宋永生

(山西路橋第八工程有限公司,山西 運(yùn)城 044000)

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)全方位升級(jí)與轉(zhuǎn)型,越來(lái)越多的公路建設(shè)項(xiàng)目投入開發(fā)與建設(shè)[1]。鋼筋混凝土圓管涵在高速公路中,通常是指埋設(shè)于地下的管道,可以實(shí)現(xiàn)公路地面標(biāo)高以下部分的過(guò)水、排水目的。同時(shí),還是橋涵結(jié)構(gòu)物的主要形式之一,廣泛地應(yīng)用在公路施工建設(shè)中,尤其在高速公路的建設(shè)中,承擔(dān)著重要的功能[2]。以往,人們經(jīng)常對(duì)管涵的施工質(zhì)量不重視,導(dǎo)致鋼筋混凝土圓管涵施工質(zhì)量不能滿足承擔(dān)著重要交通任務(wù)的高速公路的基本要求,通常會(huì)在管涵涵身、涵口等部位,發(fā)生不同程度的裂縫、沉降等病害,不僅嚴(yán)重?fù)p害了混凝土的耐久性與整體強(qiáng)度,甚至還會(huì)產(chǎn)生塌陷等危害,給高速公路的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了較大的安全風(fēng)險(xiǎn)與威脅,阻礙了交通產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的良性循環(huán)發(fā)展與建設(shè)。因此,針對(duì)以往高速公路施工質(zhì)量較差、安全性不穩(wěn)定等問(wèn)題,如何研究一種高質(zhì)量、高效益的鋼筋混凝土圓管涵施工方案與策略,成為了交通基礎(chǔ)建設(shè)部門及相關(guān)組織共同的重點(diǎn)研究課題[3]?；谝陨媳尘?根據(jù)朔神高速公路第一合同段為研究目標(biāo),設(shè)計(jì)了一種鋼筋混凝土圓管涵施工技術(shù),希望可以有效提高高速公路鋼筋混凝土圓管涵的施工效率與建設(shè)質(zhì)量,為相關(guān)施工單位,提供一定的理論依據(jù)與技術(shù)參考,以此來(lái)推動(dòng)交通產(chǎn)業(yè)與建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的全方位升級(jí)與可持續(xù)發(fā)展,保證相關(guān)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)整體的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及環(huán)境等多方面的綜合效益。

1 工程概況

朔神高速公路第一合同段(K12+450～K16+240)主線長(zhǎng)3.79 km,有趄坡互通1處,互通連接線長(zhǎng)9.06 km。主線起于山西省朔城區(qū)窯子頭鄉(xiāng)趄坡村,終點(diǎn)于神池縣龍泉鎮(zhèn)丁莊窩村;趄坡互通連接線途經(jīng)朔城區(qū)張蔡鄉(xiāng)上圪塔村、西套村、梵王寺村和沙河村后連接G241[4]。

本次主要研究的是該高速路段涵洞工程中的混凝土圓管涵施工項(xiàng)目,為保證高速公路后續(xù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程的穩(wěn)定性與安全性,結(jié)合施工要求,確定項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),如表1所示。

表1 朔神高速公路第一合同段的混凝土圓管涵施工基本參數(shù)

為完成朔神高速公路的鋼筋混凝土圓管涵施工任務(wù),在確保施工安全、工程質(zhì)量、綠色環(huán)保的基礎(chǔ)上,結(jié)合新材料、新技術(shù),設(shè)計(jì)一種鋼筋混凝土圓管涵施工技術(shù),合理配置施工工序,并組織施工人員有序推進(jìn)項(xiàng)目。

2 施工準(zhǔn)備

施工前,根據(jù)朔神高速公路施工項(xiàng)目的基本規(guī)范要求,結(jié)合施工路段的現(xiàn)場(chǎng)情況,做好施工準(zhǔn)備工作,為工程項(xiàng)目的開展與推進(jìn),奠定良好的基礎(chǔ)。在鋼筋混凝土圓管涵施工前,需要做好施工便道的修筑工作,將施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的所有雜物、垃圾等清理干凈。同時(shí),做好相應(yīng)的排水措施,檢驗(yàn)施工材料,保證施工的碎石砂、碎磚砂、混凝土圓管節(jié)的大小長(zhǎng)度、基本性能等特性均能夠滿足施工要求。

