胡順青 中冶西澳礦業(yè)有限公司

大型鋁合金波紋涵管施工技術(shù)

胡順青 中冶西澳礦業(yè)有限公司

西澳中國鐵礦(Sino Iron)項(xiàng)目堤道(Causeway)工程，總長約為3500米，其中間段橋梁約121米，橋梁兩側(cè)位于灘涂上的連接正式道路與橋梁的部分即為堤道；堤道路基寬度為72. 646米，其中安裝了7根72.646米長橫向大型鋁合金波紋涵管，涵管斷面為橢圓型。本文主要介紹了大型鋁合金波紋涵管施工安裝新技術(shù)，它成功地實(shí)現(xiàn)了根據(jù)潮汐變化進(jìn)行鋁合金涵管的地基處理和安裝，并且鋁合金涵管安裝后滿足澳洲環(huán)境要求，保持原來的河流走向不改變；解決了施工中鋁合金涵管地基挖方出的酸性土處理、軟地基處理、混凝土固定鋁合金涵管底部、鋁合金涵管周圍石料回填壓實(shí)以及鋁合金涵管施工完成后承載2000噸磨機(jī)整體模塊及運(yùn)輸車輛的技術(shù)難題。

潮汐;鋁合金波紋涵管;酸性土;軟地基

1 、工程概況

西澳中國鐵礦(Sino Iron)項(xiàng)目位于澳大利亞西北部皮爾巴拉區(qū)鄰近Fortescue河河口區(qū)的CAPE PRESTON，距西澳首府珀斯(Perth)約1200公里。堤道工程是本項(xiàng)目的一個子項(xiàng)工程，堤道承建在天然沖積而成的灘涂區(qū)域，起著連接從南端南北道路至港口南北道路的重要作用。

堤道灘涂區(qū)域每月分別有漲潮期和退潮期，其中漲潮期14天。灘涂區(qū)域生長著珍貴的紅樹林，此植被是鳥類與魚類棲居的場所，而且此灘涂區(qū)域在漲潮時河流流向?qū)τ谥脖灰卜浅Ｖ匾?；堤道灘涂兩?cè)遺留有先前土著居民的遺跡，施工時均需滿足澳洲相關(guān)的安全、環(huán)境、遺跡法律法規(guī)，既不能改變潮汐的流向，也不能影響紅樹林的生長，遺跡則需經(jīng)土著居民的指認(rèn)后，由政府許可的遺跡部門進(jìn)行遷移處置。

2 、設(shè)計(jì)原則及概況

堤道總長約為3500米，路基寬度為72. 646米，為了保持原來的河流走向不改變，根據(jù)現(xiàn)場潮汐水流的方向和地形狀況，經(jīng)過計(jì)算水流通水能力和環(huán)境評估，堤道設(shè)計(jì)選擇建設(shè)7個涵管。本項(xiàng)目通過從通水能力、施工方法、承載力及節(jié)約成本等各方面綜合考慮，并與使用能滿足功能的混凝土涵管和鋼制涵管進(jìn)行多方案對比，最終選擇了具有工期短、重量輕、安裝方便、耐久性好、工程造價低、抗變形能力強(qiáng)、通車后養(yǎng)護(hù)成本較低的大型鋁合金波紋涵管方案。鋁合金波紋涵管長72.646米，斷面為橢圓形，長軸3.375米、短軸2.2米。每根涵管由212片弧形鋁合金板組成，其中橫斷面方向由4片2種結(jié)構(gòu)類型的弧形鋁合金板組成，通過承載力的驗(yàn)算，在長軸方向，根據(jù)路面的通行寬度，采用具有動荷載和無動荷載兩種受力計(jì)算設(shè)計(jì)，以減少原材料用量，降低造價?；⌒武X合金板間均是采用螺栓連接，縱向涵管分4段組裝后進(jìn)行吊裝安放于槽位。

大型鋁制波紋涵管底部軟土采用直徑100mm～300mm的塊石換填，換填后干密度需達(dá)到98%，涵管底部兩側(cè)采用混凝土澆筑為砼側(cè)墻以固定涵管，砼側(cè)墻及涵管周圍采用土加回填鋪，干密度需達(dá)到98%，見如下剖面圖1，涵管縱向根據(jù)最終路面承載力的不同分四段采用螺栓連接組成，涵管管壁有3.18mm和6.35mm兩種不同厚度的結(jié)構(gòu)類型，弧形板長度有1.3716米、0.9144米、0.4572米不同類型，通車段采用6.35mm厚鋁合金涵管，見如下剖面圖1中C段，以便通車段承載力達(dá)2000噸磨機(jī)整體模塊及運(yùn)輸車輛通行。

