半圓形鋼波紋管涵施工關(guān)鍵技術(shù)研究

溫惠丹

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

涵洞是道路工程中埋于路基以快速疏通公路兩側(cè)水流的人工構(gòu)造物,能夠有效避免雨水浸泡對路基的損害。目前常用類型有素混凝土涵、鋼筋混凝土涵、磚涵及石涵。然而由于所用材料剛性極大,導(dǎo)致涵洞受到不均勻沉降時極易產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象[1]。此外,水流沖刷導(dǎo)致混凝土材料受到溶蝕作用而逐層剝離,很大程度上降低了涵洞使用壽命[2]。因此,亟須通過柔性大、抗沖刷強(qiáng)的材料替代傳統(tǒng)材料以延長涵洞使用壽命。而采用鋼波紋管涵能夠有效避免上述涵洞病害,鋼材柔性以及波紋管特有的形狀能夠充分消除不均勻沉降所產(chǎn)生的橫向位移應(yīng)力,具有極好的變形能力;通過工廠對涵管和配件提前做表層防腐處理,能夠有效阻絕有害物質(zhì)侵蝕,并提高涵洞抗沖刷能力。因此,將鋼波紋管涵用于公路涵洞工程中,能夠延長涵洞使用壽命,降低維護(hù)費(fèi)用,具有良好的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。而目前鋼波紋管涵高速公路項目施工應(yīng)用較少,缺少系統(tǒng)性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作為指導(dǎo),為保證該新型涵洞構(gòu)造的施工質(zhì)量和效果,有必要針對鋼波紋管涵施工技術(shù)做進(jìn)一步研究。已有學(xué)者對不同工程背景下的鋼波紋管涵施工技術(shù)進(jìn)行了研究。李光輝等[3]依托彌玉高速公路高填方路基工程,論述了鋼波紋管涵基礎(chǔ)尺寸、標(biāo)高等重要因素的控制技術(shù)。王薇[4]對高速公路的鋼波紋管涵拼裝、連接工藝進(jìn)行了詳細(xì)表述,認(rèn)為拼接過程需做好嚴(yán)密的防滲水工作,以便更好地進(jìn)行涵洞后期的養(yǎng)護(hù)工作。張維東[5]針對黃土地區(qū)回填壓實(shí)度不足而引起的跳車問題,提出采用QC方法和PDCA循環(huán),通過控制涵背回填質(zhì)量而避免該問題。然而,不同項目的施工背景有所差異,因此,仍需分享更多鋼波紋管涵工程技術(shù)經(jīng)驗及研究成果,從而進(jìn)一步形成良好的理論基礎(chǔ)體系。

為給鋼波紋管涵應(yīng)用于公路涵洞工程提供更多的參考及借鑒,本文依托于廣西信都至梧州高速公路二期工程,探究了鋼波紋管涵施工及質(zhì)量控制技術(shù),旨在促進(jìn)更為完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范形成。

1 工程概述

廣西信都至梧州高速公路二期工程設(shè)計施工總承包項目經(jīng)理部三分部K67+765段鋼波紋管涵,采用Q345鋼材波紋鋼,屈服強(qiáng)度為345 MPa。涵洞形狀為半圓形,長度為85 m,取用波形尺寸為381 mm×140 mm×9 mm(波長×波高×壁厚)的深波紋大壁厚波紋鋼板。該涵洞的管頂填土高為13 m。

2 施工技術(shù)

該項目半圓形大直徑鋼波紋管涵洞施工流程如圖1所示。本文通過基礎(chǔ)施工、管涵安裝、管溝回填、質(zhì)量控制4個方面研究鋼波紋管涵洞關(guān)鍵施工技術(shù)。

