高填方鋼波紋管涵洞通道施工技術

劉首諭

（江西贛粵高速公路工程有限責任公司，江西 南昌 330069）

0 引言

當前，為有效降低混凝土結構問題，鋼波紋管涵洞通道施工技術應用越來越廣泛。鋼波紋管在熱浸鍍鋅處理后，能夠顯著提升自身強度，達到混凝土涵管的2.5 倍作用。該技術施工進度進一步縮短，同時具有成本低、適用范圍廣等優(yōu)勢，能有效解決混凝土開裂問題，對延長建筑的使用壽命有著積極的作用。

1 高填方鋼波紋管涵洞通道施工技術應用現(xiàn)狀

對于鋼波紋管涵洞通道施工技術來說，為使其發(fā)揮最大工藝水平，需要借助特制專用設備將鋼板制成波、拼裝結構。在此過程中當鋼管在進行熱浸鍍鋅處理后，其結構剛度顯著增強，重量則大幅度降低；但將其應用于高填方結構過程中，極易發(fā)生鋼波紋管涵局部變形問題。在施工過程中由于鋼波紋管受到機械強度、溫度等因素的限制，極易發(fā)生滲漏問題，對高填方結構的建設使用壽命產(chǎn)生不利影響。除此之外，鋼波紋管涵洞若未能與砂墊層緊密相貼后再安裝，容易發(fā)生焊管受力不均等問題，出現(xiàn)逆坡、凹陷問題。在進行管身中心向兩端安裝時，需要保證管節(jié)位置能夠一次性校準，防止發(fā)生偏位無法有效控制等問題。完成鋼波紋管涵安裝后需要及時對管身的外側鋼板拼接縫進行有效密封，避免發(fā)生滲漏問題。

2 高填方鋼波紋管涵洞通道施工技術實例分析

2.1 工程概況

以萍鄉(xiāng)至蓮花高速公路A1 標段為例，該公路全長23.16km，在高速范圍內共有橋梁14 座，共有大橋7座、中橋3 座、互通橋2 座。其中，涵洞共有58 座，有22 座為鋼波紋管涵，涵洞的孔徑分為2.5m、3.5m 以及4.5m。管頂填土高度為1.62m。在K28+210 位置的鋼波紋管涵回填高度超過20m，管徑長度為2.8m，管長為121.63m。波紋鋼管使用的是Q345 鋼，該種結構的鋼板厚度超過4.5mm，波距長為280m，波高為100m。地基的承載力需要高于230kPa。對于波紋鋼板則采用內外表面全部熱浸鍍鋅的方式進行前期的處理，保證螺栓與螺母的熱浸鍍鋅量高于330g/m。

2.2 施工方法

對于鋼波紋管涵來說，基礎開挖、施工放樣、管道安裝以及空洞施工等工藝均與常規(guī)施工相同。其中，基礎墊層、管體安裝以及回填涵洞背部施工技術如下：

2.2.1 基礎墊層

鋼波紋管涵洞的荷載主要是以兩側填土為主，具有變形適應性強、基礎材料要求低等優(yōu)勢。基礎施工形式的合理性能夠顯著增強鋼波紋管涵洞的荷載力，增強豎向與橫向的支撐能力，最大程度地降低結構變形的可能性。當?shù)鼗休d力較低時，則需要增加基礎的厚度，當土地壓實密度高于85%時，可直接選擇將鋼波紋管涵洞設置在地基上的方式。需要注意的是，盡管鋼波紋管涵洞基礎強度以及穩(wěn)定性較強，但依然無法承受其四周的回填材料原狀土體。因而需要在基層的表面鋪設厚度為180mm、粒徑為11mm 的墊層和粗砂。保證墊層形狀和結構一致，支撐力的均勻性。受到地基沉降、水流結構等因素影響，需要縱向設置預拱，焊管的縱向預拱度保持在0.3%～1.1%左右。

