超大規(guī)模大跨雙連拱鋼波紋管涵洞橋臺快速施工技術(shù)

單鵬

摘? ? 要：以在建成都天府國際機場高速公路項目超大規(guī)模雙聯(lián)拱鋼波紋管涵洞施工為依托，針對臨近雨季，確保排水需求，同時，為滿足工期緊、任務(wù)重的需求，找出鋼波紋管涵洞快速施工的方法。項目從施工工藝、工裝設(shè)備著手，積極進行研發(fā)，成功研發(fā)出一套符合超大規(guī)模大跨雙聯(lián)拱鋼波紋管涵洞橋臺施工的工裝。極大的縮短了橋臺的建設(shè)周期，同時，橋臺質(zhì)量得到大幅度提升，滿足創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)，為類似項目的施工提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：超大規(guī)模;雙聯(lián)拱;鋼波紋管;橋臺;快速施工

1? ?引言

鋼波紋管最早誕生于十八世紀(jì)八十年代的英國，十九世紀(jì)九十年代關(guān)于波紋管的通道、涵管的可行性的研究首次在美國進行，被成功應(yīng)用于涵洞工程。二十世紀(jì)二十年代，美國鐵路工程協(xié)會針對應(yīng)用于伊利諾斯州中央鐵路的波紋板通道進行了現(xiàn)場測試，之后波紋管首次出現(xiàn)在加拿大煤礦建設(shè)中，20世紀(jì)的三十年代，直徑8米的波紋管汽車通道在澳大利亞建成，結(jié)果顯示使用性能良好。二十世紀(jì)九十年代，日本制定的《日本高速公路設(shè)計規(guī)范》中涵蓋了關(guān)于波紋管設(shè)計的技術(shù)規(guī)范。由此證明波紋管結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性使其在多個國家甚至全球范圍內(nèi)具有廣泛的適用性，較長的使用壽命也是其能夠得到推廣的一個重要因素。

大量研究表明鋼波紋管涵洞具有明顯的優(yōu)越性。

（1）具有較大的抗變形能力和抗沉降能力，特別適合于軟土、膨脹土、濕陷性黃土等地基承載力較低地區(qū)和地震多發(fā)地區(qū)。

（2）工程造價在地材和人工短缺的地區(qū)比同類跨徑的橋、涵洞低;（3）施工工期較短，主要為拼裝施工。

（4）采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品質(zhì)量便于控制。

（5）生產(chǎn)不受環(huán)境影響，方便進行集中工廠化生產(chǎn)，有利于降低成本，控制質(zhì)量。

（6）現(xiàn)場安裝不需使用大型設(shè)備，安裝方便。

（7）可減少水泥、塊片石或碎石、砂等的用量，有利于保護環(huán)境。目前關(guān)于鋼波紋管涵洞的工程案例也有報道，但關(guān)于超大規(guī)模大跨雙連拱鋼波紋管涵洞工程案例較少，鋼波紋管橋臺作為鋼波紋管安裝的基礎(chǔ)，如何快速高效組織施工，成為制約工期的關(guān)鍵因素。

2? 工程背景

2.1? 工程概述

成都天府國際機場高速公路項目位于四川省簡陽市五指鄉(xiāng)前進村，涵洞位于兩座隧道之間，隧道露頭段路基下方設(shè)計一處鋼波紋管涵洞，為雙孔涵洞（2[×]φ10m），孔徑為10m，長度為198.89m。橋臺及橋臺基礎(chǔ)分為三幅，橋臺基礎(chǔ)采用C25片石混凝土，高度為1.0m;橋臺采用C30鋼筋混凝土，高度為2.0m。涵洞的單跨較大、長度較長（全長198.89m），如此大規(guī)模在國內(nèi)外較為罕見，見圖1及圖2所示。

