劉首諭

（江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330069）

0 引言

當(dāng)前，為有效降低混凝土結(jié)構(gòu)問(wèn)題，鋼波紋管涵洞通道施工技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。鋼波紋管在熱浸鍍鋅處理后，能夠顯著提升自身強(qiáng)度，達(dá)到混凝土涵管的2.5 倍作用。該技術(shù)施工進(jìn)度進(jìn)一步縮短，同時(shí)具有成本低、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，能有效解決混凝土開(kāi)裂問(wèn)題，對(duì)延長(zhǎng)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(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

對(duì)于鋼波紋管涵洞通道施工技術(shù)來(lái)說(shuō)，為使其發(fā)揮最大工藝水平，需要借助特制專用設(shè)備將鋼板制成波、拼裝結(jié)構(gòu)。在此過(guò)程中當(dāng)鋼管在進(jìn)行熱浸鍍鋅處理后，其結(jié)構(gòu)剛度顯著增強(qiáng)，重量則大幅度降低；但將其應(yīng)用于高填方結(jié)構(gòu)過(guò)程中，極易發(fā)生鋼波紋管涵局部變形問(wèn)題。在施工過(guò)程中由于鋼波紋管受到機(jī)械強(qiáng)度、溫度等因素的限制，極易發(fā)生滲漏問(wèn)題，對(duì)高填方結(jié)構(gòu)的建設(shè)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(wèn)題，出現(xiàn)逆坡、凹陷問(wèn)題。在進(jìn)行管身中心向兩端安裝時(shí)，需要保證管節(jié)位置能夠一次性校準(zhǔn)，防止發(fā)生偏位無(wú)法有效控制等問(wèn)題。完成鋼波紋管涵安裝后需要及時(shí)對(duì)管身的外側(cè)鋼板拼接縫進(jìn)行有效密封，避免發(fā)生滲漏問(wèn)題。

2 高填方鋼波紋管涵洞通道施工技術(shù)實(shí)例分析

2.1 工程概況

以萍鄉(xiāng)至蓮花高速公路A1 標(biāo)段為例，該公路全長(zhǎng)23.16km，在高速范圍內(nèi)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(guò)20m，管徑長(zhǎng)度為2.8m，管長(zhǎng)為121.63m。波紋鋼管使用的是Q345 鋼，該種結(jié)構(gòu)的鋼板厚度超過(guò)4.5mm，波距長(zhǎng)為280m，波高為100m。地基的承載力需要高于230kPa。對(duì)于波紋鋼板則采用內(nèi)外表面全部熱浸鍍鋅的方式進(jìn)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(duì)于鋼波紋管涵來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)開(kāi)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(chǔ)墊層、管體安裝以及回填涵洞背部施工技術(shù)如下：

2.2.1 基礎(chǔ)墊層

鋼波紋管涵洞的荷載主要是以兩側(cè)填土為主，具有變形適應(yīng)性強(qiáng)、基礎(chǔ)材料要求低等優(yōu)勢(shì)?；A(chǔ)施工形式的合理性能夠顯著增強(qiáng)鋼波紋管涵洞的荷載力，增強(qiáng)豎向與橫向的支撐能力，最大程度地降低結(jié)構(gòu)變形的可能性。當(dāng)?shù)鼗休d力較低時(shí)，則需要增加基礎(chǔ)的厚度，當(dāng)土地壓實(shí)密度高于85%時(shí)，可直接選擇將鋼波紋管涵洞設(shè)置在地基上的方式。需要注意的是，盡管鋼波紋管涵洞基礎(chǔ)強(qiáng)度以及穩(wěn)定性較強(qiáng)，但依然無(wú)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(shè)厚度為180mm、粒徑為11mm 的墊層和粗砂。保證墊層形狀和結(jié)構(gòu)一致，支撐力的均勻性。受到地基沉降、水流結(jié)構(gòu)等因素影響，需要縱向設(shè)置預(yù)拱，焊管的縱向預(yù)拱度保持在0.3%～1.1%左右。