2.2.2 管身安裝

在進行管身安裝時，首先需要明確焊管中軸線以及中點的具體位置，其次做好鋼波紋管涵洞的高程、地面的平整工作。底板的組裝需要將鋼制波紋管涵洞中軸線為中點，從而有效定位第一塊波紋板的位置，再從中心向兩端延伸，直到端面為止。通常情況下，將軸向的搭接長度設置在45～50mm 之間，第二搭接部位需要在第一板上部，保證對接孔位置準確。螺栓墊圈穿過波紋鋼板后，需要將墊圈放置到波紋的凸面上，利用扳手將螺母擰緊。嚴格按照規(guī)定的順序進行裝配環(huán)工作，圓周向板片的整體搭接長度控制在45mm 以內，各塊鋼板以交互搭接的方式進行搭接，保證環(huán)向接縫對齊，縱向位置的接縫則需要交錯進行布置。連接孔校準完成后，螺栓需要及時均勻涂抹潤滑劑。需要注意的是，在進行套墊片的安裝時，在波谷位置需要采用凸墊片，而波峰位置則需要采用平墊片。選擇由里向外的方式進行孔位的插入，利用扳手將螺母擰緊。對于三片波紋板周向的組裝，需要先進行界面形狀的測量，當滿足相關標準后再進行后續(xù)的組裝工作；當無法達到相關標準時，需要做好調整工作，使得圓周能夠有效裝配到環(huán)形環(huán)上，當截面形狀測量完成后，需要固定好定位拉桿進行螺栓的調整。完成結構裝配后，利用電動扳手對所有螺栓進行擰緊固定，為避免發(fā)生遺漏，需要擰緊完成后及時進行檢查。擰緊后的螺栓需要進行顏色的標記。在進行回填前需要對螺栓的縱縫、環(huán)縫進行擰緊，保證波紋的重疊位置能夠緊密地嵌套在一起。為最大程度地實現(xiàn)螺栓扭矩的要求，在實際回填施工前需要采用隨機選擇3%的螺栓固定扭矩扳手。當試驗值高于標準扭矩時，需要依據(jù)螺栓的4%進行取樣。當上述測試超過95%都滿足要求時，則可認定安裝完成且合格，若測試結果低于95% 時則需要對螺栓進行重新擰緊。當預緊力矩和實際要求相符時，需要在波紋鋼結構外圈填充專業(yè)的密封膠，避免發(fā)生滲漏問題。

2.2.3 涵背回填

鋼波紋管的回填區(qū)域一般分為兩部分，即影響鋼板結構物受力結構性回填區(qū)（見圖1）、外圍一般性回填區(qū)。通常情況下，結構性回填區(qū)大小主要受到填土高度、溝槽類型以及路基填土類型等因素的影響。在進行回填的過程中，為進一步提升鋼波紋管涵洞的基礎填筑質量，需要將鋼波紋管涵洞基礎回填材料的級配碎石粒徑保持在2.8cm 左右。利用小型夯實機低級配碎石進行夯實，確保鋼波紋管涵洞基礎回填質量和水平。在回填時需要從兩端向結構中心位置進行作業(yè)，回填厚度不得超過15cm。需要注意的是，鋼波紋管涵的端頭和上部位置不得使用強夯機械進行夯實。

圖1 結構性回填區(qū)域

2.3 變形控制

高填方位置的鋼波紋管涵頂部覆土通常較厚，如果施工未能嚴格依據(jù)施工標準進行施工，則容易造成涵洞兩側位置的覆土壓實度低于90%，造成鋼波紋管涵洞回填期間與回填后的變形值超過一定范圍，帶來較為嚴重的經(jīng)濟損失。當高填方鋼波紋管涵洞的頂部覆土高度較高時會產(chǎn)生拱效應，隨著覆土高度越來越高，鋼波紋管涵會發(fā)生非線性變化。為避免上述問題的發(fā)生，該項目以提升鋼波紋管涵承載力、避免鋼波紋管涵發(fā)生壓環(huán)的方式，與波紋鋼管涵洞的自身特性相結合進行涵洞的預變形處理。從而保證涵洞在回填后依然能夠維持原來的形狀，防止出現(xiàn)涵洞的嚴重變形而引發(fā)倒塌等問題。在此過程中，當基礎墊層施工完成后需要進行鋼波紋管涵的拼裝，涵洞每隔2節(jié)鋼波紋管涵的位置設置豎向的支撐，能夠有效降低回填過程中需要承受的承載力。與此同時，為避免波紋鋼管涵洞在預變形的過程中出現(xiàn)涵洞頂部、底部的破壞，可在波紋鋼管涵洞的頂部設置縱向的墊板，底部設置高于波紋45mm 左右的砂層，為避免涵洞發(fā)生坍塌，頂部和底部之間需要設置相應的支架。除此之外，鋼波紋管涵中心位置需要及時設置鋼筋收緊裝置，使其能夠分別固定在鋼波紋管的兩側將螺栓扣擰緊，采用千斤頂對裝置進行收緊，直到涵洞豎向直徑高于4%即可。在進行千斤頂?shù)幕厥諘r，為防止塑性變形，每一次的變形不得過大。當鋼波紋管涵洞頂土回填高度超過1.1m 后，可將裝置和支架取下。

