預(yù)制大體積矩形箱涵施工技術(shù)

陳仕颋

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

箱涵在公路跨線施工中有較廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)箱涵結(jié)構(gòu)多采用搭設(shè)支架現(xiàn)場(chǎng)澆筑（現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋、支模、澆筑混凝土）的施工方式，雖然設(shè)計(jì)和施工技術(shù)都較為成熟，但施工工期較長(zhǎng)，往往對(duì)周圍環(huán)境、交通通行造成巨大的壓力，由此導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源的浪費(fèi)[1-2]。

預(yù)制大體積矩形箱涵采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝的方法施工，加快了工程進(jìn)度、減少了現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)間，解決了跨線箱涵施工需快速恢復(fù)交通的難題，是更為高效、綠色的建造技術(shù)。

1 工程概況

上海S7公路Ⅱ-2標(biāo)為S7高速公路跨越G1503的互通式立交，全長(zhǎng)1.75 km，G1503改建道路為東西走向，全長(zhǎng)2.13 km。工程內(nèi)容包括高架橋梁、地面道路、地面橋梁、G1503道路拓寬以及本標(biāo)段規(guī)劃紅線范圍內(nèi)的河道工程。

聯(lián)楊路下穿G1503立交NE匝道、SE匝道處各設(shè)置車行地道1座，NE匝道車行地道長(zhǎng)11.190 m，SE匝道車行地道長(zhǎng)10.239 m。2座車行地道均為暗埋段，單箱單室箱形結(jié)構(gòu)，采用預(yù)制拼裝方式施工。

以NE匝道車行地道為例，該地道總高6.25 m，結(jié)構(gòu)總寬16 m，底板、頂板厚度均為0.7 m，分為上下兩部分節(jié)段，每部分節(jié)段各2段，每段尺寸為17.400 m×5.400 m×3.125 m。其中，下節(jié)段每段質(zhì)量213.3 t，上節(jié)段每段質(zhì)量219.2 t。

2 預(yù)制大體積矩形箱涵施工的特點(diǎn)和難點(diǎn)

預(yù)制大體積矩形箱涵，采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝方法施工，無疑比現(xiàn)澆更能加快工程進(jìn)度，減少現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)間。預(yù)制安裝工藝可以平行作業(yè)，大量工作在工廠內(nèi)完成，減少占用現(xiàn)場(chǎng)的空間和時(shí)間，既不必長(zhǎng)時(shí)間封閉交通，也降低了工人工作的危險(xiǎn)性。本工程區(qū)域內(nèi)存在一條社會(huì)道路貫穿，且無法進(jìn)行交通封閉，故需盡可能地減少對(duì)交通的影響。

在施工過程中，預(yù)制大體積矩形箱涵將面臨以下主要難題：

1）大體積矩形箱涵預(yù)制過程中的幾何尺寸、預(yù)埋管道等各方面匹配精度要求高、質(zhì)量控制嚴(yán)。

2）過往施工案例較少，施工經(jīng)驗(yàn)缺乏。

3）箱涵節(jié)段間拼裝連接緊固及密封性要求高。

上述難題對(duì)相應(yīng)施工工藝提出了較高要求。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范及業(yè)主、設(shè)計(jì)的要求，對(duì)預(yù)制大體積矩形箱涵施工制定了一套系統(tǒng)的施工方案，主要措施如下：

1）為保證下節(jié)段側(cè)墻轉(zhuǎn)角處混凝土澆筑均勻、密實(shí)，先行側(cè)墻轉(zhuǎn)向預(yù)制，施工縫交界面鑿毛處理，并預(yù)留鋼筋，按規(guī)范要求保證鋼筋接頭不在同一截面。

2）支架及模板系統(tǒng)整體搭設(shè)，所有過節(jié)段的預(yù)留孔道均采用一次性埋設(shè)，待混凝土澆筑完畢后，再進(jìn)行切割。

3）相鄰節(jié)段澆筑時(shí)采用薄模板，相鄰節(jié)段匹配施工。

4）利用各厚度聚四氟乙烯板襯墊于基礎(chǔ)底面、縱縫處，微調(diào)箱涵上下節(jié)段垂直度及標(biāo)高。

5）對(duì)預(yù)制箱涵拼縫（環(huán)縫、縱縫）進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，并對(duì)稱張拉預(yù)應(yīng)力，確保箱涵節(jié)段密貼及防水密封效果。

