山區(qū)高速公路裝配式涵洞施工關(guān)鍵技術(shù)

龔景森

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511450）

鋼筋混凝土涵洞工程為高速公路常見結(jié)構(gòu)物，其施工對路基工程的順利推進(jìn)有關(guān)鍵影響，尤其在多雨的南方山區(qū)，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土涵洞結(jié)構(gòu)的施工，受現(xiàn)場環(huán)境、天氣等影響較大，分不同工程部位的工序較為煩瑣，如受陰雨天氣、復(fù)雜的地形地貌或便道條件的制約，不能形成流水作業(yè)組織施工，常出現(xiàn)在雨后導(dǎo)致窩工、待工等現(xiàn)象，施工進(jìn)度難以保證。同時，由于施工隊伍的施工水平參差不齊，作業(yè)點多且常較為分散，施工組織管理難度較大，易出現(xiàn)鋼筋間距、保護(hù)層合格率偏低，錯臺、漏漿、蜂窩麻面等混凝土外觀質(zhì)量問題[1]。傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土涵洞存在施工周期長、施工質(zhì)量不易控制、現(xiàn)場勞動強(qiáng)度大、安全風(fēng)險高等弊端。

裝配式涵洞是通過集中預(yù)制涵節(jié)構(gòu)件，在現(xiàn)場完成涵節(jié)構(gòu)件拼裝后，僅需要施工后澆底板連接鋼筋混凝土與防水，形成閉合環(huán)節(jié)。裝配式涵洞施工技術(shù)可以實現(xiàn)構(gòu)件集中工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場施工裝配化及機(jī)械化，質(zhì)量易于控制，施工簡單，工期較短[2-3]。該文以云茂高速公路TJ14 標(biāo)裝配式涵洞工程實踐為例，對裝配式涵洞的施工工藝、施工技術(shù)難點進(jìn)行分析研究。

1 工程概況

廣東省云浮羅定至茂名信宜（粵桂界）高速公路TJ14標(biāo)預(yù)制裝配式涵洞4 座（總涵長172m），路線處于云開大山脈中，云霧山脈西側(cè)，TJ14 標(biāo)（K111+620～K122+600）沿線主要通過屬丘陵山區(qū)和丘間谷地工程地質(zhì)區(qū)（Ⅰ區(qū)）、微丘崗嶺工程地質(zhì)區(qū)（Ⅱ區(qū)），局部為河流沖洪積平原工程地質(zhì)區(qū)（Ⅲ區(qū)）；亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，一般每年4-9 月降雨豐沛。

項目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時速100km/h；整體式路基寬26m。橋梁設(shè)計荷載為公路—I 級，橋涵、路基設(shè)計洪水頻率1/100。

表1 裝配式涵洞參數(shù)表

2 裝配式涵洞概述

該項目裝配式涵洞為四構(gòu)件組合預(yù)制拼裝涵洞，其中3 個混凝土預(yù)制構(gòu)件包括頂板和2 個側(cè)墻。構(gòu)件組裝后，現(xiàn)澆下部底板，上部頂板兩接頭保持鉸接形式，使構(gòu)件形成整體。結(jié)構(gòu)形式有為管型和箱型，其中管型涵橫斷面尺寸為6m×4.5m 和4m×4m、箱型涵橫斷面尺寸為6m×4m；在涵長方向布置上由3m 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段、1m 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段及3m 非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段組成。涵洞主體結(jié)構(gòu)橫斷面如圖1 所示，K120+291 配式管型涵洞現(xiàn)場安裝如圖2 所示。

圖1 涵洞主體結(jié)構(gòu)橫斷面圖

圖2 TJ14 標(biāo)K120+291 裝配式管型涵洞

3 裝配式涵洞施工工藝

3.1 施工工藝流程

裝配式涵洞預(yù)制構(gòu)件通過在工廠預(yù)制涵洞節(jié)段構(gòu)件，運至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝。在借鑒前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上[4]，總結(jié)該項目裝配式涵洞的工藝流程，如圖3 所示。