2.2? 水文與地質(zhì)條件

鋼波紋管涵洞既有位置發(fā)育一條由南向北的溝谷（鹽井河），最大水量約40L/s～50L/s，流水最終排至下方張家?guī)r水庫。降雨量集中于6～9月，約占全年降雨量的50%～60%，冬春季節(jié)12月～3月降雨最少。施工區(qū)域位于溝谷內(nèi)，溝谷深12.6m～19.1m，場地較為狹窄，進入場地施工便道需要利用既有邊坡修筑，大型機械設(shè)備進出場困難。

3? 工程重難點分析

綜合該工程的周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件、工期要求、質(zhì)量要求等因素，該超大規(guī)模大跨雙連拱鋼波紋管涵洞橋臺施工的重難點主要有以下幾個方面。

（1）工程施工區(qū)域場地狹窄。施工區(qū)域位于溝谷內(nèi)，施工前首先需要對溝谷土石方進行開挖，涵洞兩側(cè)臨近山體，作業(yè)空間狹小。

（2）橋臺外觀質(zhì)量要求高。按照成都天府國際機場高速公路的質(zhì)量目標(biāo)，建設(shè)質(zhì)量需符合設(shè)計和有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，確保“優(yōu)質(zhì)工程”、爭創(chuàng)“魯班獎”;如何確保橋臺整體線型及外觀質(zhì)量，成為本涵洞施工的一個難點。

（3）橋臺施工工期緊，任務(wù)重。為確保雨季排水通暢，同時，為后續(xù)隧道洞口施工創(chuàng)造條件，涵洞施工工期較為緊張。受征地拆遷、環(huán)水保評估等影響，采用傳統(tǒng)的臨時支架+組合模板法施工，施工工效低，無法滿足施工進度要求，急需一種新的施工方法，確保涵洞工程快速、安全、經(jīng)濟的完成施工任務(wù)。

4? 施工技術(shù)方案的選擇研究及實施

4.1? 施工技術(shù)方案的總體實施原則與思路

在同等組合模板資源投入前提下，相對組合模板施工速度提升約50%。同時減少砼外觀質(zhì)量通病，橋臺表面平整度、氣泡及蜂窩麻面、整體線型滿足驗收規(guī)范要求。在以上原則下，通過集思廣益，提出采用移動式定型模架法施工方案。

施工的總體思路為對橋臺進行合理分段，按照7.88m作為作為一個節(jié)段，以單個節(jié)段制作移動式定型模架，模架自帶行走系統(tǒng)，行走至預(yù)澆筑段落后，進行加固，加固完畢后進行混凝土澆筑，完成單個節(jié)段施工，移至下一節(jié)段進行施工，依次循環(huán)作業(yè)施工。

4.2? 移動式定型模架設(shè)計

（1）根據(jù)設(shè)計涵身尺寸及沉降縫施工要求，考慮模板搭接，移動式定型模架取8m長，2m高，整體式設(shè)計，自帶行走輪，砼面板采用整體式鋼模板。

（2）由于橋臺向內(nèi)側(cè)傾斜，主框架采用方形骨架，依靠吊索和絲桿頂撐對鋼面板進行固定，為增加面板的強度和剛度，面板采用縱、橫向加勁板進行加強。

（3）在保證整體結(jié)構(gòu)強度與剛度的前提下，要盡可能保持結(jié)構(gòu)的輕便與簡易，根據(jù)設(shè)計策劃對臺車進行了Midas Civil建模檢算，通過模擬臺車受力過程，多次修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，最大限度的保證了結(jié)構(gòu)受力的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)安全系數(shù)過剩導(dǎo)致笨重不易操作。

運用Midas軟件進行強度檢算分析，并查找結(jié)構(gòu)強度不足與強度過剩的部位，指導(dǎo)進行結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整。

運用Midas軟件模擬模架的整體變形情況，并對結(jié)構(gòu)進行剛度分析檢算，保障結(jié)構(gòu)滿足剛度要求。

運用Midas軟件進行一階失穩(wěn)模擬，并計算模架的屈曲模量得到其穩(wěn)定性特征值，保證模架整體穩(wěn)定性。

（4）針對模架中部容易出現(xiàn)彎曲變形，應(yīng)適當(dāng)增加面板剛度，控制澆筑速度，同時做好變形監(jiān)測。

（5）針對澆筑混凝土?xí)r模板可能出現(xiàn)上浮和向外側(cè)移位的現(xiàn)象，模架就位后做好與地面的有效連接，杜絕出現(xiàn)上浮和移位現(xiàn)象。