3 大體積矩形箱涵預(yù)制施工

箱涵分為4個(gè)節(jié)段：底板2個(gè)節(jié)段底模同時(shí)搭設(shè)，預(yù)應(yīng)力管道在第1個(gè)施工段時(shí)，進(jìn)行整體定位固定，分段存放時(shí)進(jìn)行切割，保證預(yù)應(yīng)力管道吻合；頂板2個(gè)節(jié)段支架整體搭設(shè)，確保頂板匹配施工，預(yù)應(yīng)力管道在頂板第1個(gè)施工段時(shí)，進(jìn)行定位固定，分段存放時(shí)進(jìn)行切割，保證預(yù)應(yīng)力管道吻合；節(jié)段之間涂抹隔離劑，完全匹配施工，待整體施工完成后，方可拆除支架，分段存放。

3.1 下節(jié)段側(cè)墻轉(zhuǎn)角處施工

側(cè)墻考慮混凝土流動(dòng)性，為保證混凝土密實(shí)及轉(zhuǎn)角處應(yīng)力擴(kuò)散，在轉(zhuǎn)角處底板位置進(jìn)行分段，先行匹配施工（圖1）。

圖1 箱涵下節(jié)段側(cè)墻轉(zhuǎn)角預(yù)制施工立面示意

在臺(tái)座上整體施工節(jié)段側(cè)墻轉(zhuǎn)角處，支設(shè)底模及環(huán)縫、縱縫處模板，環(huán)縫橫斷面一側(cè)預(yù)留止水槽口。綁扎鋼筋，底板預(yù)留鋼筋伸入底板，長(zhǎng)度交錯(cuò)。整體定位固定預(yù)應(yīng)力孔道后，進(jìn)行模板系統(tǒng)及縱縫處模板支設(shè)，縱縫采用企口式，縱縫、環(huán)縫預(yù)留止水槽口處埋設(shè)相應(yīng)尺寸硬木，并涂抹脫模劑后進(jìn)行混凝土澆筑。養(yǎng)護(hù)后，對(duì)底板交界面進(jìn)行鑿毛處理。

3.2 下節(jié)段施工

在臺(tái)座上支設(shè)底模及環(huán)縫處模板，環(huán)縫一側(cè)預(yù)留止水槽口。下節(jié)段側(cè)墻轉(zhuǎn)角處翻轉(zhuǎn)定位，綁扎底板鋼筋及吊點(diǎn)，并與底板預(yù)留鋼筋進(jìn)行焊接。整體定位固定預(yù)應(yīng)力孔道、埋設(shè)底板壓漿孔道后，進(jìn)行混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)。

箱涵模板采用厚18 mm竹膠板，橫肋采用100 mm×100 mm方木，縱肋采用雙拼10#槽鋼，側(cè)墻采用三段式對(duì)拉螺桿固定（圖2）。

圖2 箱涵下節(jié)段預(yù)制施工立面示意

3.3 上節(jié)段施工

在已完成的下節(jié)段上支設(shè)滿堂支架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)及兩側(cè)操作平臺(tái)，縱縫及環(huán)縫處不拆除下節(jié)段施工模板，匹配施工，綁扎鋼筋及吊點(diǎn)。再整體定位固定預(yù)應(yīng)力孔道，上節(jié)段環(huán)縫橫斷面一側(cè)預(yù)留止水槽口，最后進(jìn)行混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)，完成箱涵預(yù)制。

頂板施工支架立桿縱橫距為0.6 m，步距為1.2 m。按規(guī)范要求設(shè)置掃地桿及剪刀撐。

3.4 混凝土施工要點(diǎn)

施工縫處止水帶、鋼筋等較密集處，混凝土澆筑時(shí)一定要振搗密實(shí)，以防滲水。

因箱涵側(cè)墻、頂?shù)装遢^厚，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，頂板、底板混凝土面覆蓋塑料薄膜、草包或麻袋等，并進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。側(cè)墻混凝土要延長(zhǎng)拆模時(shí)間，使混凝土保溫，保濕，減小混凝土內(nèi)外溫差，防止產(chǎn)生收縮裂縫。