圖3 裝配式涵洞施工工藝流程圖

3.2 預(yù)制構(gòu)件施工技術(shù)要點及對應(yīng)質(zhì)量控制措施

涵洞的預(yù)制涵節(jié)構(gòu)件生產(chǎn)采用集中工廠化施工，預(yù)制廠區(qū)設(shè)置鋼筋加工區(qū)、半成品存放區(qū)、鋼筋胎架綁扎整體吊裝區(qū)、砼澆筑及帶模養(yǎng)生區(qū)、構(gòu)件養(yǎng)護(hù)存放區(qū)、試拼檢驗區(qū)6個區(qū)域。

3.2.1 鋼筋加工

按照鋼筋設(shè)計形狀和尺寸，統(tǒng)一制作帶有定型卡槽的鋼筋綁扎胎架，所有鋼筋骨架均在胎架上加工成型，經(jīng)驗收合格后由龍門吊整體吊裝入模，確保鋼筋制作的標(biāo)準(zhǔn)化，有效控制鋼筋間距、定位。在吊裝鋼筋骨架使用多點鋼筋吊裝架，吊裝架采用桁架式結(jié)構(gòu)，倒鏈和掛鉤與桁架下方吊環(huán)連接，倒鏈與鋼筋通過掛鉤連接，有效控制了鋼筋骨架的變形。此外，采用圓形滾輪墊塊代替梅花型墊塊，確保鋼筋定位的各向同性；鋼筋骨架之間采用支撐鋼筋連接，層距之間用架立鋼筋焊接，同一層鋼筋與模板之間采用分布鋼筋與模板點焊連接，避免因振搗導(dǎo)致的鋼筋橫向偏位，有效確保保護(hù)層的厚度。

3.2.2 模板

根據(jù)裝配式涵洞預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，廠家定制標(biāo)準(zhǔn)化的臥式定制整體定型鋼模板面板厚度（面板厚度6mm），模板系統(tǒng)的基礎(chǔ)梁采用地腳螺栓與地面錨接，采用鉸接式旋鈕絲桿做支撐，方便調(diào)節(jié)與脫模。模板系統(tǒng)須具有足夠和持續(xù)的剛度、精度、光潔度和平順度，加工尺寸精確、系統(tǒng)支撐固定、操作適用性須滿足涵節(jié)預(yù)制構(gòu)件的制作要求。

模板按設(shè)計要求精確定位預(yù)留預(yù)埋件的槽口，同時做好構(gòu)件鉸縫縫曲面尺寸的精準(zhǔn)控制，以便涵洞的預(yù)制構(gòu)件能順利安裝。底模下部設(shè)置高頻振動器振搗，保證混凝土振搗充分密實。完成混凝土澆筑并達(dá)到終凝后，采用移動式噴淋臺車進(jìn)行脫模前保濕養(yǎng)護(hù)。

3.2.3 混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)

龍門吊并利用料斗布料進(jìn)行混凝土澆筑，采用高頻附著式振動器并輔以插入式振搗棒振搗，保證混凝土的密實度。構(gòu)件脫模后，吊裝至構(gòu)件存放區(qū)進(jìn)行二次養(yǎng)生。構(gòu)件存放區(qū)采用工字鋼存放，按照澆筑時的姿態(tài)存放。在接觸面采用橡膠墊隔離開，墻身存放下部需要墊存放胎架，在預(yù)留鋼筋位置需要墊方木或單獨胎架構(gòu)件，底部通過埋地式管道自動噴淋、頂部通過噴淋臺車等措施，達(dá)到全覆蓋保濕養(yǎng)生，有效確保了混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

