高速公路波紋管涵施工質(zhì)量控制要點分析

呂 佳

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

波紋管涵是將一定厚度的薄鋼板板面壓成波紋后，制成管節(jié)或板片，修建成的涵洞稱為波紋管涵或板通道，可分為整裝波紋涵管、拼裝波紋管及鍍鋅螺紋鋼管涵等三種類型。將其應(yīng)用于高速公路施工，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，對環(huán)境破壞小，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)襯砌結(jié)構(gòu)的初襯、二襯以及支護(hù)，工程量小，能顯著節(jié)省工程造價，實現(xiàn)了與路基的同步沉降，提高了行車舒適性，還具有一定的抗震能力。

波紋管涵適用范圍廣、適應(yīng)變形能力和耐久性強(qiáng)、施工工期短，現(xiàn)場安裝方便，特別適用于新建或改擴(kuò)建各等級公路，鋼波紋管涵適用于地基承載力較低，或有較大沉降與變形的路基，還將其作為舊危橋加固修復(fù)方式使用。波紋管涵具有成本低的顯著優(yōu)勢，耐久性能也十分顯著，最高的可達(dá)到100年以上。

波紋管涵是一種在國外非常成熟的技術(shù)，施工標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范齊全，其壽命均超過了設(shè)計壽命，應(yīng)用十分廣泛。2010年，《公路涵洞通道用波紋鋼管(板)》技術(shù)規(guī)范發(fā)布，極大的推廣了波紋鋼板技術(shù)在我國的發(fā)展，為其應(yīng)用提供了有利條件。我省(山西)在吉河高速、呂環(huán)高速、陽左高速、保德運煤專線、長治贏仗嶺隧道明洞等施工中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好效果。

1 原理

鋼波紋鋼管涵洞的受力原理薄殼原理。金屬波紋涵管跟周邊的土體和環(huán)壓弓一起受壓時，保持更穩(wěn)定狀態(tài)。其關(guān)鍵在于管土共同受力，管體與周圍的回填土，缺一不可。

在載荷作用下，管片襯砌受壓就要產(chǎn)生變形現(xiàn)象。在土體抵抗力的影響下，周圍的土體產(chǎn)生對板片的均勻反推力，形成了板片與周圍土體相互作用的效果，阻止波紋管體變形的發(fā)生。研究表明，在周圍土體的反推力作用下，可將管體拱圈上部垂直向下的動載荷及靜載荷進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，形成了拱塊間的相互作用力，產(chǎn)生管土效應(yīng)。

波紋管涵適用于軟土、膨脹土地、濕陷性土地等地基承載力較低地區(qū)。在施工中，地基基礎(chǔ)與路基同步處理，承載力達(dá)到100 kPa～150 kPa以上即可，不需要進(jìn)行特殊處理。造價比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)涵洞節(jié)省10%～40%，在高填方涵洞或軟土段更多。波紋管涵的承載能力是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1倍～3倍。通過開展工廠化的波紋管集中生產(chǎn)，可使得工程成本有效降低，有利于進(jìn)行質(zhì)量控制，施工周期比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)涵洞縮短70%以上。

2 施工要點

波紋管涵的顯著特性在于能夠適應(yīng)較大的沉降與變形。從波紋管涵的工作原理可以看出，為保證形成管涵與周圍土體共同受力和共同作用的效果，采取有效措施確保管涵楔形部位及兩側(cè)土體回填的密實度非常關(guān)鍵。在管涵施工中，須嚴(yán)格進(jìn)行波紋管涵兩側(cè)及楔形部的回填控制，保證回填密實度是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

施工流程：施工放樣→基坑開挖→基礎(chǔ)回填→管節(jié)拼裝→涵管就位→兩側(cè)分層回填→管頂分層回填→進(jìn)出口處理。

2.1 基坑施工

管涵基礎(chǔ)須具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和均勻性。基礎(chǔ)一定是軟基礎(chǔ)，不能是硬基礎(chǔ)，更不能是水泥或巖石。

