李敬中
(中交一航局西南工程有限公司,廣西玉林537000)
某高速公路段線路全長125.654 km,雙向4車道,設(shè)計(jì)速度120 km/h,路基寬度26.5 m。主要工程為特大橋4 999 m(4座)、大橋20 704 m(64座)、中橋475.6 m(5座)、分離式立交950 m(10座)、主線隧道10 477 m(7座)。互通式立交8處(其中樞紐互通式立交1處)、服務(wù)區(qū)4處、收費(fèi)站7處。在施工中要克服多種難題,因擬用大跨徑鋼波紋管涵跨越6.5 m的鄉(xiāng)道和9 m的縣道。
鋼波紋管涵以熱鍍鋅鋼板為基礎(chǔ)材料,根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作而得,是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的柔性結(jié)構(gòu),可以給高速公路高填方段施工提供可靠的幫助,在安全的環(huán)境中高效施工,后續(xù)施工段的運(yùn)營服務(wù)效果較佳。綜上所述,鋼波紋管涵具備抗震、耐久、施工便捷、經(jīng)濟(jì)高效等多重特性,在大部分復(fù)雜的地形中均具有可行性[1]。
鋼波紋管涵是現(xiàn)階段較為新型的涵洞形式,其包含波紋狀管、波紋狀板等材料,通過拼裝的方式構(gòu)成整體,受力機(jī)理良好、適應(yīng)能力強(qiáng)。實(shí)踐表明,鋼波紋管涵的應(yīng)用優(yōu)勢顯著。具體做如下分析:
1)適應(yīng)性強(qiáng)。作為一種柔性結(jié)構(gòu),鋼波紋管涵能適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境,在不同變形程度的地基中均具有可行性,因此,施工期間無須單獨(dú)處理基底,此優(yōu)勢在軟土等易失穩(wěn)的地基中體現(xiàn)得更為明顯。此外,鋼波紋管涵具有一定程度的剛性特征,在剛?cè)岵?jì)的狀態(tài)下可適應(yīng)地基承載力較低的施工環(huán)境,也可被應(yīng)用于存在大范圍沉降的路基中。鋼波紋管涵施工的獨(dú)立性較好,外界對其影響較小,施工過程中也不會(huì)對周邊環(huán)境造成過多的干擾,即使是在多年凍土、濕陷性黃土等特殊的地質(zhì)條件中也依然具有良好的應(yīng)用效果。
2)施工便捷且高效。以設(shè)計(jì)圖為準(zhǔn),在工廠由專業(yè)人員預(yù)制成型,此方式下制得的鋼波紋管涵具有標(biāo)準(zhǔn)化的特性,結(jié)構(gòu)尺寸精度高,質(zhì)量得到保證。鋼波紋管涵被運(yùn)至現(xiàn)場后再拼裝于一體,構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)體系。鋼波紋管涵各節(jié)段的自重較小,因而降低了現(xiàn)場拼裝的難度,幾乎無須配置大型吊裝設(shè)備,氣候條件等外部因素不會(huì)對鋼波紋管涵的安裝帶來過多的影響,全程按照流水化的模式有序推進(jìn),各環(huán)節(jié)施工均具有規(guī)范性,能夠在短時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量地完成相應(yīng)的工作。
3)經(jīng)濟(jì)效益顯著。鋼波紋管涵為柔性結(jié)構(gòu),可以較好地適應(yīng)地基變形,同時(shí)各節(jié)段的自重較輕,相較于相同規(guī)格的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在材料、機(jī)械設(shè)備、人工等方面所投入的成本相對較少。具體而言,若采取鋼筋混凝土澆筑的施工方法,為保證涵洞臺(tái)身等裝置不受到影響,需大幅度提高基礎(chǔ)的強(qiáng)度,例如,采用澆筑剛性基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)的方法,雖然其應(yīng)用效果也可滿足要求,但工期隨之延長,各項(xiàng)物資的投入量增加,成本同步提高,對于資金吃緊的項(xiàng)目將面臨較大的挑戰(zhàn)。而鋼波紋管涵則有效規(guī)避了該問題,前期僅需簡單的處理即可,能夠幫助項(xiàng)目節(jié)省成本,提高經(jīng)濟(jì)效益[2]。
