大孔徑裝配式鋼波紋管涵洞施工技術(shù)

鄧斌 李明俊 韋權(quán)

摘要：文章結(jié)合廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）二分部鋼波紋管涵洞工程實例，研究鋼波紋管涵洞施工技術(shù)，介紹了鋼波紋管涵洞施工工藝流程及操作要點，探討了質(zhì)量控制措施與施工成效，為大孔徑裝配式鋼波紋管涵洞的推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼波紋管涵洞；板塊拼裝；密封防水；回填；水密法

中圖分類號：U455.4A280934

0引言

隨著我國經(jīng)濟高速增長，鋼鐵工業(yè)和公路建設(shè)也得到了不斷發(fā)展，越來越多的鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)中。鋼結(jié)構(gòu)具有較好的延展性，也具有較高的抗壓和抗拉能力，鋼波紋管涵洞對比傳統(tǒng)混凝土涵洞在施工工期、工程造價、環(huán)境保護(hù)等方面更具優(yōu)勢［1］。鋼波紋管涵洞埋置于路基地下，鋼波紋管結(jié)構(gòu)的“薄殼”與回填材料共同受力，承受路基自重和車輛荷載引起的應(yīng)力應(yīng)變［2］，因此鋼波紋管涵洞施工質(zhì)量顯得尤為重要，尤其是板塊拼裝、密封防水、回填等關(guān)鍵工序控制。本文以廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）二分部鋼波紋管涵洞工程實例，研究總結(jié)鋼波紋管涵洞施工技術(shù)，為大孔徑裝配式鋼波紋管涵洞推廣應(yīng)用作參考。

1工程概況

象州至來賓高速公路二分部鋼波紋管涵洞位于馬坪北樞紐互通內(nèi)，鋼波紋管涵洞設(shè)計尺寸為3-6.5 m，涵長為75.85 m，裝配式波紋鋼管涵洞，直徑為6.5 m，波距為175 mm、波高為65 mm、壁厚為6 mm，鋼板材質(zhì)為Q355，每圓周采用6塊波紋鋼板片拼接而成，板塊之間采用M20高強螺栓緊固。波紋鋼板板寬1 225 mm，板長3 350～4 943 mm。鋼波紋板構(gòu)造和洞身斷面分別如圖1、圖2所示。鋼波紋管拼裝板塊的參數(shù)如表1所示。

2施工工藝流程及操作要點

2.1施工工藝流程

施工工藝流程如圖3所示。

2.2操作要點

2.2.1施工準(zhǔn)備

熟悉現(xiàn)場施工環(huán)境，對鋼波紋管涵施工規(guī)范、相關(guān)圖紙進(jìn)行細(xì)致的了解，掌握鋼波紋管的設(shè)計要點和重點難點。施工前做好技術(shù)交底，加強全體員工的崗前培訓(xùn)和質(zhì)量教育，提高全體人員的質(zhì)量意識。

鋼波紋管通道施工前，需進(jìn)行實地測量放樣，精確放樣處通道基礎(chǔ)位置。提前準(zhǔn)備好現(xiàn)場施工用電，需配備一臺150 kW發(fā)電機滿足施工用電。對進(jìn)場的鋼波紋管材料應(yīng)逐一、逐個組織驗收，對于扭曲變形的不予使用。

2.2.2測量放樣

對施工場地進(jìn)行平整，組織所需測量儀器由專業(yè)測量人員根據(jù)設(shè)計文件放出管涵基礎(chǔ)位置，測出原地面高程。鋼波紋管涵施工前，應(yīng)準(zhǔn)確定位出鋼波紋管涵的中心線，基坑邊坡按規(guī)范要求進(jìn)行放坡［3］。

2.2.3基坑開挖

在鋼波紋管通道位置，根據(jù)現(xiàn)場試驗檢測，其土質(zhì)屬于黏土質(zhì)礫GC，天然含水率為18.1%，最大干密度為1.82 g/cm3，最佳含水率為13.3%，液限為43.0%，塑限為17.4%，塑性指數(shù)為25.6，93區(qū)CBR為26.27%，94區(qū)CBR為29.91%，96區(qū)CBR為37.19%，土質(zhì)較好。地表面以下0.5 m主要為種植類土質(zhì)，且該工程區(qū)地處甘蔗地，地質(zhì)條件整體評價較好。

