高速公路建設(shè)中大跨徑鋼波紋管涵的具體應(yīng)用

李敬中

（中交一航局西南工程有限公司，廣西玉林537000）

1 工程概況

某高速公路段線路全長(zhǎng)125.654 km，雙向4車(chē)道，設(shè)計(jì)速度120 km/h，路基寬度26.5 m。主要工程為特大橋4 999 m（4座）、大橋20 704 m（64座）、中橋475.6 m（5座）、分離式立交950 m（10座）、主線隧道10 477 m（7座）?；ネㄊ搅⒔?處（其中樞紐互通式立交1處）、服務(wù)區(qū)4處、收費(fèi)站7處。在施工中要克服多種難題，因擬用大跨徑鋼波紋管涵跨越6.5 m的鄉(xiāng)道和9 m的縣道。

鋼波紋管涵以熱鍍鋅鋼板為基礎(chǔ)材料，根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作而得，是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的柔性結(jié)構(gòu)，可以給高速公路高填方段施工提供可靠的幫助，在安全的環(huán)境中高效施工，后續(xù)施工段的運(yùn)營(yíng)服務(wù)效果較佳。綜上所述，鋼波紋管涵具備抗震、耐久、施工便捷、經(jīng)濟(jì)高效等多重特性，在大部分復(fù)雜的地形中均具有可行性[1]。

2 鋼波紋管涵的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

鋼波紋管涵是現(xiàn)階段較為新型的涵洞形式，其包含波紋狀管、波紋狀板等材料，通過(guò)拼裝的方式構(gòu)成整體，受力機(jī)理良好、適應(yīng)能力強(qiáng)。實(shí)踐表明，鋼波紋管涵的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。具體做如下分析：

1）適應(yīng)性強(qiáng)。作為一種柔性結(jié)構(gòu)，鋼波紋管涵能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在不同變形程度的地基中均具有可行性，因此，施工期間無(wú)須單獨(dú)處理基底，此優(yōu)勢(shì)在軟土等易失穩(wěn)的地基中體現(xiàn)得更為明顯。此外，鋼波紋管涵具有一定程度的剛性特征，在剛?cè)岵?jì)的狀態(tài)下可適應(yīng)地基承載力較低的施工環(huán)境，也可被應(yīng)用于存在大范圍沉降的路基中。鋼波紋管涵施工的獨(dú)立性較好，外界對(duì)其影響較小，施工過(guò)程中也不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成過(guò)多的干擾，即使是在多年凍土、濕陷性黃土等特殊的地質(zhì)條件中也依然具有良好的應(yīng)用效果。

2）施工便捷且高效。以設(shè)計(jì)圖為準(zhǔn)，在工廠由專業(yè)人員預(yù)制成型，此方式下制得的鋼波紋管涵具有標(biāo)準(zhǔn)化的特性，結(jié)構(gòu)尺寸精度高，質(zhì)量得到保證。鋼波紋管涵被運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后再拼裝于一體，構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)體系。鋼波紋管涵各節(jié)段的自重較小，因而降低了現(xiàn)場(chǎng)拼裝的難度，幾乎無(wú)須配置大型吊裝設(shè)備，氣候條件等外部因素不會(huì)對(duì)鋼波紋管涵的安裝帶來(lái)過(guò)多的影響，全程按照流水化的模式有序推進(jìn)，各環(huán)節(jié)施工均具有規(guī)范性，能夠在短時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量地完成相應(yīng)的工作。

3）經(jīng)濟(jì)效益顯著。鋼波紋管涵為柔性結(jié)構(gòu)，可以較好地適應(yīng)地基變形，同時(shí)各節(jié)段的自重較輕，相較于相同規(guī)格的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在材料、機(jī)械設(shè)備、人工等方面所投入的成本相對(duì)較少。具體而言，若采取鋼筋混凝土澆筑的施工方法，為保證涵洞臺(tái)身等裝置不受到影響，需大幅度提高基礎(chǔ)的強(qiáng)度，例如，采用澆筑剛性基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)的方法，雖然其應(yīng)用效果也可滿足要求，但工期隨之延長(zhǎng)，各項(xiàng)物資的投入量增加，成本同步提高，對(duì)于資金吃緊的項(xiàng)目將面臨較大的挑戰(zhàn)。而鋼波紋管涵則有效規(guī)避了該問(wèn)題，前期僅需簡(jiǎn)單的處理即可，能夠幫助項(xiàng)目節(jié)省成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[2]。