4)破壞小、節(jié)能環(huán)保。鋼波紋管涵以鋼材為基礎(chǔ)材料制作而得,可省去攪拌機(jī)等多類大型機(jī)械設(shè)備,在簡單吊裝設(shè)備和人工的配合之下便可完成鋼波紋管涵的安裝作業(yè)。相較于鋼筋混凝土等傳統(tǒng)方法,幾乎無須使用水泥、砂、石子等材料,可減小對施工環(huán)境的破壞,具有節(jié)能環(huán)保的特性,契合于現(xiàn)代化的工程建設(shè)理念。
以鋼波紋管涵的直徑為基準(zhǔn),取該值的3倍作為基坑開挖寬度,局部地形條件特殊,可適當(dāng)做出調(diào)整,但需保證管涵兩側(cè)的凈空至少達(dá)到1.5 m,否則后續(xù)的管涵組裝及周邊土回填均會(huì)受到影響。鋼波紋管涵施工中基層厚度按30~80 cm控制,材料以透水性較佳的砂質(zhì)土為宜,最大粒徑不超過50 mm,需重點(diǎn)考慮的是基礎(chǔ)與波形鋼板接觸面以下的20 cm范圍,該部分的填料最大粒徑不宜超過12 mm。由于管節(jié)在后續(xù)可能存在沉降的情況,因此,在管節(jié)鋪設(shè)過程中設(shè)置預(yù)拱度時(shí),可取管長的0.3%~1%。
在工程開始前確定管涵的中心和縱橫軸線。在設(shè)計(jì)坡度時(shí)要把土質(zhì)考慮在內(nèi),若要使坡更陡,則要保證該坡度符合標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)基坑的寬度時(shí)注意其尺寸要和涵洞的大小保持一致。為了確保在放邊樁時(shí)其尺寸足夠大,應(yīng)結(jié)合換填厚度進(jìn)行。
以挖掘機(jī)為主要開挖設(shè)備,根據(jù)基坑開挖深度要求有序施工,對于設(shè)備無法覆蓋的區(qū)域或松散部分則轉(zhuǎn)為人工開挖的方法。若為新建涵洞且無干擾因素,遵循一次開挖到位的原則,若開挖與現(xiàn)場行車存在干擾,考慮到車輛的通行需求,宜采取半幅施工+半幅開挖的方法?;娱_挖的擾動(dòng)性較強(qiáng),一方面需提高施工的規(guī)范性,避免超挖現(xiàn)象。另一方面則需加強(qiáng)安全防護(hù)以及現(xiàn)場管理,全面保證施工安全[3]。
1)若要打造砂礫石、碎石型的地基,只需在基地上面鋪設(shè)厚度為10 cm的粗砂作為墊層,同時(shí)確保該地基的壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即可。
2)若要打造一般型的地基,確保在換填天然礫石時(shí),其厚度約80 cm且壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。若施工區(qū)域?qū)儆诤浔鶅龅囟?,?yīng)選用砂礫石等非凍脹的材料進(jìn)行換填,其厚度至少為60 cm,同時(shí)也是凍土厚度的0.8倍。
3)選用砂礫石來打造巖石地基前要檢查超挖的厚度是否在30~40 cm,若厚度在以上區(qū)間內(nèi),確保地基的壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即可。
4)若選用軟土打造地基,首先根據(jù)處理塑料插板和碎石樁等軟基材料時(shí)的方式完成路基面的打造;其次通過機(jī)械工具對基底進(jìn)行開挖;最后用砂礫石完成基底的換填工作,其換填厚度至少為50 cm,注意要與倍管徑保持一致。
