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浅谈山区公路大直径钢波纹管涵施工技术

发表时间：2021/4/30 来源：《基层建设》2021年第1期作者：方存星

[导读] 摘要：钢波纹管涵结构简单、节能环保、运输方便、施工周期短、适应地质条件能力强、具有优良的刚性和柔性特性，可工厂化、标准化生产，满足各个省市对建设工程项目质量提出更高的标准化要求。

        中交二航局五分公司湖北武汉 430000
        摘要：钢波纹管涵结构简单、节能环保、运输方便、施工周期短、适应地质条件能力强、具有优良的刚性和柔性特性，可工厂化、标准化生产，满足各个省市对建设工程项目质量提出更高的标准化要求。文章依托湖南省靖州至黎平高速公路第三合同段项目，结合项目所在区地质条件、现场施工情况，阐述了山区公路中大直径钢波纹管通涵管片拼装、安装、防腐防水等工艺施工技术及质量控制要点。
        关键词：山区公路；钢波纹管；施工技术；质量控制
        0 引言
        随着国民经济蓬勃发展，高速公路建设走上县县通发展的快车道，跨越着复杂地质地貌单元。通涵作为高速公路建设中常见且重要的结构物，传统钢筋混凝土和圬工结构通涵因其结构刚度较大、无法适应基础不均匀沉降导致自身结构破坏、沉降缝与施工缝防水等质量缺陷问题突出。一种根据详细设计尺寸、要求的热轧钢材经过波形轧制和冷弯加工而成的钢波纹管涵因其本身特性及适应范围广等特点踏上公路建设的舞台。目前，直径小于5m的钢波纹管涵在我国干旱平原区域市政工程和一级、二级公路改扩建项目应用广泛，直径超过5m的钢波纹管在工程实例中应用较少。
        1 工程概况
        湖南省靖州至黎平（湘黔界）高速公路第三合同段起于靖州县平茶镇东部，终点位于湘黔界界牌，与贵州省规划高速公路相接，路线全长为15.893km，起讫桩号K41+085.450～K56+967.471。本合同段路基工程中设计钢波纹管涵通道148.6m/2座，分别位于主线桩号K42+065、K47+055处，均位于横向填挖交接、软土路基处理上。钢波纹管片表面采用镀锌量不小于600g/㎡、厚度不小于84μm的热浸镀锌Q235钢板冷轧加工而成。
        2 地质、水文条件
        2.1 地质条件
        项目位于低山丘陵地质区，地形起伏变化较大，地层岩性较为单一，但风化程度变化较大，路线所经走廊带主要地貌为构造剥蚀低山、丘陵地貌，微地貌为低山丘陵间盆地、河谷、沟谷地貌。线路多切山脚而过，局部正切山脊，沿线跨越低山丘陵间沟谷处为填方路基并设置涵洞、通道。钢波纹管涵地层特性主要为填筑土、种植土、碎石、粉质黏土、强风化板岩上带、强风化板岩下带，清除表层覆盖土后可以碎石、板岩作为钢波纹管涵基础持力层。
        2.2 水文条件
        项目合同段内气候温和，四季分明，受东南季风不稳定性的影响，降水季节分配不匀，其中6～8月雨量多、强度大。地表水主要为沟中雨季面流、洪流，地下水主要为第四系强透水性堆积物孔隙潜水、基岩裂隙水、构造裂隙水。
        3 钢波纹管涵施工
        3.1 基坑开挖与基础施工
        （1）基坑开挖
        目前，工程中常用路堤法和反开挖法进行钢波纹管涵施工。本项目设计钢波纹管涵位于纵、横向填挖交界软土地基处，基础施工前须对地基进行清淤换填处理，处理深度在2.0～3.5m之间，结合项目实际情况，钢波纹涵施工采用路堤法。
        首先委托测量施放开挖边线，清表后采用静力触探试验检测法确定清淤厚度；然后采用人工配合机械设备的方式组织开展清淤施工，清淤完成后测定地基承载力；在地基承载力满足要求后逐层回填压实开山石渣至钢波纹管涵砂砾垫层基础设计底标高。
        （2）基础施工
        基底检查合格后，根据设计要求的砂砾材料对波纹管涵进行垫层填筑，厚度100cm，采用水密法配合压路机静压回填料，水袋法检测压实度不得小于96％，保证结构基础必须的稳定性、均匀性和刚度。
        钢波纹管涵基底路基施工过程中，往往会产生不均匀的沉降，通常情况管涵中部沉降常大于两端，导致管身中部出现凹陷或开裂。结合以往现场实际施工经验、AISI发布的《钢制排水产品和公路建设产品手册》以及设计文件说明，综合考虑涵底纵坡、结构整体性要求、填土高度、流水面等因素，在砂砾基础顶面设置为管长0.5%的预留拱度。

        图1 钢波纹管涵预拱度设置示意图
        3.2 管节安装
        （1）拼装底板
        以中心轴线中点为基准定位第一张波纹板，轴向搭接长度150mm，依次根据起点波纹板向两侧延伸直至两端；将第二张波纹板的螺栓孔与底面第一张波纹板对准，在螺栓上涂上润滑剂，对正连接孔，套上垫圈，由内向外将螺栓插入孔内，在管片外侧螺栓套上垫圈、旋上螺母，用套筒扳手预紧螺母。
        （2）环形拼装
        环形圈由上向下顺次拼装，轴向搭接宽度为150mm，搭接部分上板覆盖下板，上板与下板之间安装止水条，圆周向连接采用阶梯型。轴向6个圆弧片搭接拼装成φ6.0m钢波纹管涵、7个圆弧片搭接拼装成φ7.5m钢波纹管涵。

