氣囊法在公路隧道路面邊溝中的應用

蘇海峰，路 艷，崔文一

(中建市政建設有限公司，北京 100161)

0 引言

我國每年因公路排水設施不完善或使用年限不足引發的公路水毀現象非常嚴重，而邊溝作為公路排水設施的主要組成部分，其施工質量直接影響到整條公路的排水效果。路面邊溝是公路隧道路面排水的重要組成部分，可匯集隧道路面水流并排出隧道，能有效地保證隧道行車安全及隧道路面的耐用性能。文獻［1］指出水的作用直接關系公路隧道施工的安全性、結構的耐久性及運營安全;文獻［2］對地下工程的防水技術提出了“防、排、堵、截相結合，因地制宜、綜合治理”的原則;文獻［3］要求高速公路和一級公路以上的隧道應有可靠的防排水措施;文獻［4］規定公路隧道應做到路面不冒水、不積水，排水溝不凍結。

在路面邊溝施工過程中，常采用2種方法，一是預制法，二是氣囊內模現澆法(以下簡稱“氣囊法”)。因路面邊溝屬于隧道小型截面構件，很少受到施工技術研究人員的關注。針對其施工方法的研究，目前國內外相關文獻較少。文獻［4］明確了隧道路面邊溝相關設計要求;文獻［5］提出了邊溝施工的相關技術措施，但并沒有明確邊溝施工的具體方法;文獻［6-7］對隧道路面邊溝的質量檢驗及構件耐久性作了具體要求;文獻［8］提出了路面邊溝適宜采用現澆法，但并沒有明確具體的施工方法;文獻［9］對隧道整體式水溝進行了分塊模板法與氣囊法對比，提出了氣囊法的優越性;文獻［10］分析了影響公路邊溝質量的因素，提出邊溝施工質量的控制措施和工藝控制要點。

以上這些并沒有針對隧道邊溝的具體施工方法展開深入研究，僅做了較為簡單的敘述。本文針對內截面為圓形的隧道路面邊溝施工方法進行探討，對氣囊法在某隧道工程中的應用進行闡述。

1 工程概況

某隧道位于山西省陽泉市平定縣境內，是陽泉至娘子關一級公路(水峪至娘子關段)分離式長隧道，設計時速60km/h，雙向四車道，雙洞單向通車。左線全長1 450 m，右線全長1 415 m。主洞建筑限界為9．75 m×5．0m(寬 ×高)，凈空斷面面積為62．31m2。隧道路面設計橫坡為2%，縱坡為-2．5%，汽車荷載等級為公路-Ⅰ級。因該公路行駛車輛多為運煤重車，這些重車剎車時在隧道路面上可能留有大量冷卻水，造成路面上積水較多。這些積水主要依靠路面邊溝匯集并導排，所以要必須保證邊溝的施工質量，充分發揮其排水通暢的使用性能。

在本隧道路面邊溝施工前，根據以往施工經驗，對預制法和氣囊法進行了比選。2種施工方案對比結果如表1所示。

表1 預制法與氣囊法優缺點對比表Table 1 Comparison and contrast between pre-cast method and“balloon”method

通過表1對比分析，在路面邊溝施工過程中選擇了更為省工、省時和省材的氣囊法。

2 氣囊法的應用

該隧道路面邊溝設計標高與路面標高相同，橫坡和縱坡均與路面設計一致，內徑為30 cm，為保證路面水能順利流入邊溝，施工時每隔5 m預留楔形泄水孔。為便于邊溝后期檢修及水流疏導，每隔50 m設置1個邊溝沉砂井。路面邊溝大樣如圖1所示。

圖1 某隧道路面邊溝設計大樣圖(單位:cm)Fig．1 Detailed design of side bitch(cm)

2．1 清理作業面

施工前要對邊溝位置基底進行清理，并對邊溝與電纜槽結合面進行鑿毛處理，以此保證后施工的邊溝混凝土與基底和電纜槽壁粘結牢固，不會產生裂縫或脫落。將電纜槽結合面鑿毛后，再將邊溝基底的松碴和雜物清理，并用高壓水將鑿毛后結合面和基底沖洗干凈。

2．2 安放鋼筋籠及氣囊

經過測量放樣，確定邊溝位置及標高控制點。將預先綁扎好的邊溝鋼筋籠精確定位，并檢查鋼筋籠鋼絲接頭及軋絲頭(不得朝內徑方向彎曲，以免扎破氣囊發生漏氣)。在氣囊外表上涂上脫模劑(質量比為1∶20的皂粉水)，對氣囊進行測漏試驗，沒有異常后，人工將氣囊牽引至鋼筋籠內。拉入鋼筋籠時要輕拉慢拽，防止氣囊被鋼筋刺破。氣囊兩端外露長度宜大于50 cm，一方面利于和已澆筑的邊溝相銜接，另一方面便于混凝土初凝后氣囊的撤出。氣囊就位后，打開隧道內高壓風管閥門充氣到規定壓力(0．05 MPa，-10～+90℃)時，即可關閉閥門，不得超壓。將進入鋼筋籠內的氣囊上下左右加以固定，以克服澆筑混凝土時上浮或左右移動。

