黃土地區深埋大直徑鋼波紋管涵施工關鍵技術

汪瀟瀟 李建偉 陳福東 胡慶國 張程偉

(1.中國建筑第六工程局有限公司，天津 300450； 2.鄭州大學水利科學與工程學院，河南 鄭州 450001)

1 概述

鋼波紋管涵具有協調變形能力好、施工工期短、工藝簡單等諸多優點，近年來在公路建設中得到廣泛應用[1,2]。許多學者和工程師也通過不同手段對鋼波紋管涵設計、施工等進行了較為深入研究，諸如：沈慶娥等[3]以蒙文硯高速公路項目工程作為研究對象，研究了鋼波紋管涵在山區公路建設中施工的關鍵技術；馮忠居等[4]通過模型試驗研究了鋼波紋管涵洞受力與變形特性；李卿[5]通過鋼波紋管涵和鋼筋混凝土蓋板涵的對比分析，介紹了鋼波紋管涵的經濟適用性及優點，并對鋼波紋管涵的施工工藝進行了詳細的介紹。趙國虎等[6]通過有限元模擬對公路建設鋼波紋管涵設計與施工關鍵技術進行了分析。張允海等[7]通過對大直徑高填方鋼波紋管涵洞進行現場試驗檢測得到了鋼波紋管涵在填土荷載作用下的受力及變形特征，在軸向以受拉為主，在環向以受壓為主。但是黃土地區“千溝萬壑”，土質具有“多孔疏松、遇水濕陷”[8]的鮮明特征，致使傳統的鋼波紋管涵施工方法無法全部滿足施工生產需要，特別是施工質量很難得到保障。鑒于此，本文結合國道310洛陽東至豫陜界段南移新建工程實際，開展了黃土地區深埋大直徑波紋管涵施工關鍵技術研究，取得了較好的效果，以期對類似施工提供一定的參考。

2 黃土地區深埋大直徑鋼波紋管涵施工的重點難點

黃土地區深埋大直徑鋼波紋管涵施工重點難點主要有：

1)黃土普遍具有“多孔疏松、遇水濕陷”的鮮明特征，而波紋管涵在長期使用過程中不可避免會有滲水情況發生，所以鋼波紋管涵的地基處理是其施工的重點難點之一；

2)大直徑鋼波紋管涵楔形部位面積較大，但空間狹小，各種壓實設備很難發揮效能，壓實度往往不足，易造成后期沉降過大；

3)深埋大直徑鋼波紋管涵上覆土較厚，對管涵壓力較大，施工階段如果管涵兩側土體不能提供足夠抗力，管涵容易壓扁變形，造成較為嚴重后果。針對黃土地區深埋大直徑鋼波紋管涵施工的重點難點，國道310三門峽西至豫陜界段南移新建工程深埋大直徑波紋管涵施工中，以綠色施工、質量可靠為著眼點，根據濕陷性黃土的特性，從基底處理、兩側及頂部回填控制、管涵變形控制、充分發揮側向抗力等方面入手，保障大直徑深埋鋼波紋管涵施工質量。

3 黃土地區深埋大直徑鋼波紋管涵施工的關鍵技術

3.1 基坑放樣及開挖

根據設計提供的中心樁號及夾角、涵洞基礎長度等數據，采用全站儀進行實地放樣，并用石灰撒線。準確放樣測量基礎平臺位置和軸線，對平面、流水面、進出口的高程進行復核。

基于濕陷性黃土的特性，開挖前在基坑頂緣四周適當距離設置截水溝，防止地表水流入基坑內，并做好降雨坑底防護預案。

在基坑開挖時，考慮到鋼波紋管涵安裝及周圍的回填密實問題，基坑開挖應以擬建的鋼波紋管涵3倍寬度為宜，至少應確保跨徑以外1.5 m以上的作業空間。

3.2 基礎處理及墊層施作

黃土地區深埋大直徑鋼波紋管涵大多為半填半挖地基，在施工中可通過逐層碾壓、分層夯實、強夯等，消除黃土的濕陷性，并確保填土部分的壓實度達到設計要求，防止出現不均勻沉降；對于高陡坡，采用“放臺階”難度較大的半填半挖區域，在實踐中采用竹筋格柵加土工格室相結合的辦法，較好的解決了填方滑移的問題(見圖1)。

基于黃土的濕陷性和取材的方便性，基坑開挖后，在滿足設計要求的承載力基礎上，建議基底回填不小于50 cm的3∶7的石灰土，其上再回填厚度30 cm～80 cm的砂礫墊層。砂礫墊層由透水性好、粒度分布良好的砂礫或碎石土成形，材料的密實度要達到設計要求，最大粒徑不得超過鋼波紋管波長的1/2且不大于50 mm。與波紋鋼板接觸部分要鋪設厚度10 cm～15 cm的粗砂墊層，其最大粒徑不大于12 mm。墊層的壓實度不應小于96%。

根據地基土可能出現的下沉量、涵底縱坡和填土高度等，在基礎上預留管長的0.5%～1%(如圖2所示)的預拱度[9]，以確保管道中部不出現凹陷或滑坡，沉降量大、填土厚者取大值，但管涵中心的高程應不高于進水口的高程。在半填半挖的填方區，為在使用過程中管涵受力均勻，應結合填方高度和沉降預估，適當提升高填方區標高，但出水口的高程應不高于管涵中心高程。