3 施工設(shè)備與材料選擇

將施工所需的設(shè)備均調(diào)試到合理的工作狀態(tài),保證后續(xù)鋼筋混凝土圓管涵施工的高效、有序推進(jìn),具體的設(shè)備選用如表2所示。

表2 高速鋼筋混凝土圓管涵施工設(shè)備選用表

管涵的配筋方案,對(duì)鋼筋混凝土圓管涵施工的整體強(qiáng)度非常關(guān)鍵。綜合分析項(xiàng)目需求,選擇環(huán)形鋼筋作為配筋方案進(jìn)行施工。為保證管涵施工過(guò)程中鋪砌墻體的合理性與穩(wěn)定性,需要根據(jù)施工過(guò)程的頂推力計(jì)算得到墻體的鋪砌高度。頂推力計(jì)算公式表示為

α=εcS

(1)

式中:α為頂推力,kN;ε為混凝土土質(zhì)的粘滯系數(shù);c為每米混凝土圓管涵自重,kg;S為頂管長(zhǎng)度,m。根據(jù)頂推力,計(jì)算管涵施工中鋪砌墻體的高度,保證鋪砌墻體外側(cè)單位土體寬度所受力,小于內(nèi)側(cè)的總被動(dòng)土壓力F,計(jì)算公式表示為

(2)

式中:φ為土體的重度,kg;b為鋪砌墻體的高度,m;α為土體的內(nèi)摩擦角,(°);λ表示土體的粘聚力,kPa。根據(jù)上述計(jì)算,得到最佳的墻體鋪砌高度參數(shù),為后續(xù)的施工奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中,應(yīng)用1～1.0 m、1～1.5 m且長(zhǎng)度在13～20 m不等的鋼筋混凝土圓管涵,完成共計(jì)17道混凝土圓管涵施工,在每一段混凝土圓管涵施工的過(guò)程中,建造物頂?shù)膲w鋪砌高度在1.08～9.9 m之間,施工總長(zhǎng)度為266 m。除混凝土圓管涵的具體參數(shù)外,需要選用適用度高的混凝土材料。選擇硅鹽酸水泥,作為澆筑材料,強(qiáng)度大于C50級(jí)。對(duì)于管涵施工的鋼筋材料,均采用HRB400的熱軋帶肋鋼筋,承接口的鋼圈材料選擇Q345B鋼材。

4 鋼筋混凝土圓管涵施工工藝

綜合分析朔神高速公路第一合同段的鋼筋混凝土圓管涵施工要求與現(xiàn)場(chǎng)的基本情況,設(shè)計(jì)具體的施工工藝,具體流程如圖1所示。

圖1 鋼筋混凝土圓管涵施工工藝流程示意圖

4.1 標(biāo)高與測(cè)量放線

根據(jù)施工圖紙,在施工現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)高,為后續(xù)的施工提供精準(zhǔn)的基準(zhǔn)目標(biāo)。組織施工人員按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)高控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量與復(fù)核,確認(rèn)無(wú)誤后,在施工現(xiàn)場(chǎng)建立工程項(xiàng)目的測(cè)量控制網(wǎng),便于時(shí)刻對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體的、點(diǎn)面結(jié)合的測(cè)量控制。進(jìn)行施工放樣,設(shè)定鋼筋混凝土圓管涵的涵洞中線,為后續(xù)的施工奠定基礎(chǔ)。

