黃土地區(qū)深埋大直徑鋼波紋管涵施工關(guān)鍵技術(shù)

汪瀟瀟 李建偉 陳福東 胡慶國(guó) 張程偉

(1.中國(guó)建筑第六工程局有限公司，天津 300450； 2.鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

1 概述

鋼波紋管涵具有協(xié)調(diào)變形能力好、施工工期短、工藝簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在公路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用[1,2]。許多學(xué)者和工程師也通過(guò)不同手段對(duì)鋼波紋管涵設(shè)計(jì)、施工等進(jìn)行了較為深入研究，諸如：沈慶娥等[3]以蒙文硯高速公路項(xiàng)目工程作為研究對(duì)象，研究了鋼波紋管涵在山區(qū)公路建設(shè)中施工的關(guān)鍵技術(shù)；馮忠居等[4]通過(guò)模型試驗(yàn)研究了鋼波紋管涵洞受力與變形特性；李卿[5]通過(guò)鋼波紋管涵和鋼筋混凝土蓋板涵的對(duì)比分析，介紹了鋼波紋管涵的經(jīng)濟(jì)適用性及優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)鋼波紋管涵的施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。趙國(guó)虎等[6]通過(guò)有限元模擬對(duì)公路建設(shè)鋼波紋管涵設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。張?jiān)屎５萚7]通過(guò)對(duì)大直徑高填方鋼波紋管涵洞進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)得到了鋼波紋管涵在填土荷載作用下的受力及變形特征，在軸向以受拉為主，在環(huán)向以受壓為主。但是黃土地區(qū)“千溝萬(wàn)壑”，土質(zhì)具有“多孔疏松、遇水濕陷”[8]的鮮明特征，致使傳統(tǒng)的鋼波紋管涵施工方法無(wú)法全部滿足施工生產(chǎn)需要，特別是施工質(zhì)量很難得到保障。鑒于此，本文結(jié)合國(guó)道310洛陽(yáng)東至豫陜界段南移新建工程實(shí)際，開展了黃土地區(qū)深埋大直徑波紋管涵施工關(guān)鍵技術(shù)研究，取得了較好的效果，以期對(duì)類似施工提供一定的參考。

2 黃土地區(qū)深埋大直徑鋼波紋管涵施工的重點(diǎn)難點(diǎn)

黃土地區(qū)深埋大直徑鋼波紋管涵施工重點(diǎn)難點(diǎn)主要有：

1)黃土普遍具有“多孔疏松、遇水濕陷”的鮮明特征，而波紋管涵在長(zhǎng)期使用過(guò)程中不可避免會(huì)有滲水情況發(fā)生，所以鋼波紋管涵的地基處理是其施工的重點(diǎn)難點(diǎn)之一；

2)大直徑鋼波紋管涵楔形部位面積較大，但空間狹小，各種壓實(shí)設(shè)備很難發(fā)揮效能，壓實(shí)度往往不足，易造成后期沉降過(guò)大；

3)深埋大直徑鋼波紋管涵上覆土較厚，對(duì)管涵壓力較大，施工階段如果管涵兩側(cè)土體不能提供足夠抗力，管涵容易壓扁變形，造成較為嚴(yán)重后果。針對(duì)黃土地區(qū)深埋大直徑鋼波紋管涵施工的重點(diǎn)難點(diǎn)，國(guó)道310三門峽西至豫陜界段南移新建工程深埋大直徑波紋管涵施工中，以綠色施工、質(zhì)量可靠為著眼點(diǎn)，根據(jù)濕陷性黃土的特性，從基底處理、兩側(cè)及頂部回填控制、管涵變形控制、充分發(fā)揮側(cè)向抗力等方面入手，保障大直徑深埋鋼波紋管涵施工質(zhì)量。

3 黃土地區(qū)深埋大直徑鋼波紋管涵施工的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基坑放樣及開挖

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的中心樁號(hào)及夾角、涵洞基礎(chǔ)長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，采用全站儀進(jìn)行實(shí)地放樣，并用石灰撒線。準(zhǔn)確放樣測(cè)量基礎(chǔ)平臺(tái)位置和軸線，對(duì)平面、流水面、進(jìn)出口的高程進(jìn)行復(fù)核。

基于濕陷性黃土的特性，開挖前在基坑頂緣四周適當(dāng)距離設(shè)置截水溝，防止地表水流入基坑內(nèi)，并做好降雨坑底防護(hù)預(yù)案。

在基坑開挖時(shí)，考慮到鋼波紋管涵安裝及周圍的回填密實(shí)問(wèn)題，基坑開挖應(yīng)以擬建的鋼波紋管涵3倍寬度為宜，至少應(yīng)確保跨徑以外1.5 m以上的作業(yè)空間。

