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(jì)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(jī)或其他大型設(shè)備開挖時，基坑開挖的土需做到即挖即運(yùn)，嚴(yán)禁將廢土堆積在基坑旁邊［4］?；娱_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(jī)械整平，如一些地方機(jī)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(jī)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(qiáng)螺栓擰緊，與小孔徑鋼波紋板每波只有2個高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)螺栓擰緊順序不正確，很容易造成板塊翹邊，影響高強(qiáng)螺栓安裝質(zhì)量，所以鋼波紋板塊拼裝過程中的高強(qiáng)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(qiáng)螺栓擰緊順序示意如圖6所示。

2.2.6.3高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(jī)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，確保回填質(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(jī)，方便把回填材料運(yùn)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(qiáng)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(qiáng)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(yùn)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(qiáng)螺栓擰緊應(yīng)分為預(yù)緊、初擰、終擰三個步驟［11］。

（4）高強(qiáng)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(yùn)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(jì)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(qiáng)，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。

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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。