5)在對基底進(jìn)行換填時(shí),選用分層的方式對砂礫層進(jìn)行壓實(shí),結(jié)束后檢查壓實(shí)度是否符合標(biāo)準(zhǔn);為了避免凍土地區(qū)發(fā)生凍脹而導(dǎo)致地基被破壞現(xiàn)象,除了要嚴(yán)格控制換填材料中粉黏粒的含量之外,還要嚴(yán)格要求基礎(chǔ)材料的選材和粒徑等。材料要選用具有一定級(jí)配的天然砂礫石,最大粒徑至多為50 mm,若粒徑<0.074 mm,則粉黏粒的含量至多為3%。
6)如果該區(qū)域內(nèi)砂礫石出現(xiàn)存量不足的情況,也可選用碎石和礫石等進(jìn)行換填,并確??箖雒浤芰Ψ蠘?biāo)準(zhǔn),同時(shí)最大粒徑的大小至多為50 mm。
1)在開始施工之前檢查涵管底部平整度,確保其標(biāo)高達(dá)到要求,提前摸清涵管的中心軸線和中點(diǎn),確定其具體位置。
2)在安裝底板時(shí),首先,根據(jù)中心軸線和中點(diǎn)確定第一張波紋板的具體位置,由此從兩邊開始延伸,直到延伸到涵管的進(jìn)出口處時(shí)停止;其次,把2張板按照重合長度為50 mm的要求搭接起來,使之正對應(yīng)于連接孔;最后,按照從內(nèi)向外的方式把螺栓插入螺孔內(nèi),套上墊圈螺母之后利用套筒扳手將其頂緊即可。
3)按照先上后下的順序拼接環(huán)形圈。用上板蓋住下板,選用階梯形完成圓周部分的連接,螺栓插入螺孔后利用套筒扳手對螺母進(jìn)行頂緊即可。
4)在拼裝時(shí),必須確保成型的截面形狀滿足要求之后才能繼續(xù)拼裝。在拼裝波紋管時(shí),要利用定位拉桿固定完成合攏的環(huán)形圈。
5)拼裝結(jié)束之后,在回填之前利用扭力矩為135.6~203.4 N·m的扭汽動(dòng)扳手對螺栓進(jìn)行頂緊,并在其上面刷上紅漆。
6)為了確保螺栓的扭力矩符合標(biāo)準(zhǔn),要隨機(jī)抽取2%位于接縫上的螺栓進(jìn)行檢驗(yàn),一旦發(fā)現(xiàn)有1個(gè)不達(dá)標(biāo),則需對橫縱雙向上5%的螺栓進(jìn)行檢驗(yàn),若全部達(dá)標(biāo)視為合格產(chǎn)品,否則要對所有螺栓進(jìn)行復(fù)檢。
7)為了避免外波形鋼板的板縫位置和螺栓孔位置發(fā)生滲水現(xiàn)象,要使用專用的密封材料對其進(jìn)行密封處理。
涵背回填施工中,為確保回填質(zhì)量,可取適量的砂礫回填至管底兩側(cè)位置,人工夯實(shí),提高該部分砂礫填料的密實(shí)性,給后續(xù)施工創(chuàng)設(shè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。管身最大直徑的兩側(cè)20 cm范圍內(nèi)均采用光輪壓路機(jī)碾壓,50 cm范圍內(nèi)則轉(zhuǎn)為小型夯實(shí)機(jī),以免造成不良影響。管涵兩側(cè)的回填作業(yè)按照分層的方法依次完成,每完成一層夯實(shí)后隨即檢查質(zhì)量,在本層質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下方可施工后一層,有序推進(jìn)。二級(jí)公路各層的壓實(shí)厚度≤15 cm,壓實(shí)度≥95%。
以C25混凝土為基礎(chǔ)材料組織八字墻和洞口鋪砌施工。施工前需要整平基底并夯實(shí),檢測其承載力,若不滿足要求應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)處理。水對施工的干擾較為明顯,需全面檢查現(xiàn)場環(huán)境,若基坑內(nèi)有積水的現(xiàn)象及時(shí)抽出,否則不可施工。
現(xiàn)階段,大跨徑鋼波紋管涵已經(jīng)被應(yīng)用于工程建設(shè)中,但相配套的施工技術(shù)尚處于發(fā)展階段,實(shí)際應(yīng)用中依然有不足之處。針對此問題,急需相關(guān)技術(shù)人員展開深入的探討,突破現(xiàn)有技術(shù)的局限性,切實(shí)提高技術(shù)的應(yīng)用水平,再結(jié)合人員、物資等方面的優(yōu)勢,充分彰顯出鋼波紋管涵的應(yīng)用價(jià)值。