4）破壞小、節(jié)能環(huán)保。鋼波紋管涵以鋼材為基礎(chǔ)材料制作而得，可省去攪拌機(jī)等多類大型機(jī)械設(shè)備，在簡(jiǎn)單吊裝設(shè)備和人工的配合之下便可完成鋼波紋管涵的安裝作業(yè)。相較于鋼筋混凝土等傳統(tǒng)方法，幾乎無(wú)須使用水泥、砂、石子等材料，可減小對(duì)施工環(huán)境的破壞，具有節(jié)能環(huán)保的特性，契合于現(xiàn)代化的工程建設(shè)理念。

3 鋼波紋管涵的施工技術(shù)分析

3.1 鋼波紋管涵基底的處理

以鋼波紋管涵的直徑為基準(zhǔn)，取該值的3倍作為基坑開(kāi)挖寬度，局部地形條件特殊，可適當(dāng)做出調(diào)整，但需保證管涵兩側(cè)的凈空至少達(dá)到1.5 m，否則后續(xù)的管涵組裝及周邊土回填均會(huì)受到影響。鋼波紋管涵施工中基層厚度按30～80 cm控制，材料以透水性較佳的砂質(zhì)土為宜，最大粒徑不超過(guò)50 mm，需重點(diǎn)考慮的是基礎(chǔ)與波形鋼板接觸面以下的20 cm范圍，該部分的填料最大粒徑不宜超過(guò)12 mm。由于管節(jié)在后續(xù)可能存在沉降的情況，因此，在管節(jié)鋪設(shè)過(guò)程中設(shè)置預(yù)拱度時(shí)，可取管長(zhǎng)的0.3%～1%。

3.2 測(cè)量放樣

在工程開(kāi)始前確定管涵的中心和縱橫軸線。在設(shè)計(jì)坡度時(shí)要把土質(zhì)考慮在內(nèi)，若要使坡更陡，則要保證該坡度符合標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)基坑的寬度時(shí)注意其尺寸要和涵洞的大小保持一致。為了確保在放邊樁時(shí)其尺寸足夠大，應(yīng)結(jié)合換填厚度進(jìn)行。

3.3 基坑開(kāi)挖

以挖掘機(jī)為主要開(kāi)挖設(shè)備，根據(jù)基坑開(kāi)挖深度要求有序施工，對(duì)于設(shè)備無(wú)法覆蓋的區(qū)域或松散部分則轉(zhuǎn)為人工開(kāi)挖的方法。若為新建涵洞且無(wú)干擾因素，遵循一次開(kāi)挖到位的原則，若開(kāi)挖與現(xiàn)場(chǎng)行車(chē)存在干擾，考慮到車(chē)輛的通行需求，宜采取半幅施工+半幅開(kāi)挖的方法?；娱_(kāi)挖的擾動(dòng)性較強(qiáng)，一方面需提高施工的規(guī)范性，避免超挖現(xiàn)象。另一方面則需加強(qiáng)安全防護(hù)以及現(xiàn)場(chǎng)管理，全面保證施工安全[3]。

3.4 基礎(chǔ)施工

1）若要打造砂礫石、碎石型的地基，只需在基地上面鋪設(shè)厚度為10 cm的粗砂作為墊層，同時(shí)確保該地基的壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即可。

2）若要打造一般型的地基，確保在換填天然礫石時(shí)，其厚度約80 cm且壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。若施工區(qū)域?qū)儆诤浔鶅龅囟?，?yīng)選用砂礫石等非凍脹的材料進(jìn)行換填，其厚度至少為60 cm，同時(shí)也是凍土厚度的0.8倍。

3）選用砂礫石來(lái)打造巖石地基前要檢查超挖的厚度是否在30～40 cm，若厚度在以上區(qū)間內(nèi)，確保地基的壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即可。

4）若選用軟土打造地基，首先根據(jù)處理塑料插板和碎石樁等軟基材料時(shí)的方式完成路基面的打造；其次通過(guò)機(jī)械工具對(duì)基底進(jìn)行開(kāi)挖；最后用砂礫石完成基底的換填工作，其換填厚度至少為50 cm，注意要與倍管徑保持一致。

5）在對(duì)基底進(jìn)行換填時(shí)，選用分層的方式對(duì)砂礫層進(jìn)行壓實(shí)，結(jié)束后檢查壓實(shí)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)；為了避免凍土地區(qū)發(fā)生凍脹而導(dǎo)致地基被破壞現(xiàn)象，除了要嚴(yán)格控制換填材料中粉黏粒的含量之外，還要嚴(yán)格要求基礎(chǔ)材料的選材和粒徑等。材料要選用具有一定級(jí)配的天然砂礫石，最大粒徑至多為50 mm，若粒徑＜0.074 mm，則粉黏粒的含量至多為3%。