圖1 大型鋁合金波紋涵管剖面

3 、主要施工方法及技術(shù)措施

大型鋁合金波紋涵管的安裝實(shí)現(xiàn)了常年潮汐泥灘軟地基的處理、鋁合金涵管的拼裝和防腐、鋁合金涵管的吊裝和固定、鋁合金涵管安裝后保持原有的河流走向不改變、石料回填壓實(shí)后滿足2000噸磨機(jī)整體模塊及運(yùn)輸車輛通行等施工新技術(shù)。

大型鋁合金涵管的施工工序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→測量放樣→基底開挖→基底處理→石料回填→鋪設(shè)土工布→整管節(jié)拼裝連接→涵管外側(cè)底部澆筑土固定→涵管背部回填→成品檢測和驗(yàn)收。

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

3.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備：

熟悉相關(guān)規(guī)范、圖紙，掌握大型鋁合金波紋涵管的設(shè)計(jì)要求。

審閱鋁合金波紋涵管安裝方案、安全方案、交通管理計(jì)劃和風(fēng)險分析等文件，在施工前保證這些方案計(jì)劃核批完畢。

審閱清理動土許可批準(zhǔn)件，查閱西澳大利亞相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，審核施工組織設(shè)計(jì)中已明確的鋁合金波紋涵管的專業(yè)施工流程。

3.1.2 材料堆場的準(zhǔn)備：

按照澳洲環(huán)境要求提前準(zhǔn)備石灰材料和酸性土中和場地，并將此場地進(jìn)行安全標(biāo)志和圍護(hù)，以便酸性土挖方后進(jìn)行中和處理；軟地基處理換填用的直徑為100mm～300mm塊石堆場的準(zhǔn)備；鋁合金波紋涵管運(yùn)輸至現(xiàn)場為片狀，現(xiàn)場需整理出鋁合金波紋涵管的組裝場地。

3.1.3 成品和材料準(zhǔn)備：

鋁合金波紋涵管和高強(qiáng)度螺栓的規(guī)格、數(shù)量，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按長度分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合施工實(shí)際需要進(jìn)行采購。核對鋁合金波紋涵管和高強(qiáng)度螺栓產(chǎn)品的質(zhì)量合格證明文件及檢驗(yàn)報告。

鋁合金波紋涵管安裝工程實(shí)體所需其他材料，如：換填用直徑為100mm～300mm塊石、不同規(guī)格的填鋪石料、商品混凝土、混凝土預(yù)制塊的準(zhǔn)備；涵管安裝施工臨時設(shè)施，如：平板壓實(shí)器、抽水泵、臨時PVC排水管、酸性土試驗(yàn)用具、遮陽布、防曬用品、木質(zhì)標(biāo)樁、鋼制標(biāo)樁、噴顏料器、切割鋸、大剪刀、鋼尺、麻袋、白石灰等材料的準(zhǔn)備。

3.1.4 人員和施工機(jī)械準(zhǔn)備：

機(jī)械設(shè)備的操作員9名，鋪設(shè)土工布的人員15名，施工主管1名，施工監(jiān)理人員2名，工程師2名，質(zhì)量工程師1名，安全工程師1名。

施工機(jī)械準(zhǔn)備：15噸挖機(jī)3臺，6輪車6輛，35噸吊車2臺，叉車1輛，輕型水車1輛，降水設(shè)備一組。

3.2 安裝鋁合金波紋涵管位置進(jìn)行測量放線，并在堤道兩側(cè)修筑臨時通道，以便正常的施工車輛通行。

3.3 大型鋁合金涵管軟地基的開挖和處理

涵管軟地基的處理采用了基槽石塊換填和石灰中和酸性土的施工新技術(shù)。

將灘涂處施工范圍內(nèi)植被進(jìn)行切割施工，直接順放置于灘涂上，預(yù)留堤道中心線部位約30米作為施工臨時通道，先行開挖此臨時通道兩側(cè)的溝槽，并進(jìn)行土工布的鋪設(shè)和涵管底石料填鋪的施工，期間采用臨時的PVC管進(jìn)行潮汐排水；同時，在堤道兩側(cè)另行施工臨時側(cè)通道，保證堤道中間約30米臨時通道開挖和石料填鋪時的道路通暢、施工設(shè)備的交通通暢與安全以及堤道向前可持續(xù)施工。

對于涵管基槽的開挖，將出現(xiàn)帶酸性的泥土質(zhì)與基槽滲出水。對于基槽滲出的水現(xiàn)場采取抽水式水泵進(jìn)行抽??；對于酸性的泥土根據(jù)澳大利亞環(huán)境管理辦法與相關(guān)法律法規(guī)，酸性土不可以直接丟棄在廢料場或其他地方，必須經(jīng)過酸性土的中和處理，酸堿度適中后才可以丟棄，故對于酸性土的處理必須請專門的土壤鑒別工程師使用白石灰進(jìn)行酸堿中和試驗(yàn)，在堆場區(qū)域用白石灰覆蓋表面，將挖出的酸性土傾倒在其表面上，并按照要求摻和白石灰，待土壤酸堿適宜后，再行傾倒在指定的位置。

