鍍鋅鋼波紋管涵洞在高速公路施工中的應(yīng)用及其施工質(zhì)量控制探討

萬朝陽

（中交一公局第五工程有限公司，北京 100024）

社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，高速公路工程數(shù)量與日俱增，鋼波紋管涵洞的施工也越來越多。鋼波紋管是采用波紋狀的鋼板或者鋼管連接、拼裝成的涵洞，具有工期短，便于安裝，成本低，在實際應(yīng)用中應(yīng)采取科學(xué)有效的措施，切實提高其質(zhì)量。

1 鍍鋅鋼波紋管涵洞在高速公路施工中的應(yīng)用

焦桐高速登封至汝州段是河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中焦作至桐柏公路之間的一段，也是中部地區(qū)南北向主要通道焦作與隨州、岳陽高速公路的主要部分，是G55和G4之間的加密通道。該項目路線全長為55.720km，占地面積5830.3畝，路基寬度為26m；設(shè)置一座特大橋，長度為1206m；設(shè)置23座大橋，長度為5443.56m；設(shè)置8座中橋，長度為576.00m；設(shè)置74道涵洞，5座隧道，長度為1489m，互通式立交5處，分離式立交10座，天橋18座，通道38道，服務(wù)區(qū)1處[1]。由中交一公局采用BT+EPC總承包模式建設(shè)，焦桐高速登封至汝州段在施工的過程當(dāng)中五個參建公司分別設(shè)一個施工分部，在第四分部和第五分部各選兩個鋼筋混凝土涵洞，變更為過水?dāng)嗝娼咏匿摬y管涵洞。

2 鋼波紋管涵構(gòu)造與優(yōu)勢

2.1 主體構(gòu)造

通常情況下，此類管涵包括三種基本形式，即管涵、拱涵與管拱涵，在連接方式方面，主要為鉚接、栓接和套接。在工程應(yīng)用中，主要為管涵形式；當(dāng)直徑超過150cm時，可使用多片拼接，以栓接的方式連接，本項目采用管徑為400cm的鋼波紋管涵洞。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

1）耐久性好。管涵片由工廠加工制作而成，在出廠之前將配件進(jìn)行熱浸鍍鋅，對各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，運送至現(xiàn)場后，在工地涂刷瀝青，增強外表防腐性，延長使用年限；還可根據(jù)實際需求在管壁內(nèi)涂抹瀝青加強養(yǎng)護(hù)，與傳統(tǒng)涵洞相比具有較強的耐久性；

2）抗變形能力強。此類管涵屬于柔性結(jié)構(gòu)，具有橫向補償位移的特點，在抗拉性、抗變形方面具有較大優(yōu)勢，在工程中，可有效防止上部構(gòu)件破壞，進(jìn)而減少橋臺跳車，使行車更加安全舒適，同時還使涵洞沉降與路基沉降不協(xié)調(diào)的問題得到解決；

3）施工便利，周期短。在施工過程中，可將土建與型材安裝獨立開來，單獨安裝后，再拼合在一起。與鋼筋混凝土涵洞相比，波紋管涵的施工周期短很多，兩至三周即可完工；單純考慮涵洞主體的建造，六個熟練的技術(shù)工人安裝長度60m、直徑4m的管涵，安裝時間僅為兩至三天；同等規(guī)模的圬工構(gòu)造物，至少一個半月到兩個月，且工序復(fù)雜，需投入大量勞動力；在關(guān)鍵路段施工時，如采用鋼波紋管，則可實現(xiàn)提前一個月至一個半月通車。

4）生態(tài)環(huán)保。管涵主體以鋼材為主，在洞口處采用一些混凝土，有效減少或者避免對常規(guī)建材的使用，如石子、河砂、水泥、木材等等，對周圍的施工環(huán)境破壞較少，且生態(tài)環(huán)保[2]。

3 波紋管涵洞施工流程

3.1 施工準(zhǔn)備

在施工前，應(yīng)做好充足的準(zhǔn)備工作，具體如下：1）備齊安裝工具，包括套筒及活口扳手、大小撬杠、手錘、千斤頂?shù)龋?）準(zhǔn)備涵管安裝所需的配件，包括石棉墊、螺絲等；3）對波形管節(jié)的長度、波形、直徑進(jìn)行檢測，觀察管節(jié)的法蘭孔是否與涵洞設(shè)計相符，當(dāng)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重變形、管壁保護(hù)層受損時，立即更換部件；4）項目分部派指揮人員，負(fù)責(zé)指揮吊裝與安裝人員現(xiàn)場操作。

3.2 原材料檢測

登汝總承包部委托第三方河南省交科院，按照現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范，對波紋管涵洞材料依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的檢驗項目和檢驗標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行常規(guī)的見證取樣之外的檢測。在本工程中使用的波紋管涵主要技術(shù)參數(shù)如下：鋼波紋管的直徑為4m，壁厚為5.5mm，波形為V形，波高為68mm，波距為150mm，波谷半徑為32mm，波峰半徑為32mm。所采用的材質(zhì)為Q235-A熱板，表面利用熱浸鍍鋅防腐進(jìn)行處理，鍍鋅量≥600g/m2，平均厚度應(yīng)超過84。波紋板的連接方式以搭接為主，高強螺栓緊固，用密封膠做好密封處理。