3.3 管節拼裝及防腐處理

管身安裝前要檢查涵管底部基礎平整度、標高及基礎預拱度的設置，確定涵洞位置、中心軸線和中點。

拼裝時由下向上順次拼裝，先拼裝底板，縱向以中心軸線的中點為基準，第一張波紋板定位，以此為起點向兩側延伸，直至兩端。圓周向搭接長度為50 mm，搭接部分上板覆蓋下板，圓周向連接采用階梯型，即上面兩塊板的連接疊縫與下面兩塊板的疊縫錯位，連接孔對正后，用涂上潤滑劑的螺栓，套上墊圈由內向外插入孔位，套上墊圈后用套筒扳手預緊螺母。圓周向拼裝滿三塊波紋板時，要檢測一次截面形狀，達到標準后才能繼續拼裝，達不到標準及時調整。圓周向拼裝到環形圈合攏時，測定截面形狀，采用定位桿固定，調整預緊螺栓，拼裝頂部第一塊波紋板。拼裝完成后，在回填前緊固所有螺栓。

拼裝完成后，在搭接處用專用密封膠或環氧樹脂砂漿封填，以防波紋管連接處滲水。為了防止鋼波紋管生銹，拼裝成型后在鋼波紋管內外噴涂兩遍乳化瀝青，以涂刷層總厚度達到0.4 mm～0.5 mm，從外觀看管壁內外均勻的涂成黑管為準。此外，要注意在瀝青晾干后才可回填。

3.4 大直徑管涵兩側回填

大直徑鋼波紋管涵楔形部位面積較大，但空間狹小，各種壓實設備很難發揮效能，壓實度往往不足，易造成后期沉降過大，所以施工時應特別重視。回填時，在波紋管涵兩側面用紅油漆按20 cm高度作出填高標示，填筑時按標注線控制填筑高程。對于有端部擋墻的涵洞，從兩端向結構的中心進行回填；對于沒有端部擋墻的涵洞，從結構的中心向兩端進行回填。

回填料建議采用粗砂回填，也可根據取材的方便性，采用摻6%的白灰的黃土回填。楔形部可采用小型手持式低頻混凝土振動器結合木夯搗實完成。考慮到濕陷性黃土的特性，謹慎采用“粗砂”水密實法振搗密實，或用流態粉煤灰及輕型混凝土澆筑到楔形部。

在管身兩側50 cm外采用壓路機壓實，50 cm范圍內采用平板夯夯實。填筑時分層填筑、分層壓實，每層壓實厚度為20 cm，壓實度不小于96%后方可進行下一層填筑。填筑必須在涵管兩側對稱同步進行。涵管兩側20 m范圍內不允許使用機械進行強夯。

3.5 大直徑管涵變形控制及管頂回填

鋼波紋管拼裝完成經檢驗合格后，在管涵內部每隔2 m～3 m用方木做成十字或米字撐，方木與鋼波紋管接觸處設置木質墊板，防止因回填造成深埋大直徑鋼波紋管涵變形，管內臨時支撐在填土沉降穩定后方可拆除。

考慮到深埋大直徑鋼波紋管涵上覆土較厚，對管涵壓力較大，在管涵兩側土體不能提供足夠抗力的情況下，管涵容易被壓扁變形。波紋管涵兩側回填建議采用砂礫或摻6%的白灰的黃土，回填范圍及厚度要求：管涵兩側3/4管徑以下填筑砂礫或摻6%的白灰的黃土，兩側填筑范圍不小于孔徑的0.5倍；兩側3/4管徑以上頂部可填筑與路基填料相同的材料。同時要注意，涵洞回填土不得使用含有泥草、腐殖物的土，每層回填厚度不得大于20 cm，且壓實度不小于96%。

另外，建議合理安排工期，待管頂完成上覆土2 m左右時，停止上覆土回填，讓土體固結一段時間(1個月左右)，兩側土體可以提供足夠抗力時，再按要求分層回填，確保大直徑鋼波紋管涵變形在規定范圍內。

通過以上關鍵工序把控，經后期監測(見圖3)，項目整體效果良好。

4 結語

本文針對黃土地區深埋大直徑鋼波紋管涵施工的重點難點，結合國道310三門峽西至豫陜界段南移新建工程深埋大直徑波紋管涵施工情況及效果，對在黃土地區進行深埋大直徑鋼波紋管涵施工，提出如下建議供大家參考：

1)黃土地區深埋大直徑鋼波紋管涵地基，在施工中須通過逐層碾壓、分層夯實、強夯等，消除黃土的濕陷性；對于高陡坡，采用“放臺階”難度較大的半填半挖區域，在實踐中采用竹筋格柵加土工格室相結合的辦法，可較好解決填方滑移的問題。

2)大直徑鋼波紋管涵楔形部位面積較大，但空間狹小，各種壓實設備很難發揮效能，壓實度往往不足，易造成后期沉降過大，回填可根據取材的方便性，采用摻6%的白灰的黃土回填。楔形部位可采用小型手持式低頻混凝土振動器結合木夯搗實完成。

3)為了防止因回填造成深埋大直徑鋼波紋管涵變形，在管涵內部每隔2 m～3 m用方木做成十字或米字撐，并在管涵兩側3/4管徑以下填筑砂礫或摻6%的白灰的黃土。另外根據工期情況，待管頂完成上覆土2 m左右時，停止上覆土回填，讓土體固結一段時間(1個月左右)，確保兩側土體可以提供足夠抗力。