公路工程大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵成槽工藝研究

王偉

【關(guān)鍵詞】公路工程;大型現(xiàn)澆混凝土;雨水箱涵;基槽開挖

【中圖分類號(hào)】U449.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）08-0189-03

城市排水作為公路工程的重要組成部分，其實(shí)際建設(shè)成效將直接影響城市居民的生活居住體驗(yàn)，以及城市的整體公信力和吸引力。然而，傳統(tǒng)的城市排水通常采用管型結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)雖然具備較高的過(guò)水效率，但想要滿足城市大型排水需求需要采用極為復(fù)雜的模板結(jié)構(gòu)，因此在實(shí)際施工過(guò)程中難以控制整體施工質(zhì)量。箱型涵洞作為近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種城市排水結(jié)構(gòu)形式，具有施工簡(jiǎn)單、質(zhì)量控制優(yōu)秀、外形規(guī)則等特點(diǎn)，可以在淺埋環(huán)境下具備良好的力學(xué)性能和應(yīng)用成效，促使其在當(dāng)今公路道路工程中得到廣泛應(yīng)用。因此，文章以大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵為例，介紹相關(guān)成槽工藝，為類似工程提供一定理論參考。

1 工程概況

某工業(yè)園區(qū)公路工程兼具公路和市政標(biāo)準(zhǔn)的公路工程屬性，道路兩側(cè)沿線輔道位置各設(shè)置一條單孔大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵，雨水箱涵總長(zhǎng)度約4 300 m。為滿足不同區(qū)域的城市排水需求，同時(shí)達(dá)到項(xiàng)目工程的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，在設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，在不同區(qū)域采用不同結(jié)構(gòu)形式的單孔大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵，其中主體結(jié)構(gòu)形式為2 500 mm×2 200 mm。以下以該工程為例，對(duì)公路工程大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵成槽工藝進(jìn)行分析研究。

2 大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵施工設(shè)計(jì)

2.1 施工前準(zhǔn)備

開展混凝土雨水箱涵施工前，首先要確定施工區(qū)域，并在施工現(xiàn)場(chǎng)開展測(cè)量放線工作，以下兩點(diǎn)值得注意：一是對(duì)施工方案進(jìn)行分析研判，綜合考慮施工單位確定的位置坐標(biāo)和施工路段測(cè)設(shè)導(dǎo)線的坐標(biāo)點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)，并確定雨水箱涵的中心軸線;二是組織施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員檢查與核實(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)和坐標(biāo)點(diǎn)，然后分析圖紙并根據(jù)要求確定雨水箱涵的長(zhǎng)度和寬度。

箱涵后期承載和運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵點(diǎn)在于基底，需要結(jié)合施工圖紙要求對(duì)基底放樣，確定縱橫軸線及邊界線后再進(jìn)行開挖，并在施工完成后對(duì)基底開展質(zhì)量檢驗(yàn)工作。挖掘過(guò)程中注意采取支撐措施，防止邊坡滑塌而導(dǎo)致工程失敗，同時(shí)為了防范支撐失穩(wěn)，在挖掘過(guò)程要經(jīng)常檢查支撐的穩(wěn)定性。

2.2 施工方案

由于施工區(qū)域地形地貌狀況較為復(fù)雜，雨水箱涵基槽施工現(xiàn)場(chǎng)存在巖石頂面起伏大的情況?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巖石頂面起伏區(qū)間為1.4～3.8 m，巖石上方覆有一層粉質(zhì)黏土，巖石底部呈現(xiàn)面狀分布，從整體來(lái)看較為穩(wěn)固，綜合分析確定不會(huì)對(duì)施工及后續(xù)應(yīng)用造成影響。此外，施工現(xiàn)場(chǎng)還存在大量溶洞和石筍，巖石整體抗壓強(qiáng)度可達(dá)到80 MPa以上，相關(guān)因素均會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)施工造成一定困難。若僅使用破碎錘進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巖石破碎，不僅會(huì)嚴(yán)重影響施工效率，還會(huì)增加施工量和整體施工成本;若采用爆破成槽工藝，那么施工現(xiàn)場(chǎng)存在的溶洞和石筍會(huì)影響爆破效率和效果，并且施工項(xiàng)目位于城市周邊，有行人經(jīng)過(guò)，采用大藥量爆破將會(huì)增加安全隱患。經(jīng)過(guò)綜合分析，最終采用液壓破碎錘進(jìn)行二次破碎，既保證了整體破碎效果，又提高了施工效率、降低施工成本。