基坑開挖前根據(jù)放樣的樁位，然后拉線和用白灰撒出開挖邊界線，根據(jù)地質(zhì)情況采用相應(yīng)的開挖邊坡比例。采用挖掘機或其他大型設(shè)備開挖時，基坑開挖的土需做到即挖即運，嚴(yán)禁將廢土堆積在基坑旁邊［4］。基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高后應(yīng)進(jìn)行承載力檢測，檢測滿足要求后才能開展下一道工序。

基坑開挖坡度如表2所示，基坑檢測項目如表3所示。

2.2.4墊層施工

根據(jù)施工圖紙，鋼波紋管通道墊層設(shè)計是采用100 cm厚的碎石基礎(chǔ)+20 cm厚的砂礫墊層，通道管基在片石混凝土之上鋪設(shè)100 cm厚砂礫石墊層。管涵基坑處理完畢后，經(jīng)檢驗基地承載力、平整度、標(biāo)高、寬度合格后，方可進(jìn)行墊層施工［5］。

墊層施工過程中，采用攤鋪整平及機械整平，如一些地方機械無法整平，可以采用人工找平，再進(jìn)行壓實。壓實采用振動壓路機分層填筑、分層壓實的方法進(jìn)行，并及時進(jìn)行墊層壓實度和沉降的檢測。

2.2.5管材加工

鋼波紋管涵洞通道管材一般統(tǒng)一由標(biāo)準(zhǔn)化廠家集中生產(chǎn)，鋼波紋管在廠里加工完成，經(jīng)過嚴(yán)格的檢測合格后，方可運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行拼裝。廠家需向項目部出示營業(yè)執(zhí)照、生產(chǎn)資質(zhì)、相關(guān)材料檢查合格報告等。波紋管在制造過程中的檢驗如下：

（1）波紋管容許有輕微的模痕，不得有大于鋼板厚度負(fù)偏差的劃痕、凹坑或者凹凸不平。波紋管的波高、波距、波紋總長的尺寸公差應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)范要求。

（2）波紋管兩端口平面應(yīng)與主軸線垂直，垂直度偏差為公稱通徑的1%。鋅層厚度≥63 μm；平均厚度＞84 μm，且鍍鋅層均勻無漏鍍現(xiàn)象。沖邊孔及端孔過程中要注意核查孔的位置，應(yīng)清理干凈鐵屑、毛刺。管材加工需要嚴(yán)格檢驗，細(xì)分到每一個步驟，不合格管材嚴(yán)禁出廠。鋼波紋管運輸?shù)浆F(xiàn)場后，項目派專門質(zhì)檢工程師對管材進(jìn)行檢驗，檢測運輸過程中可能對管材造成的劃痕或者碰撞變形等。

2.2.6管節(jié)拼裝、安裝

本鋼波紋管涵洞采用波距為175 mm，波高為65 mm，合理的波高和波距需要通過深化設(shè)計，綜合考慮應(yīng)力與變形特征選取。同時其可以有利于應(yīng)力分散，以及減少相同荷載情況下的豎向變形。鋼波紋管涵洞的每塊鋼波紋板采用每波4個高強螺栓擰緊，與小孔徑鋼波紋板每波只有2個高強螺栓相比，本鋼波紋管涵洞板塊拼裝難度更大，尤其是對高強螺栓的扭矩、擰緊順序的要求更高［6］。

鋼波紋管管節(jié)拼裝前應(yīng)檢查驗收基礎(chǔ)各項指標(biāo)，滿足驗收標(biāo)準(zhǔn)才可進(jìn)行安裝作業(yè)。根據(jù)施工圖設(shè)計，鋼波紋管每周由6片波紋鋼板組成，波紋鋼板圓周方向長度分別為12 N、12 N、12 N、18 N、12 N、12 N（N為軸向孔距）。鋼波紋管分片拼裝鋼制波紋管周向連接如圖4所示。

2.2.6.1立圈定位

先拼裝第一圈波紋板，在施工現(xiàn)場安裝第一圈波紋板時，可以豎向安裝板片，安裝完第一圈后，再將第一圈吊裝到相應(yīng)的軸線上，并進(jìn)行臨時固定，以防鋼波紋管移動（圖5）。

2.2.6.2鋼波紋板塊拼裝

本鋼波紋管涵洞直徑為6.5 m，孔徑大，拼裝過程屬于高空作業(yè)施工，板塊拼裝需要采用汽車吊配合。板塊拼裝前需要在鋼波紋管內(nèi)外側(cè)搭設(shè)好作業(yè)平臺。如果在板塊拼裝過程中高強螺栓擰緊順序不正確，很容易造成板塊翹邊，影響高強螺栓安裝質(zhì)量，所以鋼波紋板塊拼裝過程中的高強螺栓安裝應(yīng)先擰緊中央螺栓，再依次向兩側(cè)對稱擰緊其他螺栓［7］。板塊拼裝高強螺栓擰緊順序示意如圖6所示。

