門雪峰/中交一公局海威工程建設(shè)有限公司

關(guān)于山區(qū)公路采用鋼波紋管涵施工的應(yīng)用研究

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鋼波紋管涵洞是一種帶軸向波紋的圓柱形薄壁彈性殼體結(jié)構(gòu)，具有良好的抗拉、抗剪和抗疲勞能力，由于軸向波紋的存在，荷載的應(yīng)力集中可以分散更大，并且通過(guò)管－土共同作用體系，可以將涵管頂部的土壓力更加有效的分散到管身周圍的土體當(dāng)中，這在山區(qū)公路尤其是高填方地段效果尤為明顯。本文結(jié)合某公路中鋼波紋管涵工程實(shí)例，從施工的主要環(huán)節(jié)介紹了山區(qū)大直徑鋼波紋管涵的施工工藝及施工技術(shù)，并說(shuō)明了鋼波紋管涵的優(yōu)越性。

山區(qū)公路；鋼波紋管涵；施工應(yīng)用

前言

近年來(lái)，鋼波紋鋼管涵在公路領(lǐng)域又重新得到重視和應(yīng)用，并且其應(yīng)用前景將愈來(lái)愈寬廣，但是關(guān)于其受力特征、防腐性能及設(shè)計(jì)方法和施工控制技術(shù)方面的系統(tǒng)研究尚未開展。我國(guó)在關(guān)于大孔徑公路鋼波紋管涵洞應(yīng)用方面已開展了部分研究工作，并初步研究大孔徑波紋管涵洞的受力特征。

一、鋼波紋管涵簡(jiǎn)介

金屬波紋管涵作為一種涵洞形式，是由波紋狀管或由波紋狀板通過(guò)連接、拼裝而成的。能夠替代蓋板涵、圓管涵、拱涵和小橋發(fā)揮作用，是一種新型的優(yōu)質(zhì)公路建材。造成公路涵洞破壞的原因有很多種，不均勻沉降是一個(gè)重要原因。金屬波紋涵管有橢圓形、圓形、半圓形等，進(jìn)出口也可按照邊坡比例做成斜口，加工波紋管管徑范圍0.5～8m，管壁厚度為3～8mm，能夠滿足填±0.5m～40m厚的需要。由于鋼波紋管涵具有很多的優(yōu)勢(shì)，比如施工工期短、工程造價(jià)低、安裝方便、抗變形能力強(qiáng)、重量輕、耐久性好、通車后養(yǎng)護(hù)成本低等，所以采用高強(qiáng)度的鋼波紋管涵洞，不僅可以有效解決由于地基基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致的涵洞破壞問題，還能夠使金屬波紋管涵洞具有優(yōu)良的受力特征，軸向和徑向同時(shí)分散、補(bǔ)償因荷載引起的應(yīng)力應(yīng)變，把集中在荷載上的應(yīng)力最大限度的分散開，使鋼結(jié)構(gòu)的作用充分的發(fā)揮出來(lái)，特別是在濕陷性黃土高寒凍土、軟土、膨脹土等地帶，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

二、鋼波紋管涵工程概況及施工方案

某公路中貴州某二級(jí)路改擴(kuò)建k11+707鋼波紋管涵洞的位置屬于構(gòu)造剝蝕低山-丘陵區(qū)，涵洞處在沖溝內(nèi)，其主要用于山區(qū)雨季排水，原地面路基橫向高差近10m，該處路基采用半填半挖方式，右側(cè)基底為強(qiáng)化風(fēng)化麻巖，左側(cè)為梯田，地質(zhì)變化較大?？紤]到此處地質(zhì)地形的復(fù)雜性，采用鋼波紋管涵洞，管涵涵長(zhǎng)為62m，涵洞軸線與路中線夾角為65°，涵洞中心填土高度為8.59m，管涵直徑為5m。涵洞采用1.2m的級(jí)配碎石石作為基礎(chǔ)墊層，臺(tái)背回填采用當(dāng)?shù)睾由?，分層?duì)稱夯實(shí)，相對(duì)密度達(dá)到95%。貴州某二級(jí)路改擴(kuò)建k11+707鋼波紋管涵洞工程現(xiàn)場(chǎng)該涵洞工程采用人工配合機(jī)械進(jìn)行坑槽開挖，基底換填處理采用水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石墊層，管片采用環(huán)向拼裝與縱向拼裝相結(jié)合的拼裝方法，管節(jié)之間采用高強(qiáng)螺栓緊固，接縫處采用密封膠密封，鋼波紋管采用涂刷熱瀝青防水層和C25細(xì)石混凝土的防腐措施，涵背回填通過(guò)人工配合機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)。其中，施工關(guān)鍵技術(shù)在于涵洞基礎(chǔ)換填施工技術(shù)、波紋管涵背回填施工技術(shù)和鋼波紋管端頭施工技術(shù)。