4.2 基坑開挖

高速公路的鋼筋混凝土圓管涵施工,最基礎(chǔ)也是最重要的施工步驟是開挖基坑。因此,在開挖過(guò)程中,不僅要保證施工的安全,還需要根據(jù)施工圖紙準(zhǔn)確的分段挖除復(fù)雜管涵線路[5]。開挖前,需要進(jìn)行臨時(shí)排水設(shè)施的施工,包括地表、管槽內(nèi)部?jī)蓚€(gè)部分。在管槽的外側(cè)修筑小土堤用以截水,避免地表水滲入施工管槽內(nèi)部。在管槽內(nèi)部設(shè)置30×30 cm的排水溝渠,在與排水溝間距30 cm處挖設(shè)一個(gè)集水井。在集水井中采用3～5 cm的碎石填鋪,利用抽水泵抽水,達(dá)到使溝槽不受浸泡的目的。修設(shè)好臨時(shí)的排水設(shè)施,施工人員與機(jī)械設(shè)備操作人員就溝槽斷面、基坑開挖工序以及臨時(shí)放土的位置等技術(shù)要求進(jìn)行討論與詳細(xì)交底,保證后續(xù)施工的有序、安全推進(jìn)。完成基坑開挖前的準(zhǔn)備工作后,利用挖掘機(jī),按照施工圖紙要求開挖基坑。挖掘機(jī)操作人員需要聽從施工現(xiàn)場(chǎng)指揮人員的調(diào)度,時(shí)刻檢查開挖溝槽的凈空尺寸與中心位置,必須保證基坑的重心偏移在規(guī)范要求范圍內(nèi)。采用分段開挖的方式,每10 m為一個(gè)工序階段,保持連續(xù)作業(yè),各工序銜接流暢。為避免超挖,當(dāng)工作人員挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高前的20～30 cm時(shí),停止挖掘機(jī)的運(yùn)行,采用人工開挖的方式繼續(xù)施工。若施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)超挖現(xiàn)象,應(yīng)用磚碎砂填平并夯實(shí)?；娱_挖完成后,按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)核驗(yàn),保證基底承載力滿足要求。同時(shí),為保證后續(xù)混凝土圓管涵施工的安全性,必須做好全方位的基坑安全保障措施,具體內(nèi)容如表3所示。

表3 基坑開挖施工的安全保障措施

4.3 墊層施工

將基坑施工至設(shè)計(jì)的標(biāo)高且復(fù)測(cè)合格后,進(jìn)行基底的砂礫墊層施工。將基坑底部的浮土、雜物清除,在坑底放中線、邊線,并架設(shè)水平木樁后,分層鋪筑碎石砂、碎磚砂,每一層的攤鋪厚度約20 cm左右。在鋪筑過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)基坑基部有孔洞、溝壑或者井,需要填鋪并壓實(shí),同時(shí),采用邊鋪邊檢平的技術(shù)方案,保證攤鋪工作的平整度。各個(gè)階段鋪砌結(jié)束時(shí),使用平板振動(dòng)儀器,對(duì)墊層上部進(jìn)行振動(dòng)夯實(shí),以確保墊板整體的密實(shí)程度滿足施工要求。

4.4 灌注平基混凝土

鋪設(shè)好墊層后,放樣并安裝混凝土圓管座模板,采用商用混凝土,開始灌注平基混凝土施工。澆筑時(shí),需預(yù)留接口后澆部分的位置,在混凝土圓管涵涵洞的基礎(chǔ)上,每6 m設(shè)置一道沉降縫。在管底中線至兩側(cè)分別取20 cm的位置,壓平,便于和混凝土圓管座連接。嚴(yán)格按照與基底平行的方面控制樁取面、鋪設(shè)、振搗并壓平。

4.5 管道安裝

在灌注平基混凝土完成且混凝土強(qiáng)度達(dá)到5 MPa時(shí),安裝管道。由于混凝土圓管道的直徑較大,為了方便安裝,需要利用吊機(jī)、起重機(jī)等機(jī)械設(shè)備,配合下管。在下管過(guò)程中,需要?jiǎng)蛩倬徛?且使管道的中心線與設(shè)計(jì)中心線一致。若管道的中心與高程偏移預(yù)設(shè)位置,可沿管道的邊線打出一條小方線,控制管道位置,到達(dá)位置后,輕放。管道放置在指定位置后,利用一定厚度的混凝土塊將管身墊高。為保證混凝土塊有足夠的支撐力,混凝土塊厚度標(biāo)準(zhǔn)為

(3)