圖1 半圓形大直徑鋼波紋管涵洞施工流程圖

2.1 基礎(chǔ)施工

基礎(chǔ)施工開始前應(yīng)先做好準(zhǔn)備工作,如備齊各類安裝與起吊工具或設(shè)備,準(zhǔn)備充足的腳手板和跳板,并為施工現(xiàn)場接通電源等。在基礎(chǔ)施工中,先按照設(shè)計要求的深度開挖溝渠,然后對基底進(jìn)行承載力試驗,若基底分布不良地質(zhì),則要聯(lián)系設(shè)計方進(jìn)行針對性處治。經(jīng)試驗或處理使基底承載力達(dá)到要求后,可通過回填一定厚度的砂礫等材料作為墊層,用于進(jìn)一步提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性與強(qiáng)度。最后在底基層表面增設(shè)一層厚度為40 cm的中粗砂,將其作為調(diào)平層,為之后的施工奠定基礎(chǔ)。該項目地質(zhì)條件良好,在進(jìn)行基礎(chǔ)回填時,每層材料應(yīng)壓實(shí)到相應(yīng)的設(shè)計高程,且壓實(shí)度>96%。

2.2 管涵安裝

半圓形大直徑鋼波紋管需要在工廠進(jìn)行定制,并且要在滿足各項檢測技術(shù)指標(biāo)要求后,在工廠進(jìn)行預(yù)拼裝,滿足要求后才能夠運(yùn)輸?shù)巾椖渴┕がF(xiàn)場。在運(yùn)輸過程中,還需要對每個管節(jié)做好標(biāo)號和隔離保護(hù)措施。

在施工現(xiàn)場安裝前同樣要做好一系列準(zhǔn)備工作,比如對涵底基礎(chǔ)實(shí)際標(biāo)高及平整度進(jìn)行檢查復(fù)核等。準(zhǔn)備工作完成后,先進(jìn)行底板拼裝,將中心軸線和中心點(diǎn)作為參考基準(zhǔn),將第一張波紋板準(zhǔn)確安裝到位;再將第一塊板作為起點(diǎn)不斷向兩側(cè)延伸;在第一塊板面上搭接第二張板,其搭接長度通常要達(dá)到50 mm;對準(zhǔn)板和孔,在螺栓上套入墊圈,并在螺紋處均勻涂抹潤滑劑,再將其插入到孔中,隨即套好墊圈,用扳手?jǐn)Q緊。對于環(huán)形圈的拼裝,其順序一般為從下到上,在下板的表面搭接覆蓋上板,搭接長度以90 mm作為控制標(biāo)準(zhǔn),搭接形式以階梯狀為宜,也就是上板面上的連接疊縫務(wù)必和下板面保持足夠錯位,再將墊圈套在板孔對位的螺栓上,并在螺紋處均勻涂抹潤滑劑,然后按照從內(nèi)到外的順序插入,接著套入墊圈,最后用扳手將螺母擰緊。拼裝好3個環(huán)向的波紋板之后,需要認(rèn)真校核結(jié)構(gòu)斷面整體形狀,在確認(rèn)符合要求后才能開始拼裝,若與要求不符,則要立即進(jìn)行調(diào)整。在環(huán)向拼裝持續(xù)至合龍?zhí)幰院?應(yīng)再次對其做復(fù)核。并對預(yù)緊螺栓進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,再對頂部的波紋板進(jìn)行拼裝。將整個管涵拼裝好以后,由人工借助定扭電動扳手以正確的順序緊固每個螺栓,此時的預(yù)緊力扭矩以270～410 N·m的范圍進(jìn)行把控。并且每緊固完一個螺栓都要進(jìn)行標(biāo)記,以免發(fā)生遺漏狀況。

此外,考慮到滲水是波紋板連接常見問題,故建議使用良好的密封材料來封堵連接部位。在向管溝中填筑土方之前,檢查所有螺栓是否完全擰緊,隨機(jī)抽取重量為2%的螺栓實(shí)施扭矩試驗,當(dāng)試驗發(fā)現(xiàn)有一個或多個螺栓未能達(dá)到要求的扭力矩,則要加大頻率繼續(xù)抽檢,直到合格。