在基坑開挖寬度上，應(yīng)以兩倍于鋼波紋管涵的寬度為宜。當(dāng)施工場地狹小時，至少應(yīng)確保跨徑以外1.5 m以上的作業(yè)空間，以便于涵節(jié)組裝及管涵周圍回填密實。

當(dāng)土質(zhì)基坑挖至設(shè)計標(biāo)高后，應(yīng)采取措施減少對其的暴露、擾動或浸泡。對施工完畢的基坑尺寸、高程、承載力等性能指標(biāo)進(jìn)行檢測。當(dāng)基底承載力不達(dá)標(biāo)時應(yīng)及時進(jìn)行處治。

基礎(chǔ)厚度從管涵底部算起30 cm～80 cm為宜，確保對整個管涵的承載力均勻。

在基層底部設(shè)置20 cm～30 cm厚的砂礫墊層或砂墊層或級配碎石墊層，進(jìn)行壓實成形，以盡量減少整道涵洞的沉降量。墊層顆粒最大粒徑控制在12 mm。

管涵地基須嚴(yán)格夯實，不得低于重型擊實密度的96%。

鋪設(shè)于路堤下的波紋管管身要設(shè)置預(yù)留拱度，確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或滑坡。根據(jù)地基土可能出現(xiàn)的下沉量，綜合考慮涵底縱坡和填土高度等因素后，合理確定拱度預(yù)留的大小。在我國，施工中一般預(yù)留拱度大小為管長的0.3%～1%，控制在2%以內(nèi)。

進(jìn)行的基坑施工結(jié)束后，進(jìn)行涵管底部基礎(chǔ)平整度、標(biāo)高及基礎(chǔ)預(yù)拱度設(shè)置質(zhì)量的檢查并進(jìn)行復(fù)核，以保證各項指標(biāo)參數(shù)符合設(shè)計要求。

2.2 楔形部回填施工

鋼波紋管涵楔形部的回填密實度是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵之一。

先進(jìn)行管涵的安裝。為確保管涵受力均勻，安裝作業(yè)結(jié)束的管身應(yīng)與柔性墊層相貼緊密，基礎(chǔ)頂面坡度符合設(shè)計要求。

在我國，為確保楔形部位填筑密實，管底兩側(cè)填筑施工采用以下幾種方法較為常見：

1)采用粗沙水密法振蕩器振蕩密實，見圖1。

2)采用級配良好的天然砂礫，要求其含水量比最佳含水量大2%左右，在管身外采用人工用木棒緊貼管身向內(nèi)側(cè)進(jìn)行夯實作業(yè)的方法，見圖2。要求使用的木棒截面為15 cm×15 cm，單次夯擊的沖擊力不小于9 kg，每個凹槽部位須夯實。

3)采用C15細(xì)石混凝土填筑后使用振動棒振搗密實，見圖3。

2.3 管體兩側(cè)回填施工

填筑材料采用級配良好的天然砂礫或級配碎石，每側(cè)填筑寬度不小于1 m。要求管體周圍回填材料一致或密實度相同。

在進(jìn)行填筑前，在管節(jié)兩側(cè)用紅油漆標(biāo)注分層控制線，見圖4，分層厚度按20 cm/層進(jìn)行控制。

在涵管兩側(cè)同步對稱進(jìn)行，兩側(cè)的回填土高差不得大于30 cm。

合理選擇施工順序，可縱向從涵洞中心至兩側(cè)，也可從兩側(cè)至中心。

分層進(jìn)行填筑，按20 cm/層進(jìn)行壓實后層厚控制，堅決禁止一次性回填到標(biāo)高后進(jìn)行碾壓。分層壓實，壓實度須不低于95%。每層碾壓完畢，進(jìn)行壓實度檢測達(dá)標(biāo)后，方可進(jìn)行下層填筑作業(yè)。

為避免壓路機(jī)等設(shè)備對管涵的撞擊，使用22 t壓路機(jī)碾壓管身直徑兩側(cè)50 cm外范圍(見圖5)，小型夯機(jī)對50 cm內(nèi)范圍進(jìn)行夯實(見圖6)。