式中:η為混凝土塊厚度,mm;D為承插管的管口外徑,mm;L為管身外徑,mm。墊穩(wěn)管道后,在承接管管口的下方,鋪設(shè)接口砂漿,與承接管管口連接,調(diào)整管口,保證管內(nèi)流水位水平。安裝好管道后,管節(jié)的連接接頭應(yīng)使用1∶2水泥砂漿涂帶,再涂抹上2層約30 cm厚的混凝土基層。在設(shè)定好的沉降縫用瀝青麻絲填實(shí),將圓管的上0.5圈從外側(cè)塞模,下半圈從內(nèi)側(cè)塞模,并鋪設(shè)防水層,進(jìn)行施工作業(yè)。

4.6 洞口施工與基坑回填

鋼筋混凝土圓管涵安裝完成后,澆筑管涵洞口的端墻、翼墻基礎(chǔ)混凝土,在管涵洞內(nèi)鋪砌隔水墻。鋪砌過(guò)程中,應(yīng)采用平砌的方式,保證鋪砌石料的高度基本一致,且鋪砌的砌縫寬度須低于3 cm,上下層的縫隙錯(cuò)開距離大于8 cm,壓平,使混凝土模板與管涵連接成一個(gè)整體。完成混凝土的模板、鋼筋等施工,分層澆筑混凝土,并采用振搗器夯實(shí)壓平。在端墻、翼墻的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,進(jìn)行回填施工,做養(yǎng)護(hù)工作,完成高速鋼筋混凝土圓管涵的施工。

5 施工質(zhì)量的檢測(cè)與分析

為了檢測(cè)朔神高速鋼筋混凝土圓管涵施工技術(shù)的可行性與應(yīng)用效果,設(shè)計(jì)了載荷試驗(yàn)。隨機(jī)選取3處鋼筋混凝土圓管涵,作為測(cè)試樣點(diǎn)。利用等效加載的方式,對(duì)測(cè)試樣點(diǎn)進(jìn)行加載,其中,對(duì)混凝土圓管涵的涵頂,施加線性分布荷載,使得控制截面產(chǎn)生的效應(yīng)與實(shí)際控制效應(yīng)更加一致。在試驗(yàn)過(guò)程中,分別記錄不同測(cè)試樣點(diǎn)的最大應(yīng)力,以及裂縫情況,進(jìn)行對(duì)比分析。

將鋼筋混凝土圓管涵不同部分的最大應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比,如表4所示。

表4 鋼筋混凝土圓管涵最大應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果表

由表4可知,在等效加載試驗(yàn)下,不同工況、不同測(cè)試樣點(diǎn)的混凝土最大應(yīng)力、鋼筋最大應(yīng)力的檢測(cè)結(jié)果,均大于初始的設(shè)計(jì)載荷,具有足夠的抗壓能力,滿足設(shè)計(jì)要求。

記錄載荷試驗(yàn)過(guò)程中,鋼筋混凝土圓管涵的裂縫情況,如表5所示。

表5 測(cè)試樣點(diǎn)管涵裂縫情況記錄表

由表5可知,測(cè)試樣點(diǎn)的鋼筋混凝土圓管涵產(chǎn)生裂縫時(shí)的實(shí)際加載力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值,具有良好的強(qiáng)度與抗變形能力,滿足實(shí)際要求。上述試驗(yàn)結(jié)果表明,本研究設(shè)計(jì)的高速鋼筋混凝土圓管涵施工技術(shù),可以保證施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求,具有可靠的管涵施工參考價(jià)值。

6 結(jié)束語(yǔ)

在交通公路建設(shè)進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)的背景下,高速公路工程項(xiàng)目的建設(shè)數(shù)量不斷增加,高速公路的安全等級(jí)要求也越來(lái)越嚴(yán)格。其中,高速公路混凝土圓管涵施工質(zhì)量的控制非常關(guān)鍵,若不能保證施工質(zhì)量,使管涵發(fā)生破裂、沉降等危險(xiǎn)現(xiàn)象,將會(huì)對(duì)高速公路的運(yùn)營(yíng)造成不良影響?；诖?本研究設(shè)計(jì)了一種高速鋼筋混凝土圓管涵施工技術(shù),通過(guò)層層的技術(shù)與質(zhì)量控制,保證高速公路后續(xù)運(yùn)營(yíng)的安全性與穩(wěn)定性,為高速公路建設(shè)及其有關(guān)施工部門提供一定的工程建設(shè)參考。