2．3 合模澆筑混凝土

依據測量放樣的控制點，精確定位并立設鋼筋籠外圍模板。合模后，對外圍模板進行加固，防止混凝土澆筑時跑模。邊溝混凝土標號為C25，混凝土坍落度不宜過小，必須保證混凝土具有良好的流動性。人工手持小型振搗棒進行振搗，振搗時振搗棒要沿氣囊兩側同時振搗并插入鋼筋籠底部，以保證氣囊下部混凝土澆筑密實，且防止氣囊左右移動。澆筑完畢后，人工對邊溝混凝土進行抹面處理。邊溝沉砂井每隔50 m為一組，施工時應按照設計要求進行預留。澆筑混凝土前，將楔形木塞固定在氣囊頂部，待混凝土澆筑并初凝后拔出，即可形成楔形狀的泄水孔。

2．4 撤出氣囊及養護混凝土

在邊溝混凝土初凝后，擰開氣囊排氣塞，排完氣之后，人工將氣囊緩慢拖出，不得用力過猛，防止氣囊破壞邊溝內壁混凝土結構。當邊溝混凝土強度達到2．5 MPa時可將外圍模板拆除，一般以混凝土表面不粘模且有光澤為宜。拆模后若發現蜂窩麻面和露筋，應及時進行修補，同時要進行灑水養護。

3 施工質量控制要點

3．1 氣囊的定位和氣壓

本隧道所使用的氣囊長度為13 m，采用分段澆筑。為保證相鄰段邊溝內部圓腔的中心軸線相一致，必須使氣囊精準定位。首先要保證邊溝鋼筋籠加工的精確性，其次將氣囊充氣到規定壓力，再對其進行調整、定位和加固。

為保證邊溝內腔的大小一致且無錯臺，在給氣囊充氣時必須達到規定壓力且不得超壓。該壓力值根據邊溝尺寸等相關資料進行設計而得。在氣囊的充氣端加設氣壓表，以便于控制充氣氣壓。

3．2 邊溝內壁鋼筋保護層

因邊溝內部是排水通道，為保證邊溝的耐久性，應控制內壁鋼筋保護層厚度，這是氣囊法施工的一個難點。為了解決此問題，在施工前預制了專用的M25砂漿小試塊(尺寸為2 cm×2 cm×2 cm，試塊一面預留鋼筋凹槽)。在氣囊定位時，每4個試塊放置在(上、下、左、右)氣囊和箍筋之間，且盡可能保證在同一個斷面(每1 m設1個斷面)，這樣既可以保證鋼筋保護層問題，又便于氣囊的精確定位。

3．3 混凝土的振搗

在振搗邊溝混凝土時，宜使用小型振搗棒，且按照“快插慢拔”原則在氣囊兩側同時均勻振搗，以防止氣囊上浮或者左右移動，從而保證邊溝施工質量。

3．4 撤出氣囊的時機

氣囊的撤出時間過早，會導致邊溝內壁混凝土脫落;撤出時間過晚，混凝土與氣囊則粘接在一起，很難撤出。把握氣囊撤出的最佳時機，是控制邊溝質量的要點之一。氣囊的撤出時間宜在混凝土初凝后，混凝土初凝時間依據實際施工情況而定。

4 氣囊法與預制法應用效果比較

以氣囊法在本隧道路面邊溝中的應用為例，比較氣囊法與預制法，比較結果見表2。

表2 2種方法比較結果Table 2 Application results of“balloon”method and precast method

5 結論與建議

1)路面邊溝在隧道結構中屬于小型截面構件，但其作用不可忽視，尤其是在本隧道項目地區，運煤重車流量較大，路面剎車積水較多，這對隧道路面邊溝排水功能提出了更高的要求。

2)路面邊溝排水功能取決于其施工質量。通過比較預制法和氣囊法，氣囊法不僅滿足了設計要求，還有施工簡便、省工、省時和省材等優點。

3)氣囊法不僅解決了施工人員無法進入構件內拆模和難以控制構件內壁鋼筋保護層厚度等施工難點，還避免了邊溝預制法帶來的后期安裝問題。

4)氣囊法安全、經濟，并且有效地保證了路面邊溝施工質量，宜在公路隧道中廣泛應用。

氣囊法在施工過程中亦存在一些問題，如邊溝內輪廓質量控制以及氣囊充氣壓力控制、拆模等，還需要進行更深入地研究。另外，氣囊法還可以在橋梁工程中廣泛應用，但就如何滿足不同形狀截面構件的施工需求以及施工質量控制等難題，還有待于進一步地討論與研究。

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