朔神高速鋼筋混凝土圓管涵施工技術

宋永生

(山西路橋第八工程有限公司,山西 運城 044000)

伴隨著社會經濟的發展,交通運輸產業結構全方位升級與轉型,越來越多的公路建設項目投入開發與建設[1]。鋼筋混凝土圓管涵在高速公路中,通常是指埋設于地下的管道,可以實現公路地面標高以下部分的過水、排水目的。同時,還是橋涵結構物的主要形式之一,廣泛地應用在公路施工建設中,尤其在高速公路的建設中,承擔著重要的功能[2]。以往,人們經常對管涵的施工質量不重視,導致鋼筋混凝土圓管涵施工質量不能滿足承擔著重要交通任務的高速公路的基本要求,通常會在管涵涵身、涵口等部位,發生不同程度的裂縫、沉降等病害,不僅嚴重損害了混凝土的耐久性與整體強度,甚至還會產生塌陷等危害,給高速公路的運營帶來了較大的安全風險與威脅,阻礙了交通產業結構的良性循環發展與建設。因此,針對以往高速公路施工質量較差、安全性不穩定等問題,如何研究一種高質量、高效益的鋼筋混凝土圓管涵施工方案與策略,成為了交通基礎建設部門及相關組織共同的重點研究課題[3]。基于以上背景,根據朔神高速公路第一合同段為研究目標,設計了一種鋼筋混凝土圓管涵施工技術,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質量,為相關施工單位,提供一定的理論依據與技術參考,以此來推動交通產業與建筑產業結構的全方位升級與可持續發展,保證相關市場結構整體的經濟、社會以及環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3.79 km,有趄坡互通1處,互通連接線長9.06 km。主線起于山西省朔城區窯子頭鄉趄坡村,終點于神池縣龍泉鎮丁莊窩村;趄坡互通連接線途經朔城區張蔡鄉上圪塔村、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目,為保證高速公路后續運營過程的穩定性與安全性,結合施工要求,確定項目的設計標準,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

為完成朔神高速公路的鋼筋混凝土圓管涵施工任務,在確保施工安全、工程質量、綠色環保的基礎上,結合新材料、新技術,設計一種鋼筋混凝土圓管涵施工技術,合理配置施工工序,并組織施工人員有序推進項目。

2 施工準備

施工前,根據朔神高速公路施工項目的基本規范要求,結合施工路段的現場情況,做好施工準備工作,為工程項目的開展與推進,奠定良好的基礎。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,將施工現場周圍的所有雜物、垃圾等清理干凈。同時,做好相應的排水措施,檢驗施工材料,保證施工的碎石砂、碎磚砂、混凝土圓管節的大小長度、基本性能等特性均能夠滿足施工要求。

3 施工設備與材料選擇

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

表2 高速鋼筋混凝土圓管涵施工設備選用表

管涵的配筋方案,對鋼筋混凝土圓管涵施工的整體強度非常關鍵。綜合分析項目需求,選擇環形鋼筋作為配筋方案進行施工。為保證管涵施工過程中鋪砌墻體的合理性與穩定性,需要根據施工過程的頂推力計算得到墻體的鋪砌高度。頂推力計算公式表示為

α=εcS

(1)

式中:α為頂推力,kN;ε為混凝土土質的粘滯系數;c為每米混凝土圓管涵自重,kg;S為頂管長度,m。根據頂推力,計算管涵施工中鋪砌墻體的高度,保證鋪砌墻體外側單位土體寬度所受力,小于內側的總被動土壓力F,計算公式表示為

(2)

式中:φ為土體的重度,kg;b為鋪砌墻體的高度,m;α為土體的內摩擦角,(°);λ表示土體的粘聚力,kPa。根據上述計算,得到最佳的墻體鋪砌高度參數,為后續的施工奠定數據基礎。其中,應用1～1.0 m、1～1.5 m且長度在13～20 m不等的鋼筋混凝土圓管涵,完成共計17道混凝土圓管涵施工,在每一段混凝土圓管涵施工的過程中,建造物頂的墻體鋪砌高度在1.08～9.9 m之間,施工總長度為266 m。除混凝土圓管涵的具體參數外,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,強度大于C50級。對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場的基本情況,設計具體的施工工藝,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 標高與測量放線

根據施工圖紙,在施工現場標高,為后續的施工提供精準的基準目標。組織施工人員按照設計數據對標高控制點進行測量與復核,確認無誤后,在施工現場建立工程項目的測量控制網,便于時刻對項目進行整體的、點面結合的測量控制。進行施工放樣,設定鋼筋混凝土圓管涵的涵洞中線,為后續的施工奠定基礎。