        图2 钢波纹管涵管片连接示意图
        （3）螺栓紧固
        管节全完成拼接后，采用扭矩扳手按顺序拧紧每个螺栓，保证所有螺栓紧固，紧固完成后需将底螺栓用红油漆做标记。

        图3 钢波纹管涵管片螺栓紧固
        3.3 整体安装
        波纹管涵整体安装时从一侧放置第一根管片，应保证管中心和基础纵向中心线平行。按照同样的方法将第二根管节放置就位，再用小撬棍对准法兰上的螺栓孔，让两节管片上螺栓对正，此时再从第二节管片的另一端用撬杠撬动管节，使其向涵洞纵向平移，将各个螺栓插入螺孔，套上螺母后，稍初拧，不拧紧螺母。待全部管片组装结束后采用机动扭矩扳手逐个拧紧螺母。每个螺母的最小扭力矩不得小于270N-m，最大不得超过410N-m，拧扳时间持续2s～5s。
        3.4 管涵回填
        钢波纹管涵楔形部位回填材料、碾压压实度是整个结构施工的重点，本项目钢波纹管涵楔形部位回填采用机制砂“水密法”密实，人工振捣。待楔形部位回填检测满足求后按从涵洞中间至两端的纵向施工顺序开始分层、对称填筑钢波纹管涵两侧土体，填筑时波纹管涵对称两侧填土高差不得大于40cm。
        3.5 洞口混凝土施工
        洞口砼主要包含侧墙、基础及八字墙砼施工，但值得注意的是钢波纹管涵既具有刚性也具有柔性特性，在涵背回填时，土压力会让钢波纹管涵发生竖向或者轴向隆起。因此，先施工两侧端墙、台帽，再进行涵背回填的施工工艺不适应钢波纹管涵施工。大直径钢波纹管涵八字墙洞口砼施工须在回填压实沉降稳定之后，其质量控制要点与传统钢筋混凝土涵一致。
        4 施工质量控制
        4.1 基础质量控制
        （1）基坑开挖完成后的基槽不得受到扰动、不得受到雨水浸泡；及时清除不慎超挖的部分软土。
        （2）基础回填材料应选择级配良好的砂砾，基础垫层具有足够的稳定性、均匀性。
        （3）与管壁接触的材料不能是质地坚硬的砾石、黏土块或有毒、腐蚀性。
        4.2 安装质量控制
        （1）施工垫圈时注意垫圈不能装反，在波谷处用凸垫圈，波峰处用凹垫圈；与基础垫层接触部位和人员无法操作的部位要提前按要求涂刷好沥青防腐层。
        （2）在圆周向拼装满三张波纹板时，及时调整第一次测定截面形状不达标的管片。第二次测定截面形状是在轴向拼装到环形圈合拢时，拼装顶部波纹板时须采用定位拉杆固定，调整预紧螺栓，完成拼装。
        4.3 防水及防腐质量控制
        （1）结构板重叠搭接处的止水条安装必须密合，采用专用胶枪注射中性硅酮耐候密封胶固化处理紧固件连接的螺栓孔空隙处，提高波纹管涵的整体密封性。

        图4 钢波纹管涵防水密封处理
        （2）钢波纹管管身外壁采用设备喷涂方式进行2遍热沥防腐施工，涂装厚度不小于0.5mm。
        4.4 管涵回填质量控制
        （1）回填前，先在钢波纹管涵内部纵向搭设“米”型支架，“米”型支架端头垫方木防治涂层损坏，支架两侧顶到钢波纹管涵内壁，防止回填过程中外侧压力将波纹管涵变型，回填压实沉降相对稳定后，方可拆除“米”型支架。
        （2）采用22T振动压路机碾压压实钢波纹管涵两侧回填土；涵管上方回填土厚度小于50cm时采用手扶振动压路机压实或不大于6t的碾压路机静压实；涵管顶填土厚度大于50cm后，方可采用振动压路机碾压施工。
        （3）严禁一切重型车辆在钢波纹涵管涵顶回填土没有达到最小0.5m覆土厚度时通行；不允许在钢波纹通道洞顶部及周围20米范围内使用强夯。
        5 结语
        靖黎高速公路第三合同段项目设计两道钢波纹管涵，属大直径钢波纹管涵范畴。目前已全部施工完成，施工质量、进度以及环水保方面比传统钢筋混凝土结构涵洞施工更具有优势。
        通涵构造物是公路建设中不可或缺的一部分，随着我国高速公路建设的飞速发展，钢波纹管涵将会越来越频繁出现在工程实例中，工程质量尤为关键的是做好钢波纹管涵施工质量的控制。文章阐述了钢波纹管的在山区公路建设的施工工艺流程及质量控制要点，为类似项目提供参考。
        参考文献：（References）：
        [1]张兴建.超大直径钢波纹管涵施工技术.公路交通科技，2018
        [2]刘敬霜，黄华显.大跨径波形钢管涵在高填石路堤上的应用探讨.西部交通科技，2019
        [3]王勋.公路钢波纹管通道施工技术研究.山东交通科技，2019
        [4]王告.山区公路大直径钢波纹管涵设计施工技术研究.重庆交通大学，2019
        [5]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）