3.2.4 涵洞構(gòu)件試拼裝及運輸

為降低涵洞構(gòu)件的現(xiàn)場拼裝誤差，提高安裝精準(zhǔn)度及施工效率，構(gòu)件預(yù)制完成出運前且混凝土強(qiáng)度不小于設(shè)計強(qiáng)度90%后，須進(jìn)行節(jié)段閉合試拼與外形尺寸、保護(hù)層及外觀質(zhì)量等方面檢查，各指標(biāo)達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求方可出廠。場內(nèi)試拼裝如圖4 所示。試拼合格后，利用平板車運輸至施工現(xiàn)場。平板車上安裝定制專用的構(gòu)件固定胎架，通過寬條繩及手拉葫蘆將構(gòu)件與固定胎架鎖定牢固，防止運輸過程中構(gòu)件發(fā)生松動或傾覆，如圖5 所示。構(gòu)件與胎架接觸處面采用橡膠支墊，以防運輸過程中損傷構(gòu)件。構(gòu)件采用車輛總長度為15m，板長12m，板寬2.5m 的平板車進(jìn)行運輸，運輸施工便道寬度不小于4m，轉(zhuǎn)彎半徑不小15m，坡度不大于1︰0.6，對山區(qū)施工便道需要放緩縱坡，保證車輛運輸安全。

圖4 裝配式涵洞試拼

圖5 構(gòu)件運輸

3.3 裝配式涵洞現(xiàn)場安裝技術(shù)要點及對應(yīng)質(zhì)量控制措施

3.3.1 涵洞基坑開挖及基底處理

基坑開挖坡度采用1︰0.75，基地開挖尺寸比涵洞基礎(chǔ)寬出80cm?；姿闹茉O(shè)30cm 寬排水溝和50cm 寬作業(yè)余寬，基坑開挖采用挖掘機(jī)開挖至設(shè)計標(biāo)高上30cm 時，改用人工挖除清理至設(shè)計標(biāo)高。地基承載力（設(shè)計要求不小于200kPa）符合要求后，在基底四周人工開挖排水溝，及時檢查基坑平面位置和高程，符合相關(guān)要求后，進(jìn)行墊層施工。

按地基承載力容許值不小于200kPa 的設(shè)計要求：1）對軟弱地基，根據(jù)地基承載力試驗（輕型動力觸探）成果，采用碎石或砂礫等透水性材料換填夯實，厚度不小于50cm；2）巖石地基應(yīng)開挖后出現(xiàn)巖面不平整，以不小于30cm 厚度的合格碎石或砂礫石等找平夯實；3）基底承載力不均勻的地基，除了不合格的換填深度外，處理后保留頂部不小于30cm 的整平面的優(yōu)質(zhì)碎石或砂礫置換層。

3.3.2 涵洞墊層施工

墊層平整度質(zhì)量直接影響涵洞的拼裝效果和接縫大小，且為直接承受涵洞結(jié)構(gòu)豎向荷載的接觸面。為確保涵洞的拼接整體效果與避免構(gòu)件應(yīng)力集中效應(yīng)，墊層平整度為涵節(jié)構(gòu)件現(xiàn)場拼裝施工的關(guān)鍵控制點。墊層施工時，應(yīng)注意縱橫向的線形平順和構(gòu)件就位點高程的準(zhǔn)確。

墊層混凝土施工采用10 號槽鋼作兩側(cè)邊模標(biāo)高帶，保證墊層的厚度符合設(shè)計。槽鋼邊模每隔2m 設(shè)置16mm 內(nèi)徑套筒，采用14mm 圓鋼條樁穿過套筒插入地基，螺絲鎖緊固定調(diào)整好的槽鋼邊模，確保兩側(cè)標(biāo)高帶的頂面高程?；炷翝仓螅M(jìn)行二次壓光收面，人工對墊層頂面仔細(xì)找平，同時在澆筑完畢后12 h 內(nèi)開始對混凝土加以覆蓋和澆水養(yǎng)7d?；炷吝_(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%后，在混凝土墊層上放出拼裝構(gòu)件位置，并用墨線標(biāo)記，對墊層標(biāo)高進(jìn)行測量復(fù)核，對超高的地方采用磨光機(jī)磨平，對低位范圍采用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行找平。在打磨和找平施工后，采用3m 平整度尺進(jìn)行構(gòu)件基礎(chǔ)位置檢查，平整度要求不大于3mm，確保側(cè)墻底面安放位置高程、平整度和涵洞的縱坡符合要求。墊層施工每6m設(shè)置一道2cm 的變形縫，變形縫與涵節(jié)縱縫對齊。