4.2 基坑開挖

高速公路的鋼筋混凝土圓管涵施工,最基礎也是最重要的施工步驟是開挖基坑。因此,在開挖過程中,不僅要保證施工的安全,還需要根據施工圖紙準確的分段挖除復雜管涵線路[5]。開挖前,需要進行臨時排水設施的施工,包括地表、管槽內部兩個部分。在管槽的外側修筑小土堤用以截水,避免地表水滲入施工管槽內部。在管槽內部設置30×30 cm的排水溝渠,在與排水溝間距30 cm處挖設一個集水井。在集水井中采用3～5 cm的碎石填鋪,利用抽水泵抽水,達到使溝槽不受浸泡的目的。修設好臨時的排水設施,施工人員與機械設備操作人員就溝槽斷面、基坑開挖工序以及臨時放土的位置等技術要求進行討論與詳細交底,保證后續施工的有序、安全推進。完成基坑開挖前的準備工作后,利用挖掘機,按照施工圖紙要求開挖基坑。挖掘機操作人員需要聽從施工現場指揮人員的調度,時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范要求范圍內。采用分段開挖的方式,每10 m為一個工序階段,保持連續作業,各工序銜接流暢。為避免超挖,當工作人員挖至設計標高前的20～30 cm時,停止挖掘機的運行,采用人工開挖的方式繼續施工。若施工現場出現超挖現象,應用磚碎砂填平并夯實。基坑開挖完成后,按照設計標準核驗,保證基底承載力滿足要求。同時,為保證后續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

將基坑施工至設計的標高且復測合格后,進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。在鋪筑過程中若發現基坑基部有孔洞、溝壑或者井,需要填鋪并壓實,同時,采用邊鋪邊檢平的技術方案,保證攤鋪工作的平整度。各個階段鋪砌結束時,使用平板振動儀器,對墊層上部進行振動夯實,以確保墊板整體的密實程度滿足施工要求。

4.4 灌注平基混凝土

鋪設好墊層后,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,需預留接口后澆部分的位置,在混凝土圓管涵涵洞的基礎上,每6 m設置一道沉降縫。在管底中線至兩側分別取20 cm的位置,壓平,便于和混凝土圓管座連接。嚴格按照與基底平行的方面控制樁取面、鋪設、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度達到5 MPa時,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、起重機等機械設備,配合下管。在下管過程中,需要勻速緩慢,且使管道的中心線與設計中心線一致。若管道的中心與高程偏移預設位置,可沿管道的邊線打出一條小方線,控制管道位置,到達位置后,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,混凝土塊厚度標準為

(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。墊穩管道后,在承接管管口的下方,鋪設接口砂漿,與承接管管口連接,調整管口,保證管內流水位水平。安裝好管道后,管節的連接接頭應使用1∶2水泥砂漿涂帶,再涂抹上2層約30 cm厚的混凝土基層。在設定好的沉降縫用瀝青麻絲填實,將圓管的上0.5圈從外側塞模,下半圈從內側塞模,并鋪設防水層,進行施工作業。

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、翼墻基礎混凝土,在管涵洞內鋪砌隔水墻。鋪砌過程中,應采用平砌的方式,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,上下層的縫隙錯開距離大于8 cm,壓平,使混凝土模板與管涵連接成一個整體。完成混凝土的模板、鋼筋等施工,分層澆筑混凝土,并采用振搗器夯實壓平。在端墻、翼墻的強度達到設計要求后,進行回填施工,做養護工作,完成高速鋼筋混凝土圓管涵的施工。

5 施工質量的檢測與分析

為了檢測朔神高速鋼筋混凝土圓管涵施工技術的可行性與應用效果,設計了載荷試驗。隨機選取3處鋼筋混凝土圓管涵,作為測試樣點。利用等效加載的方式,對測試樣點進行加載,其中,對混凝土圓管涵的涵頂,施加線性分布荷載,使得控制截面產生的效應與實際控制效應更加一致。在試驗過程中,分別記錄不同測試樣點的最大應力,以及裂縫情況,進行對比分析。

將鋼筋混凝土圓管涵不同部分的最大應力檢測結果與設計值進行對比,如表4所示。

表4 鋼筋混凝土圓管涵最大應力檢測結果表

由表4可知,在等效加載試驗下,不同工況、不同測試樣點的混凝土最大應力、鋼筋最大應力的檢測結果,均大于初始的設計載荷,具有足夠的抗壓能力,滿足設計要求。

記錄載荷試驗過程中,鋼筋混凝土圓管涵的裂縫情況,如表5所示。

表5 測試樣點管涵裂縫情況記錄表

由表5可知,測試樣點的鋼筋混凝土圓管涵產生裂縫時的實際加載力遠大于設計值,具有良好的強度與抗變形能力,滿足實際要求。上述試驗結果表明,本研究設計的高速鋼筋混凝土圓管涵施工技術,可以保證施工質量滿足設計要求,具有可靠的管涵施工參考價值。

6 結束語

在交通公路建設進程持續推進的背景下,高速公路工程項目的建設數量不斷增加,高速公路的安全等級要求也越來越嚴格。其中,高速公路混凝土圓管涵施工質量的控制非常關鍵,若不能保證施工質量,使管涵發生破裂、沉降等危險現象,將會對高速公路的運營造成不良影響。基于此,本研究設計了一種高速鋼筋混凝土圓管涵施工技術,通過層層的技術與質量控制,保證高速公路后續運營的安全性與穩定性,為高速公路建設及其有關施工部門提供一定的工程建設參考。