另外，由于涵管地基多為軟地基，并且經(jīng)常有潮汐，需對涵管基底進(jìn)行換填施工。將原有的天然泥土挖除，并使用直徑100mm～300mm的石塊進(jìn)行換填施工，換填厚度要求為1.2米，但基槽開挖后出現(xiàn)石質(zhì)地質(zhì)條件，則適當(dāng)減少換填厚度。換填施工時每500mm厚需進(jìn)行壓實(shí)處理，本項(xiàng)目采用的壓實(shí)設(shè)備為20噸的履帶式挖機(jī)。

3.4 大型鋁合金波紋涵管的安裝

大型鋁合金波紋涵管的安裝采用了預(yù)制混凝土塊固定和涵管外側(cè)底部現(xiàn)澆混凝土的固定以及堤道工程填充石料的分層鋪設(shè)與夯實(shí)的施工新技術(shù)。

堤道工程共需鋪設(shè)7根72.646米長大型鋁合金波紋涵管，涵管在完成拼裝后，由人工進(jìn)入其內(nèi)進(jìn)行側(cè)壁防腐，即噴涂兩遍瀝青涂層，以避免酸性土的腐蝕。

大型鋁合金涵管基底石塊換填完后，采用堤道結(jié)構(gòu)填充石料的進(jìn)行500mm厚的鋪設(shè)并分兩層夯實(shí)施工，再在其上鋪設(shè)高強(qiáng)度土工織物（WX800/50）3層；接下來即可進(jìn)行涵管的吊裝鋪設(shè)施工，分別將四段拼裝好的鋁合金涵管吊裝至安裝位置，每段之間采用高強(qiáng)度螺栓連接，每安裝一節(jié)，對應(yīng)調(diào)整管涵中心線位置，保證管涵的平面位置符合圖紙及規(guī)范要求。

管涵吊裝至安裝位置后，進(jìn)行管涵底部兩邊外側(cè)支模，采用預(yù)制混凝土配重塊支撐模板，并通拉繩聯(lián)系大型鋁合金涵管兩側(cè)的砼配重塊勒緊固定涵管，采用N20商品混凝土一次性澆筑完成涵管與模板間現(xiàn)澆砼側(cè)墻。

待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行管涵兩側(cè)和頂部結(jié)構(gòu)石料分層填鋪壓實(shí)施工(現(xiàn)場施工照片圖2、3、4、5)。

3.5 大型鋁合金波紋涵管上部結(jié)構(gòu)施工

大型鋁質(zhì)涵管上部結(jié)構(gòu)層為：含黏土的選擇填充石料（Select fill）填底層，填鋪厚度200mm；含黏土的底基層石料（Subbase），填鋪厚度150mm；含黏土的基層石料（Base-course），填鋪厚度150mm；表層黏結(jié)料，20mm瀝青層現(xiàn)場噴灑。由于上部結(jié)構(gòu)層均為含黏土的石料，故經(jīng)每層分層、攤鋪、壓實(shí)后堤道路面已較光滑、平坦，即堤道鋁合金涵管安裝達(dá)到通車的條件，并且堤道鋁合金涵管安裝后最大荷載按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求可滿足沿道路方向每軸線輪壓承載83. 8 K N，垂直道路方向每軸線承載1 3 4 0.7 KN，滿足運(yùn)輸2000噸磨機(jī)整體模塊運(yùn)輸通過（見圖6）。

圖6 達(dá)到2000噸整體模塊及運(yùn)輸車輛通車條件施工圖

結(jié)束語

堤道大型鋁合金波紋涵管由于在施工中嚴(yán)格按照澳洲的安全和環(huán)境要求以及施工方案進(jìn)行，施工準(zhǔn)備及控制措施到位，并且在施工中采用了基槽石塊換填和石灰中和酸性土的施工新技術(shù)；鋁合金波紋涵管的拼裝和防腐、預(yù)制混凝土塊和涵管底部現(xiàn)澆混凝土的固定以及堤道結(jié)構(gòu)填充石料的分層鋪設(shè)與夯實(shí)的施工新技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了保持原有的生態(tài)環(huán)境和河流走向不改變，滿足2000噸磨機(jī)整體模塊及運(yùn)輸車輛通行條件，為項(xiàng)目接下來的大型模塊化包括磨機(jī)整體模塊運(yùn)輸?shù)於嘶A(chǔ)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.14.022

胡順青，男，1974年2月13日出生，工作單位：中冶西澳礦業(yè)有限公司，土木工程師，研究方向：土木工程和國際工程商務(wù)合同。