3.3.3 構(gòu)件安裝

根據(jù)裝配式涵洞節(jié)段質(zhì)量來配置汽車吊吊裝質(zhì)量。裝配式涵洞構(gòu)件最大質(zhì)量為K112+433 裝配式箱型涵洞頂板，約25.67t?，F(xiàn)場80t 的汽車吊能夠滿足吊裝要求。

預(yù)先規(guī)劃好構(gòu)件存放位置及固定措施、吊裝的方位及吊車作業(yè)位置、配套設(shè)備及材料的進(jìn)出場便道等。

在涵洞兩側(cè)設(shè)置吊車工作區(qū)域，場地進(jìn)行平整壓實保證吊裝安全；運輸通道利用原有便道和新修便道進(jìn)入施工區(qū)域。側(cè)墻和頂板存放時嚴(yán)禁直接放置在地面上，應(yīng)采用方木支墊，并用楔形木尖頂緊，防止滑動。

構(gòu)件組裝應(yīng)按設(shè)計文件實施。

構(gòu)件拼裝前在墊層平面上放出側(cè)墻基礎(chǔ)外側(cè)安裝控制線，控制線外側(cè)用槽鋼限位。槽鋼外側(cè)膨脹螺栓固定，線性保證順直且內(nèi)側(cè)與安裝控制線位置密貼。安裝時構(gòu)件要緊貼槽鋼內(nèi)側(cè)放置，必要時可利用支撐桿及鋼絲繩輔助穩(wěn)定，防止偏離設(shè)計位置，相鄰節(jié)段內(nèi)輪廓線錯口控制在5mm 以內(nèi)。節(jié)段按高處向低處順序安裝。

兩側(cè)墻吊裝就位完成后復(fù)核相對距離等，滿足要求后方可吊裝頂板。

為避免由于縱向鉸縫接觸面不平整而出現(xiàn)構(gòu)件受力不均勻、增加縫隙、后期滲水等隱患，頂板吊裝位置確認(rèn)無誤后，應(yīng)平穩(wěn)提吊頂板至高出鉸縫位置，人工對鉸縫位置進(jìn)行回灌M50 高強(qiáng)水泥砂漿，再將頂板下落至安裝位置，利用頂板自重擠壓鉸縫高強(qiáng)水泥砂漿至密貼，一階段構(gòu)件安裝完成。

現(xiàn)場拼裝作業(yè)配置為4 人一小組和2 臺80t 汽車吊配合吊裝。

3.3.4 現(xiàn)澆底板施工

待所有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的吊裝就位后，按照設(shè)計圖紙要求進(jìn)行底板鋼筋綁扎。底板橫向鋼筋采用搭接焊連接，焊縫長度滿足單面焊不小于10 倍鋼筋直經(jīng)，雙面焊不小于5 倍鋼筋直經(jīng)，焊接質(zhì)量應(yīng)滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求。混凝土澆筑前須對墊層表面沖洗干凈。底板采用與預(yù)制構(gòu)件同等強(qiáng)度混凝土，從低位向高位進(jìn)行澆筑。涵洞基底在不均勻沉降難控制的情況下，現(xiàn)澆底板按6m 或9m 節(jié)段設(shè)置沉降縫且設(shè)置與預(yù)制構(gòu)造縫對齊，采用瀝青、瀝青麻絮填塞。

