裝配式涵洞施工技術研究

詹群豪 舒 揚

(中鐵四局集團第五工程有限公司技術中心 九江 332000)

裝配式鋼筋混凝土涵洞(prefabricated reinforced concrete channel)是一種采用工廠制造和現場拼裝工藝建造的鋼筋混凝土涵洞或小橋類構造物。按截面形狀可分為裝配式鋼筋混凝土管形涵洞(本文簡稱管形涵洞)和裝配式鋼筋混凝土箱形涵洞(本文簡稱箱形涵洞)2種形式。裝配式涵洞具有施工簡便、高效、快捷等優點。

傳統涵洞大多為現場澆筑施工，存在的主要問題是施工周期長、易出現錯臺、跑模、漏漿、蜂窩麻面、保護層厚度合格率較低等外觀質量問題，受天氣影響很大，質量較難控制[1]。裝配式涵洞是通過集中生產預制涵節并采取現場拼裝方法施工的涵洞,在現場僅需施工涵洞基礎及底板鋼筋混凝土,現場作業量小,可以減少對路基土石方施工的干擾，有利于提高工程質量，加快施工進度，節約成本經濟[2]。本文以云茂高速某裝配式涵洞為例，對裝配工藝及施工技術難點進行分析研究。

1 工程概況

云茂高速公路TJ13標共設置裝配式涵洞2座。分別為BK1+890管形涵洞和BK1+930箱形涵洞。其中BK1+930箱涵軸線與線路中線右前方夾角為110°，斷面尺寸為6 m×4 m。BK1+890管型涵洞填土高度為1.56 m，孔徑尺寸為4 m×4 m。具體斷面示意見圖1。

圖1 涵洞1/2斷面尺寸(單位：mm)

2 裝配式涵洞施工工藝

2.1 施工工藝流程

裝配式涵洞通過在工廠預制涵洞節段，運至現場進行拼裝。工藝流程見圖2。

圖2 裝配式涵洞施工工藝流程圖

2.2 預制施工

裝配式涵洞預制生產采用工廠化流水線作業，預制廠區設置鋼筋加工區、半成品存放區、鋼筋胎架綁扎整體吊裝區、混凝土澆筑區、構件養護存放區、試拼檢驗區等6個區域。鋼筋原材料、骨架、模板及質量養護處理方式如下。

1) 鋼筋原材料。鋼筋原材采用鋸切機鋸切，數控彎曲中心彎制半成品，較傳統彎曲工藝大大提高了彎曲精度和施工效率。另根據鋼筋大樣圖編號，設計不同的鋼筋存放臺架存放半成品，保證了現場材料的堆碼整齊。

2) 鋼筋骨架。鋼筋骨架利用綁扎胎架成型，綁扎胎架與地面錨接牢固，防止胎架移位，胎架上刻有定型卡槽，有效確保鋼筋定位精度。根據節段高度設有操作平臺和可移動式爬梯，方便作業人員操作。采用多點鋼筋吊裝架吊裝鋼筋骨架入模。

3) 模板。模板設計為整體式，支墊橫梁與地面通過地腳螺栓錨接牢固，采用鉸接式支撐桿，方便加固和脫模。模板底部設置高頻振動器振搗密實。澆筑完畢后通過自主研發的可移動式噴淋養護臺車進行帶模養護。

4) 質量養護。構件脫模后，吊裝至構件存放區進行二次養生。構件底部通過預埋的地埋式管道實現自動噴淋養生，頂部通過噴淋臺車養生。噴淋管道采用地埋并聯、接頭采用萬向管和轉換接頭，噴淋頭霧化設計，并采用濕度和時間雙控，每個區域均獨立控制，確保了養護質量和養護的及時性。

2.3 構件運輸及拼裝

為有效避免現場安裝誤差，提高拼裝效率，構件出廠前在廠內進行試拼，試拼結束后利用卡車運輸至施工現場。裝配式管涵及箱涵主體分為3個構件：底板、側墻、頂板[3]。其中側墻及頂板在預制場集中預制，底板為拼裝完成之后的后澆帶，劃分示意見圖3。