2.2.2 管身安裝

在進(jìn)行管身安裝時(shí)，首先需要明確焊管中軸線以及中點(diǎn)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(diǎn)，從而有效定位第一塊波紋板的位置，再?gòu)闹行南騼啥搜由欤钡蕉嗣鏋橹?。通常情況下，將軸向的搭接長(zhǎng)度設(shè)置在45～50mm 之間，第二搭接部位需要在第一板上部，保證對(duì)接孔位置準(zhǔn)確。螺栓墊圈穿過(guò)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(yán)格按照規(guī)定的順序進(jìn)行裝配環(huán)工作，圓周向板片的整體搭接長(zhǎng)度控制在45mm 以內(nèi)，各塊鋼板以交互搭接的方式進(jìn)行搭接，保證環(huán)向接縫對(duì)齊，縱向位置的接縫則需要交錯(cuò)進(jìn)行布置。連接孔校準(zhǔn)完成后，螺栓需要及時(shí)均勻涂抹潤(rùn)滑劑。需要注意的是，在進(jìn)行套墊片的安裝時(shí)，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(jìn)行孔位的插入，利用扳手將螺母擰緊。對(duì)于三片波紋板周向的組裝，需要先進(jìn)行界面形狀的測(cè)量，當(dāng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行后續(xù)的組裝工作；當(dāng)無(wú)法達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要做好調(diào)整工作，使得圓周能夠有效裝配到環(huán)形環(huán)上，當(dāng)截面形狀測(cè)量完成后，需要固定好定位拉桿進(jìn)行螺栓的調(diào)整。完成結(jié)構(gòu)裝配后，利用電動(dòng)扳手對(duì)所有螺栓進(jìn)行擰緊固定，為避免發(fā)生遺漏，需要擰緊完成后及時(shí)進(jìn)行檢查。擰緊后的螺栓需要進(jìn)行顏色的標(biāo)記。在進(jìn)行回填前需要對(duì)螺栓的縱縫、環(huán)縫進(jìn)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(shí)現(xiàn)螺栓扭矩的要求，在實(shí)際回填施工前需要采用隨機(jī)選擇3%的螺栓固定扭矩扳手。當(dāng)試驗(yàn)值高于標(biāo)準(zhǔn)扭矩時(shí)，需要依據(jù)螺栓的4%進(jìn)行取樣。當(dāng)上述測(cè)試超過(guò)95%都滿足要求時(shí)，則可認(rèn)定安裝完成且合格，若測(cè)試結(jié)果低于95% 時(shí)則需要對(duì)螺栓進(jìn)行重新擰緊。當(dāng)預(yù)緊力矩和實(shí)際要求相符時(shí)，需要在波紋鋼結(jié)構(gòu)外圈填充專業(yè)的密封膠，避免發(fā)生滲漏問(wèn)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(jié)構(gòu)物受力結(jié)構(gòu)性回填區(qū)（見(jiàn)圖1）、外圍一般性回填區(qū)。通常情況下，結(jié)構(gòu)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(jìn)行回填的過(guò)程中，為進(jìn)一步提升鋼波紋管涵洞的基礎(chǔ)填筑質(zhì)量，需要將鋼波紋管涵洞基礎(chǔ)回填材料的級(jí)配碎石粒徑保持在2.8cm 左右。利用小型夯實(shí)機(jī)低級(jí)配碎石進(jìn)行夯實(shí)，確保鋼波紋管涵洞基礎(chǔ)回填質(zhì)量和水平。在回填時(shí)需要從兩端向結(jié)構(gòu)中心位置進(jìn)行作業(yè)，回填厚度不得超過(guò)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(qiáng)夯機(jī)械進(jìn)行夯實(shí)。

圖1 結(jié)構(gòu)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(yán)格依據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，則容易造成涵洞兩側(cè)位置的覆土壓實(shí)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(guò)一定范圍，帶來(lái)較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)高填方鋼波紋管涵洞的頂部覆土高度較高時(shí)會(huì)產(chǎn)生拱效應(yīng)，隨著覆土高度越來(lái)越高，鋼波紋管涵會(huì)發(fā)生非線性變化。為避免上述問(wèn)題的發(fā)生，該項(xiàng)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(jié)合進(jìn)行涵洞的預(yù)變形處理。從而保證涵洞在回填后依然能夠維持原來(lái)的形狀，防止出現(xiàn)涵洞的嚴(yán)重變形而引發(fā)倒塌等問(wèn)題。在此過(guò)程中，當(dāng)基礎(chǔ)墊層施工完成后需要進(jìn)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(shè)置豎向的支撐，能夠有效降低回填過(guò)程中需要承受的承載力。與此同時(shí)，為避免波紋鋼管涵洞在預(yù)變形的過(guò)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(shè)置縱向的墊板，底部設(shè)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(shè)置相應(yīng)的支架。除此之外，鋼波紋管涵中心位置需要及時(shí)設(shè)置鋼筋收緊裝置，使其能夠分別固定在鋼波紋管的兩側(cè)將螺栓扣擰緊，采用千斤頂對(duì)裝置進(jìn)行收緊，直到涵洞豎向直徑高于4%即可。在進(jìn)行千斤頂?shù)幕厥諘r(shí)，為防止塑性變形，每一次的變形不得過(guò)大。當(dāng)鋼波紋管涵洞頂土回填高度超過(guò)1.1m 后，可將裝置和支架取下。