2.2.6.3高強螺栓安裝

第一步：預(yù)緊。

采用人工手動將螺栓預(yù)緊。預(yù)緊過程需要把螺帽及墊圈旋進(jìn)到鋼波紋板塊處，墊圈及螺帽緊貼在鋼波紋板即可，避免墊圈在鋼板與螺帽之間有活動的空間。預(yù)緊后墊圈應(yīng)緊貼在鋼波紋板且無傾斜。

第二步：初擰。

高強螺栓扭矩按照式（1）計算：

本次鋼波紋管施工采用性能等級為10.9S的M20高強螺栓。如表4所示得設(shè)計預(yù)拉力為155 kN，螺栓公稱直徑為20 mm，代入式（1）得：

M=K×D×P=0.110×20×10-3×155×10-3=341 N·m

初擰扭矩要達(dá)到終擰的30%～40%［8］。初擰控制最小扭矩為0.3×341=102.3 N·m，初擰控制最大扭矩為0.4×341=136.4 N·m，所以初擰扭矩控制在102.3～136.4 N·m。

第三步：終擰。

終擰達(dá)到設(shè)計扭矩的100%，即為341 N·m，扭矩控制為允許范圍內(nèi)。

2.2.6.4密封防水

在拼裝過程中，所有板與板搭接的板縫和高強螺栓連接處通過專用膠槍注、涂密封膠填封，保證鋼波紋管整體密封性能。

由一名專業(yè)人員涂抹密封膠，防止遺漏。在密封膠施工前應(yīng)對板縫拼接處進(jìn)行清理，板縫間隙涂抹應(yīng)飽滿、連續(xù)。

管內(nèi)側(cè)以及管的外側(cè)板縫都要進(jìn)行涂抹，保證鋼波紋管密封效果。

2.2.7鋼波紋管整體防腐處理

鋼波紋管板塊拼裝成整體后，需在鋼波紋管內(nèi)、外側(cè)管壁噴涂乳化瀝青，以加強鋼波紋管涵洞的防腐能力［9］。鋼波紋圓管的內(nèi)、外側(cè)管壁，在回填前應(yīng)噴涂乳化瀝青兩遍，總厚度應(yīng)≥1.8 mm。噴涂過程中以涂抹均勻光滑、連續(xù)，無肉眼可分辨的孔隙、裂縫、脫皮及其他缺陷為佳。

2.2.8涵背回填

由于鋼波紋管為圓形結(jié)構(gòu)，圓管下方三角區(qū)難以使用大型機械開展回填作業(yè)，且圓管下方三角區(qū)密實度很重要。圓管下方三角區(qū)部位應(yīng)采用小型機具夯實或者采用人工夯實配合“水密法”的方式分層回填施工，保證圓管下方三角區(qū)部位的回填質(zhì)量。

“水密法”回填施工工序為：基底清理→設(shè)置排水系統(tǒng)→材料分層攤鋪整平→注水滲透→檢測驗收→下一層回填。

回填應(yīng)采用內(nèi)摩擦角大、材質(zhì)均勻的砂礫、砂等材料，楔形部位區(qū)域回填采用粒徑＜40 mm的砂礫、粗砂。管涵兩側(cè)及涵頂采用粒徑＜80 mm的級配碎石，確?；靥钯|(zhì)量。

填筑前應(yīng)在鋼波紋管兩側(cè)端墻底部埋設(shè)帶過濾層且直徑≥10 cm的PVC管，以利于排水和密實。排水管應(yīng)與排水溝或臨時排水設(shè)施連通。注水方向應(yīng)與鋼波紋管基底橫坡順坡排水方向一致，由高向低移動，最后完成密實。

一層填筑完成后，應(yīng)進(jìn)行壓實度檢測，每層厚度為15 cm，壓實度滿足規(guī)范要求（≥96％），完成一層填筑并驗收合格后，方可進(jìn)行下一層施工。填筑必須對稱進(jìn)行，避免不均勻填筑對管身造成不均勻受力。施工現(xiàn)場宜配置一臺長臂鉤機，方便把回填材料運送到圓管下方三角區(qū)。