3.3 安裝方法

1）放樣與基坑開挖，在正式施工前，應(yīng)明確管涵中心與縱橫軸線的位置，根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)條件進(jìn)行放樣，并確保滿足換填的厚度標(biāo)準(zhǔn)。在開挖過程中，采用“人工＋機械”的方式，對于深度較淺、土質(zhì)優(yōu)良的邊坡，以垂直方式開挖；對于存在水源、深度較大的邊坡，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)以1：0.5—1：1的坡比進(jìn)行放坡，將開挖出的土運送到指定地點。

2）基礎(chǔ)施工，本工程地基類型主要為一般地基，可采用一定級配的級配碎石、粗砂或天然礫石換填50cm并滿足壓實度要求。在換填過程中，采用級配碎石墊層，確保壓實度與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相符合。

3）管節(jié)連接與拼裝，本工程的管涵較長，應(yīng)在涵位處就地分段安裝和對接。首先對中間管節(jié)安裝和校正，然后對進(jìn)出水口的位置安裝。在安裝過程中，從一側(cè)按照順序排放管節(jié)，使管節(jié)中心與基礎(chǔ)縱向中心線平行，當(dāng)兩法蘭之間相距3～5cm時，需要利用小撬棍對準(zhǔn)法蘭孔，從第二根管的另一側(cè)用撬杠撬動管節(jié)，縱向平移兩法蘭，直至相距2cm左右，然后穿螺栓、擰緊螺絲，該段全部組裝完后，逐個擰緊螺母，以此類推，完成后續(xù)逐節(jié)的連接。管節(jié)組裝和對接結(jié)束后，對管身與涵洞軸線的一致性檢查，如不一致，則用千斤頂推動涵管使其就位。

4）兩側(cè)與頂部回填，按照基礎(chǔ)換填的方法，對0.5～2m的部分進(jìn)行回填，頂部采用路基填筑材料。在對楔形處進(jìn)行回填時，應(yīng)確保密實度合格，也可采用C15混凝土澆筑成管座。每15cm的高度做好標(biāo)識，便于填高；壓實度要求≥96%，每層的單側(cè)不超過50m2為一個檢驗批，壓實度全合格后方可進(jìn)行下一層填筑，兩側(cè)同步、對稱回填，兩側(cè)回填高差≤30cm；管涵兩側(cè)各至少25m范圍內(nèi)不得有強夯作業(yè)。對管涵兩端仔細(xì)檢查，將其內(nèi)積水、雜物等清理干凈，若板與板之間有縫隙，則應(yīng)填塞緊密，并在內(nèi)部涂抹脫模劑。在混凝土澆筑過程中，自由傾落的高度要控制在2m以內(nèi)，否則容易導(dǎo)致離析。與管身相距50cm的范圍內(nèi)采用小型機械夯實，以免管涵受到大型機械撞擊；與管體相距0.5m的范圍內(nèi)，禁用超過50mm的石塊或者其他硬物。該項目的鋼波紋管涵洞都沒有設(shè)置擋墻，由中心向兩端回填，最終截面的尺寸與組裝尺寸相比差異≤2%，若出現(xiàn)嚴(yán)重變形，應(yīng)立即停止一切相關(guān)工序，查找原因，并采取有效措施使不當(dāng)之恢復(fù)正常[3]。

5）洞口混凝土施工，在洞口施工過程中，以端墻（一字墻）和其兩側(cè)的八字墻為主，采用混凝土澆筑，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確保接縫嚴(yán)密、不露漿；將混凝土攪拌之后運送到施工現(xiàn)場，切忌出現(xiàn)泌水、離析、坍落度不當(dāng)?shù)惹闆r；澆筑混凝土后，用振動器振實，成型后灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間一般為7天，將土工布、土工膜、養(yǎng)生棉、草簾等覆蓋在上方，防止混凝土受到污染，養(yǎng)護(hù)期間確保混凝土表面濕潤，以免出現(xiàn)裂縫。在養(yǎng)生初期，由于受多種因素影響，混合料通常出現(xiàn)收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，對此，應(yīng)在養(yǎng)生過程中采用人工混合料將裂縫進(jìn)行灌漿，從而提升混凝土強度。