圖3 主要構件圖

現場拼裝時，預先通過測量定位，利用汽車吊吊裝，輔以牽引定位。拼裝結束進行底板預留部位鋼筋綁扎及混凝土澆筑施工。各構件連接處利用高黏稠水泥砂漿和止水帶止水，防水層施工完畢對涵背進行分層填筑。

3 裝配式涵洞施工技術難點及解決措施

3.1 構件預制施工技術難點及解決措施

1) 箱涵頂板橫向鋼筋分為上下2層，跨度大，綁扎時鋼筋不易固定，且影響后續箍筋綁扎。

解決措施：調整鋼筋綁扎順序，先進行箍筋綁扎，后進行主筋綁扎。利用胎架上的定位槽進行箍筋定位，輔以定位鋼筋進行加固，對鋼筋主筋采取水平穿入后垂直翻轉的方式綁扎。

2) 混凝土外觀質量較難控制、色澤較差，出現較多蜂窩麻面。

解決措施：進行大量試驗進行對比，選擇較優方案。①脫模劑的選擇，對模板脫模劑分別選用脫模劑、模板漆、機油+柴油組合這3種方式進行試驗塊制作，根據成型效果最終選擇采用脫模劑。②對混凝土坍落度進行比選，分別制作了160，180，200，220 mm坍落度的水泥進行試驗塊制作，最終發現坍落度在180 mm下結構成型色澤和外觀質量最佳。③對混凝土振搗方式和澆筑方量進行比選：根據運距和混凝土澆筑方量，充分考慮混凝土坍落度損失，最終確定了選用混凝土罐車澆筑方量為每車4 m3。④振搗方式根據部位確定，在頂板混凝土澆筑時不進行高頻振搗器振搗，在腹板混凝土振動時采用高頻混凝土輔以人工振搗方式，高頻振搗器時間控制在30 s為宜。

3) 鋼筋保護層厚度控制難度較大，保護層厚度合格率要求≥90%。

解決措施：①鋼筋保護層厚度采用滾輪墊塊控制。傳統工藝采用梅花形墊塊，對梅花形墊塊的綁扎難以控制，存在扎絲外露和墊塊傾斜現象，嚴重影響保護層厚度檢測結果，往往造成保護層厚度合格率較低，不能滿足要求。采用滾輪墊塊可以輔以鋼筋穿入滾輪中心，有效調整不同主筋的保護層厚度，且不受扎絲外露影響，確保保護層厚度。②采用游標卡尺進行鋼筋保護層厚度量測可有效獲取真實數據，滿足保護層厚度檢測數值要求。③加強自檢控制，嚴格執行三檢制度，合格后方可澆筑混凝土。同時對已經澆筑的混凝土進行保護層厚度檢測，根據檢測數據分析改進方法，對不滿足要求的構件部位加強后續控制。

4) 構件養生及吊裝控制。一般模板內混凝土需要養生4～5 d方能達到吊裝條件，因此，占據了較多時間，模板周轉效率較低。

解決措施：①對混凝土澆筑完成后采用噴淋臺車養生，縮短混凝土強度增長時間，提高模板使用效率；②設計圖紙吊環位置為拼裝之后的位置，預制混凝土模板擺放位置與設計不同，需要對吊環位置重新埋設。構件為異形構件，根據設計圖紙對該構件起吊重心重新計算，根據實際預制位置對吊環埋設位置對稱布置。

5) 構件運輸過程中容易損壞。

解決措施：①采用平板車運輸，車上安裝構件存放胎架，將構件吊裝至存放胎架上;②構件與胎架接觸處設置橡膠支墊，防止構件碰撞或損傷;③胎架與平板車之間安裝楔形塊等防撞措施，防止因彎道過多或急剎車等造成構件破損。