（6）針對混凝土澆筑過程中氣泡排除困難，外觀易出現(xiàn)氣泡和蜂窩麻面，在模板上安裝附著式高頻振動器，輔助振搗。

4.3? 橋臺施工

鋼波紋管涵洞橋臺施工工藝流程如圖8所示。

（1）橋臺鋼筋綁扎：完成橋臺基礎(chǔ)鋼筋及混凝土施工后，進行橋臺鋼筋定位放樣，完成鋼筋綁扎。綁扎完畢后設(shè)置鋼筋保護層墊塊，嚴(yán)格控制鋼筋保護層厚度，避免出現(xiàn)漏筋現(xiàn)象。

（2）固定主框架：將主框架移至橋臺位置后，對槽鋼軌道及行走輪進行固定，確保主框架穩(wěn)固。

（3）調(diào)整帶肋面板：主框架固定后，利用豎向絲桿及橫向絲桿調(diào)整帶肋面板至預(yù)定位置，然后緊固絲桿，利用鋼筋樁對面板底部進行固定，間距1.0m。面板底部用堵縫膠進行封堵，防止漏漿。

（4）砼澆筑：混凝土由混凝土罐車運至施工現(xiàn)場，利用挖掘機挖斗進行混凝土澆筑，振搗采用插入式振搗棒配合模板外側(cè)高頻振搗器進行振搗，澆筑過程中應(yīng)控制澆筑速度，避免出現(xiàn)模板移位。

（5）脫模養(yǎng)護：混凝土達(dá)到脫模強度5.0MPa后，利用豎向絲桿及橫向絲桿，使帶肋面板脫離，采用土工布進行覆蓋，灑水養(yǎng)護。

（6）模架走行至下一節(jié)段：脫模后，先移動行走輪下方的槽鋼軌道，然后采用挖掘機配合移動主框架至下一節(jié)段。

4.4? 模板變形監(jiān)測

模板固定后，在模板上布設(shè)了量測點，在橋臺混凝土澆筑過程中進行監(jiān)測，根據(jù)量測初始數(shù)據(jù)與澆筑完實測數(shù)據(jù)進行對比，經(jīng)監(jiān)測，模板變形滿足剛度要求。

5? 施工效果

（1）在同等模板資源投入前提下，能夠有效解決空間狹窄、難以操作的問題。同時，移動式定型模架施工速度較組合鋼模板速度提升約1倍，節(jié)約施工時間約30天，完成了橋臺施工工期目標(biāo)。

（2）砼表面平整、線型順直、棱角分明、色澤統(tǒng)一。砼外觀在面、線、角、色方面都達(dá)到了驗收標(biāo)準(zhǔn)要求，確保了創(chuàng)優(yōu)質(zhì)量目標(biāo)。

6? 主要結(jié)論

（1）通過本次移動式定型模架的創(chuàng)新研制與應(yīng)用，我們積累了一筆寶貴的新工藝研制與應(yīng)用經(jīng)驗，通過效果驗證證明，橋臺施工進度、混凝土外觀質(zhì)量有了很大的提升。

（2）利用移動式定型模架進行橋臺施工，該工藝在橋臺施工中操作方便快捷，移動速度快，保證了橋臺的施工質(zhì)量，安全防護到位，操作人員較少，減少傳統(tǒng)模板安裝人工工費，縮短工期，大大節(jié)約工程成本，為類似超大規(guī)模雙聯(lián)拱大跨鋼波紋管涵洞橋臺施工提供了借鑒。

參考文獻：

[1] 霍麗霞.公路鋼波紋管涵洞施工技術(shù)[J].交通世界，2013（1）.

[2] 李斌.鋼波紋管涵洞受力和變形特性離心模型試驗的研究[J].長安大學(xué)，2014.