2.4 優(yōu)化技術分析

2.4.1 受力特征與材料的選擇

鋼波紋管的結構以柔性為主，所以當受到高填方豎向荷載力的影響時，容易在頂部出現(xiàn)軸向壓力與彎矩，使得結構發(fā)生變形。在此過程中橫向的變形能夠有效為結構提供相應的位移補償，提升管側壁的抗土壓力，從而最大程度地控制了鋼波紋管壁的位移，增強整體的承載能力。因此，作為施工技術人員需要確保管壁和四周的填土具有共同的承載力，當處于理想的壓力時，可以有效將荷載力向四周的填土傳遞。通過實際施工可以得出管側的填土彈性與壓實度對涵洞的承載力有著一定的影響，為確保涵洞的施工質量，需要選擇受力性能好、壓實效果好、透水性強的填土材料，有效防止管壁的部分位置受力不均勻而發(fā)生較大的變形，影響施工進度和工程質量。通常情況下的鋼波紋管外側25cm 范圍內的填土粒徑僅為波紋管波長的1/4。對于填料的選擇來說，級配較好、帶棱角的砂礫是最佳的材料，另外，相對均勻的砂石也是較為常用的填土材料，而混合土與穩(wěn)定土的應用較少。需要注意的是，對于鋼波紋管涵洞施工來說，不得采用含水量較高的黏土作為施工材料，避免在雨雪等惡劣天氣的影響下無法順利施工，夯實效果不佳。填土材料的選擇盡量以穩(wěn)定性好的石渣或山砂為主。

2.4.2 提高鋼波紋管安裝質量

為進一步提升鋼波紋管的安裝質量，提升整體施工水平，需要有效提升現(xiàn)場預制安裝的合格率。在實際的安裝施工過程中，施工技術人員需要保證頂管附近無縫隙，嚴格依據(jù)波紋板的設計要求進行預制安裝與操作。鋼板的夾縫防水性主要是通過填充密封膠的方式，因此，施工技術人員需要做好縫隙的防水工作，防止因鋼板夾縫防水性不足而在后期的應用中發(fā)生滲漏問題。在進行鋼板螺栓的施工中，施工技術人員首先需要重視螺栓的選擇，保證其強度滿足施工要求，采用凹凸墊圈進行擰緊，不斷提升結構的強度。當螺栓扭矩滿足要求后，需要采用專業(yè)的密封膠、環(huán)氧樹脂進行縫隙的填充，有效避免鋼板對接位置發(fā)生滲漏。若高填方鋼波紋管涵洞的通道發(fā)生防腐損壞時，首先需要進行除銹，將其處理干凈后可采取噴鋅的方式進行補救，同時在波紋管的外側連續(xù)噴涂環(huán)氧樹脂兩次，當全部安裝完成后，還需進行瀝青的涂刷，從而有效降低損傷的范圍。

2.4.3 強化變形控制的針對性

盡管高填方波紋管橫縱向的變形能夠保證結構的穩(wěn)定性，但若無法進行有效控制的情況下則容易造成鋼波紋管涵耐久性受到損害。所以，施工人員需要做好變形的控制工作，制定更具針對性的解決方案實現(xiàn)變形的科學控制。對于橫向變形，鋼波紋在豎向荷載作用下容易發(fā)生側向位移，涵頂則容易發(fā)生豎向位移，使得水平側向位移發(fā)生被動土壓力。因此，施工人員應重視回填土的施工和管理，有效控制變形并將其控制在涵洞通道豎向高度的3%。為避免波紋管發(fā)生屈曲問題，需要確保管側填料壓實度、降低側向位移，防止鋼波紋管涵豎向變形高于標準范圍。當涵頂土柱壓實度較低時，可有效借助豎向剪應力有效轉移涵頂?shù)暮奢d力，進一步降低涵洞通道的整體承載能力。

3 結語

總而言之，鋼波紋管涵洞施工技術的優(yōu)勢較為突出，主要表現(xiàn)在施工周期短、施工簡單且耐久性高等。將其應用到高填方結構中時，需要注重受力特性的優(yōu)化與完善，做好材料的選擇進而提升鋼波紋管安裝的質量和水平，加強對變形的控制，防止因變形而降低施工質量，為進一步發(fā)揮鋼波紋管涵洞施工技術的經(jīng)濟價值和社會價值奠定基礎。