三、鋼波紋管涵施工工藝

鋼波紋管涵洞施工工序主要包括施工放樣、坑槽開挖、地基承載力檢測(cè)、地基處理、管節(jié)安裝、檢查管涵底縱坡、管涵內(nèi)及兩端布置交叉支撐、管身楔形部位及涵背回填、管涵頂鋪設(shè)土工格柵、波紋管涵頂回填、檢測(cè)壓實(shí)度、洞口鋪砌及端頭處理等?；趪?guó)內(nèi)的鋼波紋管涵現(xiàn)有施工技術(shù)相關(guān)成果，結(jié)合貴州某二級(jí)路改擴(kuò)建k11+707鋼波紋管涵工程施工經(jīng)驗(yàn)，提出鋼波紋管涵合理的施工工藝。

1.基坑開挖。

在進(jìn)行基坑開挖作業(yè)的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)作業(yè)質(zhì)量以及效率的提高，一般采用人工配合挖掘機(jī)的方法進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。此外，在作業(yè)過(guò)程中，為了確保作業(yè)安全，避免坑壁坍塌而引起的安全事故，需要作業(yè)人員將基坑挖掘過(guò)程中產(chǎn)生的棄土堆放在距離基坑1 m以外的地區(qū)或者直接裝車運(yùn)走。

在實(shí)際的開挖作業(yè)過(guò)程中，根據(jù)基坑開挖深度及長(zhǎng)度選擇合理的開挖方式。如為新建涵洞且不受行車影響的，可一次性開挖完畢，開挖時(shí)一般采用汽車配合挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)，直到挖掘至設(shè)計(jì)標(biāo)高，局部挖不到及松散部分再采用人工挖掘。如為新建或者接長(zhǎng)涵洞且受行車影響的，可采取半幅施工半幅通行方式開挖，開挖時(shí)一般采用汽車配合挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)，直到挖掘至設(shè)計(jì)標(biāo)高，局部挖不到及松散部分再采用人工挖掘。挖掘時(shí)要注意保通及行車安全。

2.測(cè)量放樣。

為了確保鋼波紋管涵施工的效率以及質(zhì)量。在實(shí)際施工之前，需要測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量放樣作業(yè)。在這一過(guò)程中，一方面需要技術(shù)人員對(duì)鋼波紋管涵的中心以及縱橫軸線進(jìn)行確定，另一方面還需要做好護(hù)樁措施，提高工程建設(shè)的質(zhì)量。再者就是在進(jìn)行放坡作業(yè)環(huán)節(jié)過(guò)程中，需要按照1：1的比例進(jìn)行相關(guān)的作業(yè)操作。

3.基礎(chǔ)墊層施工。

在進(jìn)行基礎(chǔ)墊層施工作業(yè)的過(guò)程中，需要相關(guān)的作業(yè)人員按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行。在這一過(guò)程中，需要作業(yè)人員對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整以及整理，同時(shí)將所需的建筑材料運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，從而方便施工，提高施工效率。在實(shí)際作業(yè)的過(guò)程中，需要施工技術(shù)人員借助壓路機(jī)對(duì)基底進(jìn)行碾壓。

采用SPSS 25.0軟件分析數(shù)據(jù),計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,組間比較采用t檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用X2檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

此外，施工人員在進(jìn)行級(jí)配碎石分層換填的過(guò)程中，需要確保厚度達(dá)到20 cm，而壓實(shí)度則要大于96%。

4.管身安裝。

在進(jìn)行管身安裝的過(guò)程中，需要作業(yè)人員按照下述的五大步驟進(jìn)行作業(yè)。

一是是在實(shí)際作業(yè)之前，需要相關(guān)人員確定鋼波紋管涵的軸線以及進(jìn)、出水口的位置，并在實(shí)際作業(yè)的過(guò)程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)要求進(jìn)行。

二是在安裝的過(guò)程中一般采取縱向連接的方式進(jìn)行安裝，并在安裝的過(guò)程中對(duì)管節(jié)的圓度以及位置進(jìn)行校正作業(yè)。

三是在實(shí)際的管身安裝作業(yè)過(guò)程中，若管節(jié)出現(xiàn)了不同程度的偏差，需要施工人員借助千斤頂對(duì)管節(jié)進(jìn)行糾偏，不僅如此，在實(shí)際的安裝過(guò)程中，還需要確保管涵貼著級(jí)配碎石墊層進(jìn)行鋪設(shè)，繼而以此實(shí)現(xiàn)管身受力的均勻，提高工程建設(shè)的質(zhì)量。