6) 涵長、涵洞交角、路況等因素使得節段布置不可能全部使用標準節。

解決措施：①基本節段類型有3個，分別為3 m標準節段、1 m標準節段及3 m非標準節段。3 m標準節段是主要節段，使用量最大；1 m標準節段用于調整結構的縱向長度，一般設于結構兩端最后一個3 m標準節段內側；3 m非標準節段是管型通道特有，主要用于結構端口，由3 m標準節段去除頂板，切去部分側墻形成；②通道總長(除去端口翼墻)為3N(N為節段數)m時，則采用N節3 m標準節段即可滿足要求；若通道總長為3N+1 m，則采用N節3 m標準節段和1節1 m標準節段；若通道總長為3N+2 m，則采用N節3 m標準節段和2節1 m標準節段。這樣的節段劃分設計，既滿足了任意總長的通道設計，同時也最大程度地減少了預制節段的類型，體現了標準化設計、工業化生產的理念和要求。將每個節段在橫向劃分為頂板、底板、兩側墻4個構件的方法，則進一步降低了預制的難度，并大大減輕單件吊裝重量，進一步為施工提供了便利；③同時3 m節段布置能更好地適應地基沉降、復雜地區運輸吊裝能力，方便現場施工。

3.2 構件安裝施工技術難點及解決措施

1) 裝配式涵洞基礎標高控制嚴格，平整度要求高，不易控制，安裝后易造成接縫過大。

解決措施：施工裝配式涵洞基礎時，嚴格控制基礎標高。基礎施工前技術組測量放線，用水準儀精確測量各點標高，混凝土施工完成后，對基礎進行復核，超高的地方采用水磨機磨平，不足的地方采用環氧樹脂砂漿進行找平，確保平整度誤差不得大于3 mm。

2) 構件拼裝就位難度較大，混凝土拼裝誤差較大。

解決措施：①構件安裝前先在基礎上放出安裝控制邊線，邊線外側用槽鋼固定，槽鋼內邊線與實際定位位置密貼，槽鋼要確保無變形，外側要固定牢固。安裝時構件要緊貼槽鋼內側放置，防止偏離設計位置。②側墻安裝后進行頂板安裝時，側墻頂部鉸縫暫不灌注混凝土，當全部構件拼裝完成后，采用汽車吊稍微提起頂板至高出鉸縫位置后，對鉸縫進行灌注高標高水泥砂漿后，再將頂板落下至鉸縫位置，利用重力擠壓鉸縫混凝土，拼裝完成。

3) 構件安裝后在構件連接處存在一定縫隙。

解決措施：①內側接縫處理，a.以泡沫塑料板塞縫后用鋼絲刷、抹布將縫內縫邊清除干凈，拉毛處理；b.灑水濕潤接縫，待晾干后再填塞M7.5高黏稠水泥砂漿；c.填塞后約2 h，用泡沫板將接縫處砂漿搓刮，并進行修平處理，用鐵抹子進行收光，用鋁合金尺檢查平整度；d.用噴霧器灑水養生。②外側接縫處理，a.以泡沫塑料板塞縫后用鋼絲刷、抹布將縫內及縫邊清除干凈，拉毛處理；b.用M7.5高黏稠水泥砂漿將接縫填滿抹平，待砂漿具有一定強度時灑水養生；c.砂漿養生7 d后，沿接縫先涂一層25 cm寬的911聚氨酯防水涂料，再粘貼25 cm寬的背貼式橡膠止水帶，以專用膠水粘貼；d.橡膠止水帶安裝應注意：止水帶粘貼的混凝土基面平整、潔凈、干燥、無裂縫，其平整度允許偏差為3 mm。為使止水帶固定牢固，可每隔1 m用高強鋼釘固定；止水帶與節段接縫界面粘貼要緊密，沿接縫方向不得留斷點，不能被浮渣塵土等阻隔；止水帶存放及運輸時應避免潮濕和擠壓，防水工程完成前，應避免止水帶被雨水或施工用水浸泡。在通道外側進行回填施工時應注意對背貼式止水帶的保護。橡膠止水帶應向專業廠家采購，技術指標需符合相關國家標準，并具備耐低溫、耐腐蝕性能，正式使用前需進行試驗以檢驗其遇水膨脹性能，并提供檢驗合格證方可使用。

4 與傳統涵洞對比分析

4.1 進度對比分析

1) 傳統涵洞和裝配式涵洞的工期對比分析結果見表1。

表1 傳統涵洞和裝配式涵洞的工期對比表 d

由表1可見，對于同樣長度的涵洞，同種模板配置下，傳統涵洞的施工周期約為裝配式涵洞施工工期的2倍，若考慮當地雨季施工影響，則相差更大。與傳統涵洞施工相比，裝配式涵洞施工速度快，可有力保障施工周期。