對(duì)于底板和頂板，應(yīng)在終凝前多次收水抹光。頂板可采用蓄水養(yǎng)護(hù)，其他混凝土必須采用保溫保濕養(yǎng)護(hù)，且要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間（不少于7 d），避免干濕交替。

4 預(yù)制大體積矩形箱涵運(yùn)輸

箱涵裝運(yùn)選用Actros3354型牽引車及配套尼古拉斯平板車組。尼古拉斯平板車組的后掛車具有自身遙控轉(zhuǎn)向能力，有較小的轉(zhuǎn)彎半徑，適合超長(zhǎng)超寬構(gòu)件的裝運(yùn)。

如圖3所示，因箱涵側(cè)墻間距大，設(shè)置2個(gè)截面尺寸2 m×2 m、高為上節(jié)箱涵高度的混凝土輔助支點(diǎn)，頂部鋪設(shè)方木，輔助側(cè)墻受力，防止側(cè)墻及頂板在運(yùn)輸過程中顛簸造成混凝土構(gòu)件的破壞，并防止混凝土構(gòu)件磕碰。

圖3 箱涵裝運(yùn)示意

大型運(yùn)輸汽車裝載大型構(gòu)件時(shí)，應(yīng)遵守《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定》的相關(guān)要求，并在構(gòu)件最外端掛警告信號(hào)燈或者帶警旗的安全繩。

5 預(yù)制大體積矩形箱涵安裝

5.1 施工流程

箱涵運(yùn)輸→匹配安裝→墊層找平→吊裝下節(jié)段1→試吊下節(jié)段2→涂刷環(huán)氧樹脂及安裝止水橡膠條→吊裝下節(jié)段2→張拉預(yù)應(yīng)力→吊裝上節(jié)段1→涂刷環(huán)氧樹脂及安裝止水橡膠條→吊裝上節(jié)段2→張拉預(yù)應(yīng)力→嵌縫（環(huán)縫、縱縫）

5.2 下節(jié)段安裝

地基處理完成后，安裝前，進(jìn)行墊層標(biāo)高的復(fù)核工作。存在標(biāo)高誤差時(shí)，局部采用細(xì)砂找平，并在墊層上放樣出設(shè)計(jì)箱涵平面位置。吊裝時(shí)精確調(diào)整，利用吊點(diǎn)起吊安裝下節(jié)段，定位準(zhǔn)確后，下節(jié)段預(yù)留止水槽口嵌填遇水膨脹橡膠條，并在下節(jié)段環(huán)縫拼接面涂抹環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑。下節(jié)段定位準(zhǔn)確后，在預(yù)應(yīng)力孔道中穿預(yù)應(yīng)力束，并從兩側(cè)至中間對(duì)稱張拉預(yù)應(yīng)力束。下節(jié)段安裝完成后，在下節(jié)段縱縫處預(yù)留止水槽口嵌填遇水膨脹橡膠條，縱縫拼接面涂抹環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑。

5.3 上節(jié)段安裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和預(yù)制箱涵構(gòu)件規(guī)格，選取NE匝道箱涵上節(jié)段的吊裝作為主要吊裝工況分析。箱涵長(zhǎng)17.4 m，高3.125 m，總質(zhì)量219.3 t，為最重節(jié)段，采用1臺(tái)250 t履帶吊及1臺(tái)260 t履帶吊雙機(jī)吊裝。

使用履帶吊對(duì)上節(jié)段進(jìn)行起吊卸車并運(yùn)送至安裝位置，將上節(jié)段與下節(jié)段側(cè)墻面對(duì)齊，將聚四氟乙烯板襯墊于縱縫處微調(diào)標(biāo)高、垂直度。上節(jié)段預(yù)留止水槽口嵌填遇水膨脹橡膠條，并在上節(jié)段環(huán)縫拼接面涂抹環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑，正式進(jìn)行上節(jié)段安裝。定位準(zhǔn)確后，在預(yù)應(yīng)力孔道中穿預(yù)應(yīng)力束，并從兩側(cè)至中間對(duì)稱張拉預(yù)應(yīng)力束，保證節(jié)段間拼縫吻合，張拉完成后，方可進(jìn)行后續(xù)施工。