3質(zhì)量控制

（1）鋼波紋管涵洞施工所需的鋼波紋板及高強螺栓鋼材必須具備符合要求的出廠質(zhì)量證明書，現(xiàn)場抽檢尺寸以及外觀質(zhì)量應(yīng)完整，無破損。按規(guī)定及時對回填材料壓碎指標(biāo)、立方體強度等進(jìn)行試驗；對砂必須進(jìn)行細(xì)度模數(shù)、含泥量等試驗。所需材料必須經(jīng)過試驗檢測合格后方可運輸至現(xiàn)場施工［10］。

（2）鋼波紋管拼裝過程中應(yīng)每拼裝3塊板（即3.6 m）就要對截面尺寸、形狀及鋼波紋管軸線位置進(jìn)行復(fù)核。截面尺寸偏差應(yīng)在允許變形范圍-1%D～1%D（D為管的直徑），如截面變形超過變形范圍時，應(yīng)立即終止施工并查明原因，采取相應(yīng)措施控制變形量。

（3）鋼波紋管安裝過程中高強螺栓擰緊應(yīng)分為預(yù)緊、初擰、終擰三個步驟［11］。

（4）高強螺栓擰緊應(yīng)先擰緊中央螺栓，再依次向兩側(cè)對稱擰緊其他螺栓。

4施工成效

象州至來賓高速公路二分部鋼波紋管涵洞施工，通過對施工過程中的把控及采取相應(yīng)的控制措施，保證了施工質(zhì)量，取得了良好的施工效果。鋼波紋管涵洞未出現(xiàn)明顯的滲水、變形及位移現(xiàn)象，涵洞排水暢通，后續(xù)的路基施工未出現(xiàn)明顯的下沉，路基穩(wěn)定，能夠達(dá)到設(shè)計要求，并一次性通過竣工驗收。尤其在施工工期方面，鋼波紋管重量輕、分片安裝體積小，易于現(xiàn)場運輸、安裝，相比傳統(tǒng)混凝土涵洞可節(jié)省現(xiàn)澆混凝土及養(yǎng)護(hù)過程所需的時間，施工進(jìn)度更快，有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。鋼波紋管涵洞與同尺寸鋼筋混凝土涵洞造價對比如表4所示。

5結(jié)語

鋼波紋管涵洞作為鋼結(jié)構(gòu)的一種，具有特有的特點及優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的混凝土涵洞相比，其施工進(jìn)度快，適應(yīng)沉降、變形能力強，同時在很大的程度上減少了水泥、砂、石子等材料的應(yīng)用，對環(huán)境保護(hù)起了積極作用。在日趨嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)形勢下，鋼結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文以象州至來賓段高速公路鋼波紋管涵洞為例，介紹了鋼波紋管涵洞的應(yīng)用技術(shù)，可為同類工程施工提供參考。

參考文獻(xiàn)［1］JTG/T 3650-2020，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］王勛，胡濱，梁養(yǎng)輝，等.公路鋼波紋管通道施工技術(shù)研究［J］.山東交通科技，2019（2）：35-37.

［3］孔陸敏.公路鋼波紋管涵洞的連接與拼裝施工控制技術(shù)［J］.四川水泥，2018（7）：132.

［4］王浩，方祺.淺談大孔徑鋼波紋管涵洞的施工工藝及質(zhì)量控制要點［J］.公路，2018，63（10）：63-66.

［5］潘青，張清照，周圓媛，等.鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土管涵的可行性探究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2018，55（S2）：1 051-1 057.

［6］王智文.鋼波紋管在公路涵洞中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2018，44（33）：100-101.

［7］沈慶娥，馬光飛，趙容浩，等.鋼波紋管涵在山區(qū)高速公路中的應(yīng)用［J］.公路，2018，63（10）：101-104.

［8］李妍.鋼波紋管涵在高填方路基中的應(yīng)用［J］.交通世界，2021（15）：21-22.

［9］解青松，武傳龍.鋼波紋管涵洞在公路施工中的應(yīng)用［J］.交通世界，2021（14）：143-144.

［10］ 徐平，羅小祺，郭玉娟，等.填方區(qū)域的鋼波紋管涵洞施工技術(shù)研究［J］.建筑技術(shù)，2020，51（10）：1 176-1 178.

［11］楊正偉.公路工程中超大直徑鋼波紋管涵的施工技術(shù)［J］.建材與裝飾，2018（9）：260-261.

作者簡介：鄧斌（1995—），助理工程師，主要從事橋梁工程施工技術(shù)工作。