2) 傳統涵洞和裝配式涵洞每循環工期對比分析結果見表2。由表2可見，裝配式涵洞每循環周期時間為3 d左右，傳統涵洞的每循環周期為7 d。

表2 傳統涵洞和裝配式涵洞每循環工期對比表 d

由表2可知，傳統涵洞的工期主要為鋼筋綁扎、鋼筋調整、模板加固及養護、拆模，而影響裝配式涵洞的工期主要為帶模養生時間。裝配式涵洞因工廠化作業，各道工序可以平行作業，在混凝土帶模養生期間，可同步完成鋼筋綁扎、綁扎成型鋼筋存放工作。相對于傳統涵洞施工，每循環周期大大縮短。

4.2 質量對比分析

1) 傳統涵洞。傳統涵洞施工往往受制于現場地形條件而采用鋼筋現場加工和綁扎，精度無法有效保證，模板加固不牢固導致變形，傳統式搗固棒振搗不到位產生氣泡過多或蜂窩麻面。保護層墊塊設置留有死角和綁扎不牢導致保護層厚度不合要求，養生不及時。

2) 裝配式涵洞。通過鋼筋數控彎曲機、鋼筋鋸切機等先進的機械設備使鋼筋半成品精度得到有效保證。半成品鋼筋存放在專門的胎架平臺上，以防止鋼筋變形影響綁扎精度。設置專門的鋼筋綁扎胎具和定位卡槽有效確保鋼筋間距。全方位設置保護層墊塊，有效確保了鋼筋保護層厚度。采用整體鉸接式鋼模板，通過地腳螺栓及工字鋼固定、牢固不變形。設置高頻振搗器振搗和自動噴淋養護系統，有效確保了混凝土質量。

通過與廣東省近期傳統涵洞的回彈強度、保護層厚度、構件尺寸及鋼筋間距的合格率和裝配式涵洞構件相比，裝配式涵洞的上述檢驗項目均能達到100%合格，遠遠高于傳統涵洞，有效地保證了涵洞的質量。

4.3 經濟性對比分析

以安徽省交通規劃設計總院標準圖中管形涵洞為例進行經濟性對比分析，以35 m長4 m×4 m為例，結果見表3。

表3 裝配式管形通道與現澆箱涵、蓋板涵對比表

從材料數量來看，由于管形涵洞合理受力，配筋量得以減少，材料數量明顯降低。綜合單價比現澆箱涵低12.2%，比蓋板涵低15.5%。因而裝配式涵洞造價優于傳統涵洞。

4.4 安全性對比

1) 傳統涵洞。由于傳統涵洞施工受限于露天作業，風險源多，安全壓力大，安全事故發生頻率遠高于場內施工。

2) 裝配式涵洞。裝配式涵洞為工廠化施工，在預制廠內施工，可降低高空作業、中暑、雷雨、物體墜落與打擊的風險。場內施工用電有效連接，通過線槽避免線路外露，減少了安全隱患。

4.5 適用性對比

1) 傳統涵洞。傳統涵洞適用于全部涵洞類型。

2) 裝配式涵洞。裝配式涵洞無法適用于填土16 m以上情況，否則經濟性明顯降低。且對于交通運輸不便地段具有局限性。

3) 裝配式涵洞在轉運、吊裝、固定、防水等方面還存在諸多不足需要改進[4-5]。

5 結語

裝配式涵洞將施工所需構件在工廠制作完成后再在現場進行拼裝，改善了現場澆筑施工技術的不足，是涵洞施工的新方向。本文針對裝配式涵洞的施工工藝、施工主要問題及解決措施、與傳統涵洞的對比等方面進行了闡述及分析。結果表明，裝配式涵洞具有進度快、質量高、經濟性優、安全性好、外觀美觀等優點。文中對裝配式涵洞的施工工裝設備、施工工藝進行了詳細的說明，可為后續裝配式涵洞的應用提供參考。