通過底板預(yù)留壓漿孔道用砂漿對(duì)底板空隙進(jìn)行填補(bǔ)密實(shí)，并完成安裝。

5.4 環(huán)縫、縱縫密封施工

拼縫環(huán)縫為橫斷面分段施工縫，前后節(jié)段一側(cè)預(yù)留止水槽口，另一側(cè)匹配施工，前后節(jié)段均設(shè)置倒角，安裝時(shí)預(yù)留止水槽口嵌填遇水膨脹橡膠條，在交界面處涂抹環(huán)氧黏結(jié)劑，前后節(jié)段密貼后，在倒角處嵌填柔性密封膠。

拼縫縱縫為縱斷面分段施工縫，構(gòu)造采用企口縫形式，下節(jié)段與上節(jié)段匹配施工，前后節(jié)段縱縫設(shè)置相錯(cuò)，不在同一平面內(nèi)，下節(jié)段與上節(jié)段均設(shè)置倒角，安裝時(shí)預(yù)留止水槽口嵌填遇水膨脹橡膠條，在交界面處涂抹環(huán)氧黏結(jié)劑，前后節(jié)段密貼后，在倒角處嵌填柔性密封膠。

拼裝前對(duì)箱涵拼接縫進(jìn)行表面處理，確保表面無油、無水及無可見灰粉。箱涵環(huán)縫及縱縫拼接采用環(huán)氧黏結(jié)劑連接，環(huán)氧黏結(jié)劑初步固化時(shí)間應(yīng)不小于1 h，應(yīng)在規(guī)定的兩面涂抹厚度條件下，發(fā)生均勻的擠出量，并僅有滴掛而無流淌現(xiàn)象。環(huán)氧黏結(jié)劑應(yīng)防老化、防碳化、防強(qiáng)腐蝕。

安裝完成后對(duì)頂板進(jìn)行表面清潔，確?；炷帘砻娓稍锲秸螅?層整體涂刷聚氨酯防水涂料，并在施工縫處局部加強(qiáng)，涂層增加1～2層，每一層涂層須待上一層涂層固化后（一般不小于24 h）方可施工，涂刷的方向必須與上一層的涂刷方向垂直。涂膜固化前嚴(yán)禁在該區(qū)域作業(yè)、與水接觸，以確保防水施工質(zhì)量。然后鋪設(shè)油氈隔離層，加強(qiáng)防水隔水效果。

6 工程實(shí)施效果

本工程預(yù)制箱涵質(zhì)量?jī)?yōu)良，無受力裂縫，外觀質(zhì)量良好，棱線平順，混凝土無明顯色差。預(yù)制箱涵實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

本工程單個(gè)箱涵拼裝完成時(shí)間約為8 h，吊裝完成后可快速恢復(fù)聯(lián)楊路交通。工程中通過接縫防水、頂板防水涂料及防水卷材的多道防線，有效地實(shí)現(xiàn)了箱涵的防水密封效果。

7 結(jié)語

上海S7公路新建工程Ⅱ-2標(biāo)的路基段跨越既有地面道路，采用預(yù)制大體積矩形箱涵施工工藝，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件工廠化作業(yè)，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，預(yù)制構(gòu)件匹配精度高、施工安全，連接構(gòu)造牢固及耐久，密封性好，施工現(xiàn)場(chǎng)工期大幅縮短等效果。

經(jīng)過驗(yàn)收及現(xiàn)場(chǎng)使用，施工工藝質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及現(xiàn)行驗(yàn)收規(guī)范要求，證明了施工技術(shù)方法是可行的，可為公路工程或市政道路設(shè)計(jì)和施工提供參考。該技術(shù)對(duì)預(yù)制裝配的發(fā)展具有一定的意義，是一種可降低城市內(nèi)建設(shè)施工對(duì)交通影響的新型施工工藝。

今后，預(yù)制箱涵應(yīng)形成相應(yīng)的工廠化標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式，以縮短預(yù)制周期，從而提高施工效率及社會(huì)效益；同時(shí)，應(yīng)對(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的箱涵如何合理分段預(yù)制進(jìn)行更進(jìn)一步的深化研究及實(shí)踐。