3.2 基礎(chǔ)處理及墊層施作

黃土地區(qū)深埋大直徑鋼波紋管涵大多為半填半挖地基，在施工中可通過(guò)逐層碾壓、分層夯實(shí)、強(qiáng)夯等，消除黃土的濕陷性，并確保填土部分的壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，防止出現(xiàn)不均勻沉降；對(duì)于高陡坡，采用“放臺(tái)階”難度較大的半填半挖區(qū)域，在實(shí)踐中采用竹筋格柵加土工格室相結(jié)合的辦法，較好的解決了填方滑移的問(wèn)題(見圖1)。

基于黃土的濕陷性和取材的方便性，基坑開挖后，在滿足設(shè)計(jì)要求的承載力基礎(chǔ)上，建議基底回填不小于50 cm的3∶7的石灰土，其上再回填厚度30 cm～80 cm的砂礫墊層。砂礫墊層由透水性好、粒度分布良好的砂礫或碎石土成形，材料的密實(shí)度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最大粒徑不得超過(guò)鋼波紋管波長(zhǎng)的1/2且不大于50 mm。與波紋鋼板接觸部分要鋪設(shè)厚度10 cm～15 cm的粗砂墊層，其最大粒徑不大于12 mm。墊層的壓實(shí)度不應(yīng)小于96%。

根據(jù)地基土可能出現(xiàn)的下沉量、涵底縱坡和填土高度等，在基礎(chǔ)上預(yù)留管長(zhǎng)的0.5%～1%(如圖2所示)的預(yù)拱度[9]，以確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或滑坡，沉降量大、填土厚者取大值，但管涵中心的高程應(yīng)不高于進(jìn)水口的高程。在半填半挖的填方區(qū)，為在使用過(guò)程中管涵受力均勻，應(yīng)結(jié)合填方高度和沉降預(yù)估，適當(dāng)提升高填方區(qū)標(biāo)高，但出水口的高程應(yīng)不高于管涵中心高程。

3.3 管節(jié)拼裝及防腐處理

管身安裝前要檢查涵管底部基礎(chǔ)平整度、標(biāo)高及基礎(chǔ)預(yù)拱度的設(shè)置，確定涵洞位置、中心軸線和中點(diǎn)。

拼裝時(shí)由下向上順次拼裝，先拼裝底板，縱向以中心軸線的中點(diǎn)為基準(zhǔn)，第一張波紋板定位，以此為起點(diǎn)向兩側(cè)延伸，直至兩端。圓周向搭接長(zhǎng)度為50 mm，搭接部分上板覆蓋下板，圓周向連接采用階梯型，即上面兩塊板的連接疊縫與下面兩塊板的疊縫錯(cuò)位，連接孔對(duì)正后，用涂上潤(rùn)滑劑的螺栓，套上墊圈由內(nèi)向外插入孔位，套上墊圈后用套筒扳手預(yù)緊螺母。圓周向拼裝滿三塊波紋板時(shí)，要檢測(cè)一次截面形狀，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能繼續(xù)拼裝，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)調(diào)整。圓周向拼裝到環(huán)形圈合攏時(shí)，測(cè)定截面形狀，采用定位桿固定，調(diào)整預(yù)緊螺栓，拼裝頂部第一塊波紋板。拼裝完成后，在回填前緊固所有螺栓。

拼裝完成后，在搭接處用專用密封膠或環(huán)氧樹脂砂漿封填，以防波紋管連接處滲水。為了防止鋼波紋管生銹，拼裝成型后在鋼波紋管內(nèi)外噴涂?jī)杀槿榛癁r青，以涂刷層總厚度達(dá)到0.4 mm～0.5 mm，從外觀看管壁內(nèi)外均勻的涂成黑管為準(zhǔn)。此外，要注意在瀝青晾干后才可回填。

3.4 大直徑管涵兩側(cè)回填

大直徑鋼波紋管涵楔形部位面積較大，但空間狹小，各種壓實(shí)設(shè)備很難發(fā)揮效能，壓實(shí)度往往不足，易造成后期沉降過(guò)大，所以施工時(shí)應(yīng)特別重視。回填時(shí)，在波紋管涵兩側(cè)面用紅油漆按20 cm高度作出填高標(biāo)示，填筑時(shí)按標(biāo)注線控制填筑高程。對(duì)于有端部擋墻的涵洞，從兩端向結(jié)構(gòu)的中心進(jìn)行回填；對(duì)于沒有端部擋墻的涵洞，從結(jié)構(gòu)的中心向兩端進(jìn)行回填。