3.4 經(jīng)濟技術(shù)分析

在工程造價方面，直徑1.5m的鋼波紋管涵每延米造價在6000元左右，而1～4m鋼筋混凝土箱涵由于凈空有所區(qū)別，每延米的造價在6000～8000元之間。在施工過程中，兩種管均按照外徑增加20cm后，對土方量進(jìn)行計算，則前者所使用的土方量與后者相比減少8%～10%左右，在經(jīng)濟性對比方面，前者的造價要低于后者。（出于對本項目工程單價保密的考慮，以下單價不是本項目4m直徑鋼波紋管涵洞的單價，而是由管片制造廠家提供的比登汝項目時間上略早的其他項目規(guī)格略小的鋼波紋管涵洞的數(shù)據(jù)，還請見諒）對兩種管型的綜合造價進(jìn)行對比，結(jié)果如下，當(dāng)管直徑為2.0m時，波紋管的總費用為10063元/m-1，鋼筋混凝土管的總費用為7400元/m-1，比例為1.36；當(dāng)管直徑為2.5m時，波紋管的總費用為14271元/m-1，鋼筋混凝土管的總費用為9400元/m-1，比例為1.52；當(dāng)管直徑為3.0m時，波紋管的總費用為16741元/m-1，鋼筋混凝土管的總費用為12300元/m-1，比例為1.37；當(dāng)管直徑為3.5m時，波紋管的總費用為21621元/m-1，鋼筋混凝土管的總費用為15000元/m-1，比例為1.44；從以上數(shù)據(jù)可知，鋼波紋管與混凝土管相比，材料成本高出40%左右；但因其施工周期明顯短很多，施工協(xié)作隊伍使用的計日工數(shù)量比傳統(tǒng)的漿砌片石涵洞、混凝土涵洞少很多，在人工單價日益高漲的今天，其節(jié)約人工費方面的優(yōu)勢越來越大，目前其產(chǎn)生的社會效益、經(jīng)濟效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工程綜合造價超出的數(shù)額，加上后續(xù)養(yǎng)護(hù)費用較低，使用壽命較長，從長遠(yuǎn)來看，更具有經(jīng)濟性。目前，我國鋼波紋管產(chǎn)業(yè)不斷調(diào)整，市場日漸規(guī)范，在成本投入方面逐漸降低，使鋼波紋管獲得更加廣泛的市場發(fā)展空間。

4 波紋管涵施工質(zhì)量控制要點

在管涵施工過程中，可采用以下方法進(jìn)行質(zhì)量控制：

1）基礎(chǔ)開挖。開挖的深度應(yīng)為管涵直徑的3倍，如現(xiàn)場空間較小則要保證3m的施工空間，這樣做不但有助于管節(jié)拼裝，還有利于日后將拼裝后的臺背進(jìn)行回填與壓實。應(yīng)確保管涵地基承載力均勻，尤其是在地基承載力不同的土質(zhì)交叉的位置，若涵洞無法移動，則軟地基可采用級配砂礫石壓實，在巖石基礎(chǔ)中，因過度剛性可能會導(dǎo)致管涵柔性受損，加劇管節(jié)形變，對此可在地基開挖結(jié)束后換填級配碎石，最為理想的厚度為100cm；涵頂填土高度應(yīng)不低于50cm，應(yīng)采用重量不低于12t的壓路機碾壓，使機械順利通過；當(dāng)填土高度在50cm以內(nèi)時采用人工配合小型沖擊夯的形式進(jìn)行碾壓，不得漏夯、漏壓。2）拼裝階段。全部螺栓的預(yù)緊力矩均為340N·m±70N·m，在拼裝之后中徑誤差不可大于設(shè)計值的±1%；在波紋板拼裝過程中，管片的銜接之處不得有雜物，以免在拼接之后留有縫隙，使管體的防水效果受到不良影響；3）夯實基礎(chǔ)層。明確管片底部與基礎(chǔ)之間的密實性是否與標(biāo)準(zhǔn)相符，然后再對管涵進(jìn)行拼裝；為了避免降雨、洪水等對本涵洞可能造成的沖刷，可在管內(nèi)底部高約2m之內(nèi)采用M30水泥砂漿抹面，要求表面平整光滑；在基礎(chǔ)回填中應(yīng)采用分層方式進(jìn)行夯實，以級配碎石為主，粒度最大不應(yīng)超過5cm，粒徑為0.074mm以內(nèi)的顆粒數(shù)量應(yīng)低于3%，含泥量也不得超出規(guī)范要求，采用加水振動、碾壓法等進(jìn)行夯實，也可根據(jù)施工實際需求，采取針對性的夯實措施，但務(wù)必確保級配碎石基礎(chǔ)密實；4）螺栓組裝。采用松螺栓組法，根據(jù)技術(shù)規(guī)范對各個螺母的扭力矩進(jìn)行嚴(yán)格控制，在使用機動扳手時，擰板時間應(yīng)為2s～5s，對于鍍鋅保護(hù)層受損處，應(yīng)立即涂防銹劑；為了減少溫度因素對波紋管產(chǎn)生的次生應(yīng)力影響，應(yīng)在恰當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行螺栓施擰，最佳溫度為13～22℃。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，鋼波紋管涵在高速公路工程中的應(yīng)用更加廣泛。在實際施工中應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，并采取科學(xué)合理的施工工藝，使基坑開挖、基礎(chǔ)施工、管節(jié)連接、回填等施工質(zhì)量得到切實保障，科學(xué)有效地降低工人勞動強度，可以在工期和成本上獲得更好的成果。