2.4 優(yōu)化技術(shù)分析

2.4.1 受力特征與材料的選擇

鋼波紋管的結(jié)構(gòu)以柔性為主，所以當(dāng)受到高填方豎向荷載力的影響時(shí)，容易在頂部出現(xiàn)軸向壓力與彎矩，使得結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。在此過(guò)程中橫向的變形能夠有效為結(jié)構(gòu)提供相應(yīng)的位移補(bǔ)償，提升管側(cè)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(qiáng)整體的承載能力。因此，作為施工技術(shù)人員需要確保管壁和四周的填土具有共同的承載力，當(dāng)處于理想的壓力時(shí)，可以有效將荷載力向四周的填土傳遞。通過(guò)實(shí)際施工可以得出管側(cè)的填土彈性與壓實(shí)度對(duì)涵洞的承載力有著一定的影響，為確保涵洞的施工質(zhì)量，需要選擇受力性能好、壓實(shí)效果好、透水性強(qiáng)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(jìn)度和工程質(zhì)量。通常情況下的鋼波紋管外側(cè)25cm 范圍內(nèi)的填土粒徑僅為波紋管波長(zhǎng)的1/4。對(duì)于填料的選擇來(lái)說(shuō)，級(jí)配較好、帶棱角的砂礫是最佳的材料，另外，相對(duì)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(yīng)用較少。需要注意的是，對(duì)于鋼波紋管涵洞施工來(lái)說(shuō)，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(wú)法順利施工，夯實(shí)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(zhì)量

為進(jìn)一步提升鋼波紋管的安裝質(zhì)量，提升整體施工水平，需要有效提升現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制安裝的合格率。在實(shí)際的安裝施工過(guò)程中，施工技術(shù)人員需要保證頂管附近無(wú)縫隙，嚴(yán)格依據(jù)波紋板的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)制安裝與操作。鋼板的夾縫防水性主要是通過(guò)填充密封膠的方式，因此，施工技術(shù)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(yīng)用中發(fā)生滲漏問(wèn)題。在進(jìn)行鋼板螺栓的施工中，施工技術(shù)人員首先需要重視螺栓的選擇，保證其強(qiáng)度滿足施工要求，采用凹凸墊圈進(jìn)行擰緊，不斷提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。當(dāng)螺栓扭矩滿足要求后，需要采用專業(yè)的密封膠、環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行縫隙的填充，有效避免鋼板對(duì)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(shí)，首先需要進(jìn)行除銹，將其處理干凈后可采取噴鋅的方式進(jìn)行補(bǔ)救，同時(shí)在波紋管的外側(cè)連續(xù)噴涂環(huán)氧樹(shù)脂兩次，當(dāng)全部安裝完成后，還需進(jìn)行瀝青的涂刷，從而有效降低損傷的范圍。

2.4.3 強(qiáng)化變形控制的針對(duì)性

盡管高填方波紋管橫縱向的變形能夠保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但若無(wú)法進(jìn)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(duì)性的解決方案實(shí)現(xiàn)變形的科學(xué)控制。對(duì)于橫向變形，鋼波紋在豎向荷載作用下容易發(fā)生側(cè)向位移，涵頂則容易發(fā)生豎向位移，使得水平側(cè)向位移發(fā)生被動(dòng)土壓力。因此，施工人員應(yīng)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(wèn)題，需要確保管側(cè)填料壓實(shí)度、降低側(cè)向位移，防止鋼波紋管涵豎向變形高于標(biāo)準(zhǔn)范圍。當(dāng)涵頂土柱壓實(shí)度較低時(shí)，可有效借助豎向剪應(yīng)力有效轉(zhuǎn)移涵頂?shù)暮奢d力，進(jìn)一步降低涵洞通道的整體承載能力。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，鋼波紋管涵洞施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)較為突出，主要表現(xiàn)在施工周期短、施工簡(jiǎn)單且耐久性高等。將其應(yīng)用到高填方結(jié)構(gòu)中時(shí)，需要注重受力特性的優(yōu)化與完善，做好材料的選擇進(jìn)而提升鋼波紋管安裝的質(zhì)量和水平，加強(qiáng)對(duì)變形的控制，防止因變形而降低施工質(zhì)量，為進(jìn)一步發(fā)揮鋼波紋管涵洞施工技術(shù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值奠定基礎(chǔ)。