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在涵洞兩側(cè)回填過程中，設(shè)專人進(jìn)行分層厚度和密實度檢查。可使用灌砂法進(jìn)行壓實度檢測，依據(jù)抽點檢查的方式進(jìn)行，須嚴(yán)格控制檢測頻率，不得隨意減少抽查點位。抽查的每點都合格后，方可回填下一層。

2.4 頂部回填施工

當(dāng)管頂?shù)奶钔梁穸炔蛔?0 cm時，為保證施工安全，進(jìn)行填土碾壓作業(yè)時應(yīng)禁止使用大于6 t的壓路機(jī)，還須禁止通行施工機(jī)械。只有當(dāng)填土厚度不小于每種管徑要求的最小填土厚度后，可允許在填土碾壓作業(yè)中使用振動壓路機(jī)，允許通行施工機(jī)械。

強(qiáng)夯機(jī)械應(yīng)禁止在管體兩側(cè)及頂部10 m范圍內(nèi)的使用。

2.5 變形控制

在施工過程中，波紋鋼板出現(xiàn)變形是波紋涵洞的優(yōu)勢所在，須重視進(jìn)行變形控制，建立波紋管涵變形并不等于出現(xiàn)安全隱患

或質(zhì)量事故的觀念。

從波紋管涵的原理可以看出，當(dāng)出現(xiàn)管體周圍土體的反作用力不足或不均勻的情況時，在管體與土體的作用下，兩者就會開始產(chǎn)生協(xié)同變形。施工中出現(xiàn)一定程度的協(xié)同變形是允許的，但一定要控制在允許范圍內(nèi)。

在我國波紋管涵施工中，從回填作業(yè)開始到涵頂填土作業(yè)結(jié)束，要求的最終截面尺寸與組裝時尺寸的差異須控制在2%以內(nèi)。

在施工過程中，設(shè)置專人進(jìn)行變形量的實時監(jiān)測。對出現(xiàn)變形量超標(biāo)時應(yīng)做到及時發(fā)現(xiàn)，及時停工，以便采取有效措施將管體變形量控制在要求范圍內(nèi)。

3 常見問題

在波紋管涵施工中，回填土施工是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。通過進(jìn)行分層對稱回填，確保管體呈規(guī)則變形狀態(tài)，回填結(jié)束則基本恢復(fù)原狀態(tài)。否則，容易導(dǎo)致管體出現(xiàn)不規(guī)則變形，造成工程事故，嚴(yán)重的可能會垮掉。

結(jié)合本人的施工經(jīng)驗，對施工中常見由于回填控制不好導(dǎo)致管體出現(xiàn)變形的情形進(jìn)行了總結(jié)。常見的問題有：

1)兩側(cè)填土密實度不足或存在楔形部中空現(xiàn)象或局部有大石塊直接作用于管體時，表現(xiàn)為管體局部較大變形或出現(xiàn)明顯的局部凸起現(xiàn)象，見圖7。

2)楔形部回填不密實，導(dǎo)致管體底部變平。

3)臺背回填兩側(cè)沒有壓實，一次性回填完畢，壓實度達(dá)不到要求。

4)兩側(cè)不對稱回填，局部應(yīng)力集中，造成板縫開裂(見圖8)，嚴(yán)重的導(dǎo)致塌垮。

5)兩側(cè)填土不密實，導(dǎo)致變形超過控制范圍。

6)管體50 cm內(nèi)兩側(cè)回填土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，應(yīng)填沙性材料，施工時填筑了黃土、膨脹土等材料，遇水變軟，無承載能力，導(dǎo)致管體橫向變形過大。

7)基礎(chǔ)處理標(biāo)高不一致，出現(xiàn)較大的沉降差，連接處回填時處治不當(dāng)，導(dǎo)致涵洞斷裂。

[1] 朱北方.鋼波紋管涵施工工藝研究[J].工程技術(shù)(引文版)，2016(6):23.

[2] 池坤敏.鋼波紋管涵在南方山區(qū)高速公路中的應(yīng)用[J].公路與汽運，2012(4):76.