立墙混凝土浇筑以后，顶板部位待浇筑的混凝土采用碗口钢管支架安装模板，并且在模板安装以后，支架与模板必须进行整体预压，通过水准仪进行连续高差观测，当沉降量为零时再进行下道工序。⑸为保证结构物的外观质量，模板采用建筑清水模板，其意义在于容易保证混凝土外观光洁度，同时模板外加固用的木方横截面尺寸应根据混凝土的侧压力、模板的厚度、木方间距进行严谨计算，防止木方间距过大而导致混凝土外观出现波浪纹，只要遵守施工工艺的客观规律即可使工程达到外美内坚的良好效果（见图2）。⑹箱涵通道主体施工流程为：平面测量放样→地基加固处理→平整场地→浇筑混凝土垫层→绑扎钢筋至立墙1/2高度→安装模板浇筑箱涵底板混凝土→安装剩余未完成的模板→恒载预压→浇筑剩余的结构混凝土→连续养生→混凝土至设计强度的80%拆除模板→构造物立墙与路基接触面涂刷防腐层。
4结论
箱涵通道的设计与施工工作一定要遵循科学的应用原理，为防止构造物沉降，应选用生石灰挤密桩进行地基加固处理，此法较优于其他加固方法，而且工艺简捷、经济。关于构造物的内在质量与外观问题必须具备精细化管理的劳动觉悟，依据《施工技术规范》及《工程质量评定检验标准》中的规定，完全可以做出高质量的箱涵通道工程。
参考文献：
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[2]中交公路规划设计院.JTJD62—2000公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2012.
[3]交通运输部公路科学研究院JTGF80/1—2012公路工程质量检验评定标准[S].北京：人民交通出版社，2012.
作者：刘冲 单位：京台高速公路廊坊建设管理处