6）如果該區(qū)域內(nèi)砂礫石出現(xiàn)存量不足的情況，也可選用碎石和礫石等進(jìn)行換填，并確?？箖雒浤芰Ψ蠘?biāo)準(zhǔn)，同時(shí)最大粒徑的大小至多為50 mm。

3.5 管節(jié)拼裝、連接

1）在開(kāi)始施工之前檢查涵管底部平整度，確保其標(biāo)高達(dá)到要求，提前摸清涵管的中心軸線和中點(diǎn)，確定其具體位置。

2）在安裝底板時(shí)，首先，根據(jù)中心軸線和中點(diǎn)確定第一張波紋板的具體位置，由此從兩邊開(kāi)始延伸，直到延伸到涵管的進(jìn)出口處時(shí)停止；其次，把2張板按照重合長(zhǎng)度為50 mm的要求搭接起來(lái)，使之正對(duì)應(yīng)于連接孔；最后，按照從內(nèi)向外的方式把螺栓插入螺孔內(nèi)，套上墊圈螺母之后利用套筒扳手將其頂緊即可。

3）按照先上后下的順序拼接環(huán)形圈。用上板蓋住下板，選用階梯形完成圓周部分的連接，螺栓插入螺孔后利用套筒扳手對(duì)螺母進(jìn)行頂緊即可。

4）在拼裝時(shí)，必須確保成型的截面形狀滿足要求之后才能繼續(xù)拼裝。在拼裝波紋管時(shí)，要利用定位拉桿固定完成合攏的環(huán)形圈。

5）拼裝結(jié)束之后，在回填之前利用扭力矩為135.6～203.4 N·m的扭汽動(dòng)扳手對(duì)螺栓進(jìn)行頂緊，并在其上面刷上紅漆。

6）為了確保螺栓的扭力矩符合標(biāo)準(zhǔn)，要隨機(jī)抽取2%位于接縫上的螺栓進(jìn)行檢驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)有1個(gè)不達(dá)標(biāo)，則需對(duì)橫縱雙向上5%的螺栓進(jìn)行檢驗(yàn)，若全部達(dá)標(biāo)視為合格產(chǎn)品，否則要對(duì)所有螺栓進(jìn)行復(fù)檢。

7）為了避免外波形鋼板的板縫位置和螺栓孔位置發(fā)生滲水現(xiàn)象，要使用專用的密封材料對(duì)其進(jìn)行密封處理。

3.6 涵背回填

涵背回填施工中，為確?；靥钯|(zhì)量，可取適量的砂礫回填至管底兩側(cè)位置，人工夯實(shí)，提高該部分砂礫填料的密實(shí)性，給后續(xù)施工創(chuàng)設(shè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。管身最大直徑的兩側(cè)20 cm范圍內(nèi)均采用光輪壓路機(jī)碾壓，50 cm范圍內(nèi)則轉(zhuǎn)為小型夯實(shí)機(jī)，以免造成不良影響。管涵兩側(cè)的回填作業(yè)按照分層的方法依次完成，每完成一層夯實(shí)后隨即檢查質(zhì)量，在本層質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下方可施工后一層，有序推進(jìn)。二級(jí)公路各層的壓實(shí)厚度≤15 cm，壓實(shí)度≥95%。

3.7 八字墻以及洞口鋪砌

以C25混凝土為基礎(chǔ)材料組織八字墻和洞口鋪砌施工。施工前需要整平基底并夯實(shí)，檢測(cè)其承載力，若不滿足要求應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)處理。水對(duì)施工的干擾較為明顯，需全面檢查現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，若基坑內(nèi)有積水的現(xiàn)象及時(shí)抽出，否則不可施工。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，大跨徑鋼波紋管涵已經(jīng)被應(yīng)用于工程建設(shè)中，但相配套的施工技術(shù)尚處于發(fā)展階段，實(shí)際應(yīng)用中依然有不足之處。針對(duì)此問(wèn)題，急需相關(guān)技術(shù)人員展開(kāi)深入的探討，突破現(xiàn)有技術(shù)的局限性，切實(shí)提高技術(shù)的應(yīng)用水平，再結(jié)合人員、物資等方面的優(yōu)勢(shì)，充分彰顯出鋼波紋管涵的應(yīng)用價(jià)值。