四是在管涵安裝完畢之后，需要施工人員確保施工環(huán)節(jié)是否符合設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)要求，并對(duì)管身的拼縫處進(jìn)行密封操作，防止管道泄漏。

五是在實(shí)際的作業(yè)過(guò)程中，為了增強(qiáng)管涵的防腐性，需要相關(guān)的作業(yè)人員在管壁外側(cè)涂抹上瀝青和石油的拌合物。

5.鋼波紋管涵背回填技術(shù)。

⑴臺(tái)背回填時(shí)應(yīng)分層填筑、壓實(shí)，壓實(shí)后每層的厚度為20cm，且相對(duì)密實(shí)度必須達(dá)到95%才可以填筑下一層。涵管兩側(cè)要求同步對(duì)稱填筑，兩側(cè)回填土的高差不超過(guò)30cm。

⑵學(xué)者試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐證明，鋼波紋管涵周邊土體產(chǎn)生應(yīng)力最大的地方在管涵兩側(cè)斜上和斜下部位，因此，鋼波紋管涵兩側(cè)和楔形部位的回填要特別注意，避免因填土不密實(shí)或局部存在大石塊直接作用于管體出現(xiàn)的局部變形較大或局部凸起現(xiàn)象，提前消除安全隱患。

⑶在管涵底部楔形位置和兩側(cè)回填土?xí)r，需要通過(guò)水密法、人工振搗和機(jī)械壓實(shí)配合使用的方式進(jìn)行密實(shí)；在管涵頂部填土?xí)r，應(yīng)在鋼波紋管內(nèi)部采用槽鋼和方木布置交叉支撐，然后在整個(gè)涵洞頂面鋪設(shè)土工格柵，從而保證涵洞填土壓力均勻。

6.鋼波紋管端頭施工技術(shù)。

⑴鋼波紋管涵端頭位置的構(gòu)筑物應(yīng)在管體回填完成后進(jìn)行，否則構(gòu)筑物墻體易開裂。管涵洞口一般采用端墻形式或與路基邊坡同坡率的斜口形式，且要求錯(cuò)縫砌筑，不能出現(xiàn)豎縫和通縫。

⑵鋼波紋管端頭位置承受豎向變形的能力較為薄弱，在澆筑臺(tái)帽及洞口附屬工程混凝土前，需要對(duì)管涵端頭進(jìn)行支撐穩(wěn)固處理，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%以上后再拆除支撐桿件。

⑶根據(jù)管涵位置地形、地質(zhì)及流水狀況，在管涵端頭施工中，應(yīng)在涵洞進(jìn)口處做好截水墻和洞口鋪砌，鋪砌的混凝土必須與端頭波紋管壁銜接密實(shí)，防止流水滲入管涵底部。

7.鋼波紋管防腐處理技術(shù)。

⑴鋼波紋管涵施工、回填土前，必須采取相關(guān)的防腐措施，要在管壁內(nèi)外側(cè)涂刷兩道熱瀝青或是乳化瀝青防水層，等到瀝青涂料風(fēng)干后方可進(jìn)行回填。涂刷效果以管壁內(nèi)外被均勻地涂成了黑管即可，涂層應(yīng)均勻光滑，無(wú)可見空隙、脫皮等缺陷。

⑵多雨山區(qū)地表水流湍急，降雨沖刷嚴(yán)重，對(duì)于腐蝕及沖刷較嚴(yán)重的管涵，除在管壁內(nèi)外涂刷兩道熱瀝青防水層外，在管內(nèi)外壁涂抹一層C25細(xì)石混凝土，能加強(qiáng)管涵受水流沖刷的能力。

四、結(jié)語(yǔ)

(1)鋼波紋管涵洞拼裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行防水處理，采用防水帶并涂抹防水膠，地基處理采用換填級(jí)配碎石，施工時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)管涵的整體沉降。楔形部位回填時(shí)，當(dāng)采用沙礫回填，需人工振搗，且沙礫密實(shí)穩(wěn)定后，方可進(jìn)行側(cè)面回填，以免由于回填不實(shí)而引起管涵變形。(2)鋼波紋管涵洞由于其柔性結(jié)構(gòu)，對(duì)地基要求低，施工完成后與周圍土體形成拱體結(jié)構(gòu)共同承受荷載的特點(diǎn)，解決了混凝土涵洞所產(chǎn)生的不均勻沉降及橋(涵)頭跳車難題。(3)鋼波紋管涵洞的應(yīng)用，節(jié)約了大量的石材、水泥，同時(shí)大幅度縮短了建設(shè)工期，避免了混凝土施工及后期拆除對(duì)環(huán)境造成的破壞，可回收利用率高，減少了養(yǎng)護(hù)成本，有利于消除我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)能過(guò)剩，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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