2.3 設(shè)備選型

雨水箱涵作為一種具有外形規(guī)則要求的施工工藝，其在結(jié)合工程項(xiàng)目要求后確定巖石層爆破深度為1～3 m，因而爆破工藝最終確定為淺孔臺(tái)階爆破工藝。同時(shí)，考慮到實(shí)際爆破過(guò)程中的爆破效率和爆破質(zhì)量，在綜合分析后確定爆破孔采用“空壓機(jī)+潛孔鉆機(jī)”的方式進(jìn)行機(jī)械鉆孔 [1]。工程項(xiàng)目中，爆破孔機(jī)械鉆孔所使用的機(jī)械設(shè)備包括高風(fēng)壓空壓機(jī)和潛孔鉆機(jī)各3臺(tái)。爆破完成后，需要通過(guò)液壓破碎錘進(jìn)行二次破碎，考慮到工程項(xiàng)目整體施工效率，最終確定工程項(xiàng)目施工使用的液壓破碎錘數(shù)量為2臺(tái)。

2.4 爆破參數(shù)確定

基于工程項(xiàng)目施工要求，結(jié)合施工區(qū)域的實(shí)際情況，綜合確定爆破孔孔徑為42 mm，爆破過(guò)程采用淺孔臺(tái)階式松動(dòng)微差控制爆破。相對(duì)來(lái)說(shuō)，此爆破工藝具有飛石可控范圍大、爆破振動(dòng)小、空氣沖擊波泄露少等優(yōu)勢(shì) [2]，可以有效提高施工安全性，符合本工程項(xiàng)目的實(shí)際施工要求。

底盤抵抗線的可參考經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式 [3]如下：

公式（1）中：Wd為底盤抵抗線。通常情況下，計(jì)算過(guò)程底盤抵抗線取值為0.5H1，并且需要保障底盤抵抗線的實(shí)際值低于30 d。H1為淺孔臺(tái)階階梯高度;d為炮孔直徑。在設(shè)計(jì)中，炮孔直徑確定為42 mm。

爆破工藝單孔裝藥量的計(jì)算公式如下：

式（2）中：Q為單孔裝藥量，即單排孔爆破或者多排孔爆破第一排孔的實(shí)際裝藥量。q為單位炸藥消耗量，淺孔臺(tái)階爆破工藝相對(duì)于深孔爆破工藝來(lái)說(shuō)所需的單位炸藥消耗量更大 [4]，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中初步確定工程項(xiàng)目所采用的單位炸藥消耗量為0.3 kg/m3，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中根據(jù)巖石巖性對(duì)單位炸藥消耗量進(jìn)行動(dòng)態(tài)化確定，即巖石強(qiáng)度相對(duì)較大時(shí)適當(dāng)增加單位炸藥消耗量。a為炮孔間距，在爆破工藝中，炮孔的實(shí)際間距通常為（0.8～1.5）Wd。b為炮孔排距，在爆破工藝中，炮孔的實(shí)際排距通常為（0.8～1.2）Wd。L為鉆孔深度。通常情況下，鉆孔深度需要綜合潛孔鉆機(jī)的鉆進(jìn)效率、地質(zhì)情況、渣石運(yùn)輸效率、挖掘機(jī)挖裝效率等因素進(jìn)行綜合考慮，其中地質(zhì)因素會(huì)作為鉆孔深度確定的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，則需要根據(jù)不同的巖石巖性動(dòng)態(tài)化確定鉆孔深度 [5]。

由于工程項(xiàng)目采用的淺孔臺(tái)階爆破工藝具有鉆孔孔徑小、鉆孔間距小等特點(diǎn)，所以實(shí)際布孔采用相對(duì)方式。為提高爆破工藝應(yīng)用效果，最終將爆破孔的布置形式確定為梅花形布孔，鉆孔則采用垂直鉆孔。