3.3.5 防水施工

除按圖紙做基本防水外，尚應(yīng)對節(jié)段和構(gòu)件接縫進(jìn)行以下防水處理。

3.3.5.1 內(nèi)側(cè)接縫

內(nèi)側(cè)接縫處理如下：1）以泡沫塑料板塞縫后用鋼絲刷、抹布將縫內(nèi)清除干凈，拉毛處理；2）灑水濕潤接縫，待晾干后再填塞M7.5 高黏稠水泥砂漿；3）填塞后約2 h，用泡沫板將接縫處砂漿搓刮，并進(jìn)行修平處理，用鐵抹子進(jìn)行收光，用鋁合金尺檢查平整度；4）用噴霧器灑水養(yǎng)生。

3.3.5.2 外側(cè)接縫

外側(cè)接縫處理如下：1）以泡沫塑料板塞縫后用鋼絲刷、抹布將縫內(nèi)、縫邊清楚干凈，拉毛處理；2）用M7.5 高黏稠水泥砂漿將接縫填滿抹平，待砂漿具有一定強(qiáng)度時灑水養(yǎng)生；3）砂漿養(yǎng)生7 d 后，沿接縫先涂一層25cm 寬911 聚氨酯防水涂料，再黏貼25cm 寬的背貼式橡膠止水帶，以專用膠水黏貼。

3.3.5.3 橡膠止水帶安裝注意事項

安裝注意事項如下：1）止水帶黏附的砼基面應(yīng)平整、潔凈、干燥、無裂縫，其平整度允許偏差為3mm。2）為使止水帶固定牢固，可每隔1m 用高強(qiáng)鋼釘固定。3）止水帶與節(jié)段接縫界面黏貼要緊密，沿接縫方向不得留斷點，不能被浮渣塵土等阻隔。4）止水帶存放及運輸時，應(yīng)避免潮濕和擠壓。5）防水工程完成前，應(yīng)避免止水帶被雨水或施工用水浸泡。6）在通道外側(cè)進(jìn)行回填施工時應(yīng)注意對背貼式橡膠止水帶的保護(hù)。7）橡膠止水帶應(yīng)向?qū)I(yè)廠家采購，技術(shù)指標(biāo)須符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，并具備耐低溫、耐腐蝕性能，正式使用前須進(jìn)行試驗以檢驗其遇水膨脹性能，并提供檢驗合格證方可使用。

3.3.6 回填施工

反開挖、涵洞采用中粗砂涵背回填，填方段采用合格路基填料涵背回填。

現(xiàn)澆混凝土及砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的90%后方可進(jìn)行涵背回填。回填應(yīng)對稱分層壓實，各層壓實后的厚度應(yīng)不大于20cm，壓實度小于96%。

涵洞撐腳區(qū)采用中粗砂回填，水密法施工壓實。

結(jié)構(gòu)側(cè)墻區(qū)側(cè)面1m 范圍內(nèi)采用小型夯實機(jī)分層壓實，此外范圍26t 壓力機(jī)分層壓實，壓實設(shè)備碾壓順序方向應(yīng)與涵洞縱向平行。

涵洞頂板上回填厚度小于0.5m 時，采用小型夯實機(jī)分層壓實，同時嚴(yán)禁通行重型設(shè)備及堆放重物，壓實設(shè)備碾壓順序方向應(yīng)與涵洞縱向平行。

4 與傳統(tǒng)涵洞施工的對比

4.1 質(zhì)量方面

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土涵洞施工，常常受限于施工隊伍技術(shù)水平或現(xiàn)場管理不到位。鋼筋制作安裝一般是由施工隊伍在現(xiàn)場加工與綁扎，加工精度難于控制；保護(hù)層墊塊設(shè)置不合理或綁扎不牢導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層合格率偏低；模板支架加固不牢固導(dǎo)致變形，人工振搗不到位導(dǎo)致蜂窩麻面，混凝土澆筑質(zhì)量難控制。各個施工隊伍的施工水平也參差不齊，施工點多分散，管理難度很大，經(jīng)常會出現(xiàn)涵洞施工完成后才發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不理想的情況，處理起來很困難。