2.3 管溝回填

按照設(shè)計要求在管涵兩側(cè)一倍直徑以外的部分采用滿足要求的級配料進(jìn)行回填,這個回填過程必須做好分層與對稱,分層厚度一般按照20 cm進(jìn)行控制。回填材料會對半圓形大直徑鋼波紋管涵結(jié)構(gòu)的受力和變形產(chǎn)生一定的影響,因此要控制回填材料的壓實(shí)度[6]。經(jīng)驗表明,壓實(shí)度所產(chǎn)生的強(qiáng)度模量會引起涵洞結(jié)構(gòu)變形,甚至?xí)?dǎo)致半圓形大直徑鋼波紋管涵結(jié)構(gòu)的坍塌。因此,在管涵兩側(cè)進(jìn)行回填時,通過對回填材料的機(jī)械和人工碾壓,達(dá)到要求的壓實(shí)度,即≥96%,以此防止管涵結(jié)構(gòu)兩側(cè)直接受到土體壓力的擠壓作用。將土體回填到管涵頂部<50 cm時,由人工借助手扶式振動打夯機(jī)將其碾壓密實(shí)。若回填到涵頂>50 cm后,可直接采用壓路機(jī)完成碾壓。在管涵的頂部,分層回填厚度和壓實(shí)度要符合設(shè)計要求。

2.4 質(zhì)量控制

將鋼波紋管涵安裝到位后,應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查,通常涉及的檢查項目、方法及規(guī)定值或允許偏差為:(1)土基壓實(shí)度:在管涵軸線投影下部土基每6 m檢測1處,總數(shù)≥2處,應(yīng)與設(shè)計要求相符;(2)管涵軸線偏位:采用經(jīng)緯儀進(jìn)行檢查,每6 m檢測1處,總數(shù)≥2處,要求偏差≤20 mm;(3)管涵內(nèi)底高程:其檢查方法為水準(zhǔn)儀法,檢查頻率為1處/6 m,且至少檢查2處,偏差≤±10 mm;(4)管涵內(nèi)徑:其檢查方法為尺量法,檢查頻率為1處/6 m,水平斷面和垂直斷面都要檢查,且至少檢查2處,偏差≤±1%。

目前該項目已通過驗收并處于通車狀態(tài),半圓形大直徑鋼波紋管涵整體性能良好,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)語

采用鋼波紋管涵替代傳統(tǒng)混凝土涵,能在滿足基本功能要求的基礎(chǔ)上,降低工程造價、縮短工期,并延長了涵洞的使用壽命。本文總結(jié)了半圓形鋼波紋管涵的施工關(guān)鍵技術(shù),指出其主要施工工序,并從基礎(chǔ)施工、管涵安裝、管溝回填、質(zhì)量控制4個流程進(jìn)行了詳細(xì)論述。鋼波紋管涵基礎(chǔ)需要良好的承載力,可通過回填沙礫等材料作為墊層進(jìn)一步提高基礎(chǔ)穩(wěn)定程度。管涵安裝、拼接過程需做好嚴(yán)密的防滲水工作,當(dāng)拼接工序完成后需抽取重量為2%的螺栓進(jìn)行扭矩檢驗,以此保證工程質(zhì)量;管溝回填需嚴(yán)格控制回填材料壓實(shí)度,避免壓實(shí)度過大而導(dǎo)致涵洞結(jié)構(gòu)變形。最后,從土基壓實(shí)度、管涵內(nèi)底高程、管涵內(nèi)徑等表征涵洞施工質(zhì)量,目前該項目已完成,整體性能良好。

鋼波紋管涵屬于柔性結(jié)構(gòu),現(xiàn)場施工不需要大型機(jī)械設(shè)備,具有普遍適用性,結(jié)構(gòu)安全。因此,管涵部件應(yīng)于工廠進(jìn)行集中化、標(biāo)準(zhǔn)化高質(zhì)量生產(chǎn),有利于確保項目實(shí)施質(zhì)量和施工質(zhì)量管理。半圓形大直徑鋼波紋管的應(yīng)力變形方面研究案例較少,尚未有良好的技術(shù)理論基礎(chǔ),因此在今后開展半圓形大直徑鋼波紋管應(yīng)用研究時,需建立大直徑鋼波紋管涵施工階段的受力變形監(jiān)測系統(tǒng)。