根據(jù)上述計(jì)算過(guò)程，在施工現(xiàn)場(chǎng)合理選擇多處爆破試點(diǎn)進(jìn)行試爆破，然后根據(jù)爆破結(jié)果對(duì)淺孔臺(tái)階式松動(dòng)微差控制爆破工藝各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，具體參數(shù)微調(diào)結(jié)構(gòu)見表1。

3 大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵施工工藝分析

大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵施工流程如圖1所示。

3.1 表層清理

為確保施工有序進(jìn)行，應(yīng)在潛孔鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)前對(duì)爆破區(qū)域表層土方進(jìn)行有效清理。由于施工區(qū)域存在大量石筍，因此表層清理難度較大，在實(shí)際清理過(guò)程中不僅要對(duì)多余土方進(jìn)行清理，還需要盡可能平整施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地 [6]。因此，在實(shí)際表層清理過(guò)程中會(huì)通過(guò)推土機(jī)和挖掘機(jī)配合作業(yè)，將施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效平整清理，確保后續(xù)潛孔鉆機(jī)的鉆進(jìn)效率及效果。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)爆破

3.2.1 布孔及鉆孔施工

工程項(xiàng)目的爆破孔采用梅花形布設(shè)，具體爆破孔布置相關(guān)參數(shù)依據(jù)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行，施工人員在對(duì)爆破孔進(jìn)行鉆進(jìn)前會(huì)先根據(jù)設(shè)計(jì)要求施放標(biāo)識(shí)，然后再根據(jù)標(biāo)識(shí)進(jìn)行潛孔鉆機(jī)鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過(guò)程時(shí)刻控制鉆進(jìn)深度和角度，確保爆破孔發(fā)揮最大功效。在完成鉆孔后，還會(huì)在爆破孔中放置PVC管套內(nèi)襯，并通過(guò)沙裝袋對(duì)PVC管套口進(jìn)行封口 [7]，防爆破孔出現(xiàn)塌孔，避免雜物進(jìn)入爆破孔。

3.2.2 爆破器材及起爆網(wǎng)絡(luò)

爆破工藝中爆破器材分布選用二號(hào)巖石乳化炸藥及電子數(shù)碼雷管;裝藥結(jié)構(gòu)確定為連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，從而保障裝藥質(zhì)量及爆破施工的便捷性;起爆網(wǎng)絡(luò)確定每起爆段落為9組，每組為2個(gè)炮孔，每組之間的起爆延遲時(shí)間為25 ms。為確保起爆過(guò)程產(chǎn)生的爆破飛石及爆破振動(dòng)不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成過(guò)大影響，將每組最大裝藥量確定為5.6 kg，一次最大起爆藥量則確定為49.6 kg。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)爆破準(zhǔn)備工作

現(xiàn)場(chǎng)爆破準(zhǔn)備工作主要分為裝藥前準(zhǔn)備、裝藥、堵塞、防護(hù)及警戒等。其中，裝藥前準(zhǔn)備是對(duì)爆破孔質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)收，確定爆破孔位置、深度符合設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行后續(xù)的爆破孔裝藥作業(yè);裝藥是指根據(jù)表1中的參數(shù)對(duì)爆破孔進(jìn)行裝藥;堵塞則是將炮泥送入爆破孔，通過(guò)炮棍對(duì)爆破孔進(jìn)行搗實(shí)，以此保證堵塞長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，避免中間出現(xiàn)間隔情況;防護(hù)則是采用2層厚度為8～10 cm的橡膠板共同組成的覆蓋層對(duì)爆破孔進(jìn)行加壓覆蓋，避免爆破過(guò)程出現(xiàn)爆破飛石情況;警戒則是在爆破前將爆破周邊區(qū)域的人員進(jìn)行疏離，然后安排專人對(duì)爆破現(xiàn)場(chǎng)300 m范圍進(jìn)行警戒，在各道口設(shè)置警戒崗，通知過(guò)往人員遠(yuǎn)離爆破區(qū)域。