回填料建議采用粗砂回填，也可根據(jù)取材的方便性，采用摻6%的白灰的黃土回填。楔形部可采用小型手持式低頻混凝土振動(dòng)器結(jié)合木夯搗實(shí)完成。考慮到濕陷性黃土的特性，謹(jǐn)慎采用“粗砂”水密實(shí)法振搗密實(shí)，或用流態(tài)粉煤灰及輕型混凝土澆筑到楔形部。

在管身兩側(cè)50 cm外采用壓路機(jī)壓實(shí)，50 cm范圍內(nèi)采用平板夯夯實(shí)。填筑時(shí)分層填筑、分層壓實(shí)，每層壓實(shí)厚度為20 cm，壓實(shí)度不小于96%后方可進(jìn)行下一層填筑。填筑必須在涵管兩側(cè)對(duì)稱同步進(jìn)行。涵管兩側(cè)20 m范圍內(nèi)不允許使用機(jī)械進(jìn)行強(qiáng)夯。

3.5 大直徑管涵變形控制及管頂回填

鋼波紋管拼裝完成經(jīng)檢驗(yàn)合格后，在管涵內(nèi)部每隔2 m～3 m用方木做成十字或米字撐，方木與鋼波紋管接觸處設(shè)置木質(zhì)墊板，防止因回填造成深埋大直徑鋼波紋管涵變形，管內(nèi)臨時(shí)支撐在填土沉降穩(wěn)定后方可拆除。

考慮到深埋大直徑鋼波紋管涵上覆土較厚，對(duì)管涵壓力較大，在管涵兩側(cè)土體不能提供足夠抗力的情況下，管涵容易被壓扁變形。波紋管涵兩側(cè)回填建議采用砂礫或摻6%的白灰的黃土，回填范圍及厚度要求：管涵兩側(cè)3/4管徑以下填筑砂礫或摻6%的白灰的黃土，兩側(cè)填筑范圍不小于孔徑的0.5倍；兩側(cè)3/4管徑以上頂部可填筑與路基填料相同的材料。同時(shí)要注意，涵洞回填土不得使用含有泥草、腐殖物的土，每層回填厚度不得大于20 cm，且壓實(shí)度不小于96%。

另外，建議合理安排工期，待管頂完成上覆土2 m左右時(shí)，停止上覆土回填，讓土體固結(jié)一段時(shí)間(1個(gè)月左右)，兩側(cè)土體可以提供足夠抗力時(shí)，再按要求分層回填，確保大直徑鋼波紋管涵變形在規(guī)定范圍內(nèi)。

通過(guò)以上關(guān)鍵工序把控，經(jīng)后期監(jiān)測(cè)(見圖3)，項(xiàng)目整體效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)黃土地區(qū)深埋大直徑鋼波紋管涵施工的重點(diǎn)難點(diǎn)，結(jié)合國(guó)道310三門峽西至豫陜界段南移新建工程深埋大直徑波紋管涵施工情況及效果，對(duì)在黃土地區(qū)進(jìn)行深埋大直徑鋼波紋管涵施工，提出如下建議供大家參考：

1)黃土地區(qū)深埋大直徑鋼波紋管涵地基，在施工中須通過(guò)逐層碾壓、分層夯實(shí)、強(qiáng)夯等，消除黃土的濕陷性；對(duì)于高陡坡，采用“放臺(tái)階”難度較大的半填半挖區(qū)域，在實(shí)踐中采用竹筋格柵加土工格室相結(jié)合的辦法，可較好解決填方滑移的問(wèn)題。

2)大直徑鋼波紋管涵楔形部位面積較大，但空間狹小，各種壓實(shí)設(shè)備很難發(fā)揮效能，壓實(shí)度往往不足，易造成后期沉降過(guò)大，回填可根據(jù)取材的方便性，采用摻6%的白灰的黃土回填。楔形部位可采用小型手持式低頻混凝土振動(dòng)器結(jié)合木夯搗實(shí)完成。

3)為了防止因回填造成深埋大直徑鋼波紋管涵變形，在管涵內(nèi)部每隔2 m～3 m用方木做成十字或米字撐，并在管涵兩側(cè)3/4管徑以下填筑砂礫或摻6%的白灰的黃土。另外根據(jù)工期情況，待管頂完成上覆土2 m左右時(shí)，停止上覆土回填，讓土體固結(jié)一段時(shí)間(1個(gè)月左右)，確保兩側(cè)土體可以提供足夠抗力。