廣東省云茂高速公路所采用的施工方法是將涵洞工廠化集中預(yù)制，使用先進(jìn)鋼筋加工設(shè)備，采用相應(yīng)的輔助措施，使鋼筋半成品與鋼筋骨架的加工精度得以保證。采用整體定型鉸接式鋼模板系統(tǒng)、附著式振搗器、自動噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)等，有效確保了混凝土施工質(zhì)量。

涵洞構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)化集中預(yù)制，解決了過去涵洞施工點多分散、模板支架設(shè)置隨意、施工水平參差不齊、混凝土質(zhì)量難以控制等問題，使涵洞工程施工質(zhì)量得到了較大幅度的提高。

4.2 進(jìn)度方面

涵洞的傳統(tǒng)施工方法從基礎(chǔ)到墻身再到蓋板是依次進(jìn)行的，而且往往還要將基礎(chǔ)、墻身再分成若干段進(jìn)行施工。在山區(qū)高速公路施工，雨季開展土石方工程施工較為受限，往往在這時需抓搶有利天氣施工涵洞等結(jié)構(gòu)物，為旱季土石方施工創(chuàng)造工作面，減少雨季對施工的不利影響。傳統(tǒng)涵洞的施工幾乎全過程在現(xiàn)場露天施工，工序較為煩瑣，受天氣影響較大，雨天過后往往仍受限于便道或復(fù)雜地形的原因，涵洞施工無法連續(xù)展開，導(dǎo)致工期浪費。

裝配式涵洞因工廠化集中作業(yè)，實現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備、模板、人工的高效利用，減少了季節(jié)、天氣等因素對涵洞施工作業(yè)；同時各道工序可以平行作業(yè)，每循環(huán)周期大大縮短。裝配式涵洞現(xiàn)場作業(yè)量主要為基礎(chǔ)底板現(xiàn)澆與構(gòu)件安裝作業(yè)，與傳統(tǒng)涵洞施工相比，裝配式涵洞施工較為快捷。

4.3 安全方面

傳統(tǒng)涵洞由于施工條件的限制，幾乎全過程為露天作業(yè)，存在安全風(fēng)險源較多，安全管理難度較大，安全事故發(fā)生的概率往往高于室內(nèi)作業(yè)。裝配式涵洞是由室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行施工，廠區(qū)功能分區(qū)清晰，臨時用電設(shè)置規(guī)范，可降低高溫中暑、雷擊、高處墜落、物體打擊、觸電事故、坍塌事故、機(jī)械傷害等多方面風(fēng)險。

4.4 適用性對比

傳統(tǒng)涵洞適用于全部的涵洞類型。裝配式管型涵洞不能適用于涵頂填土16m 以上路基斷面，裝配式箱型涵洞不能適用于涵頂填土2m 以上路基斷面。由于大型構(gòu)件對運輸通道的要求較高，對便道條件較差的段落設(shè)置較大斷面裝配式涵洞有一定的局限性。

5 結(jié)語

裝配式涵洞實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化，與傳統(tǒng)的鋼筋砼涵洞施工方法相比具有工程質(zhì)量易于控制、不利天氣及復(fù)雜地勢環(huán)境施工效率高、安全風(fēng)險低等優(yōu)勢，符合推進(jìn)施工標(biāo)準(zhǔn)化、推行現(xiàn)代工程管理新理念的要求，值得進(jìn)一步借鑒、應(yīng)用和推廣。該文針對裝配式涵洞的施工工藝、關(guān)鍵技術(shù)難點及解決措施進(jìn)行分析，形成了裝配式涵洞施工的成套施工技術(shù)，合理解決涵洞預(yù)制構(gòu)件常見質(zhì)量通病、精準(zhǔn)安裝、施工縫防水措施等問題，有效縮短涵洞施工工期、提升涵洞施工質(zhì)量。結(jié)果表明，該研究與工程實踐經(jīng)驗，可為后續(xù)類似高速公路裝配式涵洞施工提供參考。