3.3 開挖土方

為保障二次破碎和開挖效果，需要在二次破碎前通過(guò)挖掘機(jī)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行二次清理，所有清理的土方均需要通過(guò)汽車運(yùn)輸?shù)街付ǘ逊艆^(qū)域，嚴(yán)禁隨意堆放。

3.4 二次破碎

在完成二次破碎前表面清理作業(yè)后，基槽表層土下的石方將會(huì)得到有效裸露，此時(shí)再通過(guò)液壓破碎錘對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)石塊進(jìn)行二次破碎作業(yè)，便可以有效將大石塊破碎成為易于清理的小碎石。在作業(yè)過(guò)程中，施工人員需要對(duì)塊石直徑大于50 cm的碎石進(jìn)行二次破碎處理，整體破碎作業(yè)需要依次進(jìn)行，每完成一處破碎作業(yè)后方可進(jìn)行下一處的破碎作業(yè)。2臺(tái)液壓破碎錘將會(huì)采用先后作業(yè)施工方式，一破碎錘在前方破碎后，另一破碎錘則在后方對(duì)現(xiàn)場(chǎng)碎石進(jìn)行翻找破碎，確保施工現(xiàn)場(chǎng)所有碎石直徑均處于50 cm以下，為后續(xù)基槽施工有序進(jìn)行提供重要保障。

3.5 開挖運(yùn)輸棄方

在二次破碎的同時(shí)，施工人員需要通過(guò)挖掘機(jī)對(duì)破碎后的碎石進(jìn)行開挖、裝車，由于大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵基槽深度較大，因此在碎石開挖作業(yè)時(shí)將會(huì)采用2臺(tái)挖掘機(jī)接力作業(yè)，其中一臺(tái)挖掘機(jī)將基槽中的碎石挖掘放置到操作平臺(tái)，然后由另一臺(tái)挖掘機(jī)將碎石倒運(yùn)到基槽頂部，最后由基槽頂部配置的挖掘機(jī)對(duì)碎石進(jìn)行裝車，通過(guò)此種接力式作業(yè)方法可以有效提高基槽開挖效率和效果。

3.6 基槽驗(yàn)收

在完成基槽清理后，需要對(duì)基槽施工質(zhì)量進(jìn)行整體驗(yàn)收，具體驗(yàn)收內(nèi)容包括基槽斷面尺寸、標(biāo)底高度等。若發(fā)現(xiàn)基槽斷面尺寸不符合要求，應(yīng)通過(guò)液壓破碎錘進(jìn)行及時(shí)修正，待基槽驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行后續(xù)施工作業(yè)。

4 施工效果

在施工效率方面，工程項(xiàng)目中基槽開挖總計(jì)用時(shí)36 d，其中施工準(zhǔn)備時(shí)長(zhǎng)為3 d，正式施工時(shí)長(zhǎng)為33 d，整體開發(fā)石方年約27 500 m3，因而總計(jì)開挖效率為764 m3/d，整體施工效率較高，可以滿足工程項(xiàng)目的工期要求。

在爆破效果方面，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工驗(yàn)證，大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵基槽巖石爆破效果良好，爆破不僅可以有效松動(dòng)施工現(xiàn)場(chǎng)巖石，而且能夠破碎大塊巖石，便于通過(guò)液壓破碎錘進(jìn)行二次破碎。

在成槽質(zhì)量方面，經(jīng)過(guò)液壓破碎錘進(jìn)行二次破碎及后續(xù)修整后，大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵基礎(chǔ)的整體線性良好，基槽深度和基槽輪廓均可以滿足設(shè)計(jì)要求。因此，從整體來(lái)說(shuō)，大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵施工工藝可以滿足工程項(xiàng)目要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文分析闡述某工業(yè)園區(qū)公路工程大型現(xiàn)澆混凝土雨水箱涵基槽施工工藝，最終發(fā)現(xiàn)該施工工藝可以有效解決復(fù)雜巖石地形下的基槽開挖問(wèn)題，可在類似工程項(xiàng)目中普及應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

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