鍍鋅鋼波紋管涵洞在高速公路施工中的應(yīng)用及其施工質(zhì)量控制探討

萬(wàn)朝陽(yáng)

（中交一公局第五工程有限公司，北京 100024）

社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，高速公路工程數(shù)量與日俱增，鋼波紋管涵洞的施工也越來(lái)越多。鋼波紋管是采用波紋狀的鋼板或者鋼管連接、拼裝成的涵洞，具有工期短，便于安裝，成本低，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采取科學(xué)有效的措施，切實(shí)提高其質(zhì)量。

1 鍍鋅鋼波紋管涵洞在高速公路施工中的應(yīng)用

焦桐高速登封至汝州段是河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中焦作至桐柏公路之間的一段，也是中部地區(qū)南北向主要通道焦作與隨州、岳陽(yáng)高速公路的主要部分，是G55和G4之間的加密通道。該項(xiàng)目路線全長(zhǎng)為55.720km，占地面積5830.3畝，路基寬度為26m；設(shè)置一座特大橋，長(zhǎng)度為1206m；設(shè)置23座大橋，長(zhǎng)度為5443.56m；設(shè)置8座中橋，長(zhǎng)度為576.00m；設(shè)置74道涵洞，5座隧道，長(zhǎng)度為1489m，互通式立交5處，分離式立交10座，天橋18座，通道38道，服務(wù)區(qū)1處[1]。由中交一公局采用BT+EPC總承包模式建設(shè)，焦桐高速登封至汝州段在施工的過(guò)程當(dāng)中五個(gè)參建公司分別設(shè)一個(gè)施工分部，在第四分部和第五分部各選兩個(gè)鋼筋混凝土涵洞，變更為過(guò)水?dāng)嗝娼咏匿摬y管涵洞。

2 鋼波紋管涵構(gòu)造與優(yōu)勢(shì)

2.1 主體構(gòu)造

通常情況下，此類管涵包括三種基本形式，即管涵、拱涵與管拱涵，在連接方式方面，主要為鉚接、栓接和套接。在工程應(yīng)用中，主要為管涵形式；當(dāng)直徑超過(guò)150cm時(shí)，可使用多片拼接，以栓接的方式連接，本項(xiàng)目采用管徑為400cm的鋼波紋管涵洞。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1）耐久性好。管涵片由工廠加工制作而成，在出廠之前將配件進(jìn)行熱浸鍍鋅，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)后，在工地涂刷瀝青，增強(qiáng)外表防腐性，延長(zhǎng)使用年限；還可根據(jù)實(shí)際需求在管壁內(nèi)涂抹瀝青加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，與傳統(tǒng)涵洞相比具有較強(qiáng)的耐久性；

2）抗變形能力強(qiáng)。此類管涵屬于柔性結(jié)構(gòu)，具有橫向補(bǔ)償位移的特點(diǎn)，在抗拉性、抗變形方面具有較大優(yōu)勢(shì)，在工程中，可有效防止上部構(gòu)件破壞，進(jìn)而減少橋臺(tái)跳車(chē)，使行車(chē)更加安全舒適，同時(shí)還使涵洞沉降與路基沉降不協(xié)調(diào)的問(wèn)題得到解決；

3）施工便利，周期短。在施工過(guò)程中，可將土建與型材安裝獨(dú)立開(kāi)來(lái)，單獨(dú)安裝后，再拼合在一起。與鋼筋混凝土涵洞相比，波紋管涵的施工周期短很多，兩至三周即可完工；單純考慮涵洞主體的建造，六個(gè)熟練的技術(shù)工人安裝長(zhǎng)度60m、直徑4m的管涵，安裝時(shí)間僅為兩至三天；同等規(guī)模的圬工構(gòu)造物，至少一個(gè)半月到兩個(gè)月，且工序復(fù)雜，需投入大量勞動(dòng)力；在關(guān)鍵路段施工時(shí)，如采用鋼波紋管，則可實(shí)現(xiàn)提前一個(gè)月至一個(gè)半月通車(chē)。

4）生態(tài)環(huán)保。管涵主體以鋼材為主，在洞口處采用一些混凝土，有效減少或者避免對(duì)常規(guī)建材的使用，如石子、河砂、水泥、木材等等，對(duì)周?chē)氖┕きh(huán)境破壞較少，且生態(tài)環(huán)保[2]。

3 波紋管涵洞施工流程

3.1 施工準(zhǔn)備

在施工前，應(yīng)做好充足的準(zhǔn)備工作，具體如下：1）備齊安裝工具，包括套筒及活口扳手、大小撬杠、手錘、千斤頂?shù)龋?）準(zhǔn)備涵管安裝所需的配件，包括石棉墊、螺絲等；3）對(duì)波形管節(jié)的長(zhǎng)度、波形、直徑進(jìn)行檢測(cè)，觀察管節(jié)的法蘭孔是否與涵洞設(shè)計(jì)相符，當(dāng)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重變形、管壁保護(hù)層受損時(shí)，立即更換部件；4）項(xiàng)目分部派指揮人員，負(fù)責(zé)指揮吊裝與安裝人員現(xiàn)場(chǎng)操作。

3.2 原材料檢測(cè)

登汝總承包部委托第三方河南省交科院，按照現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范，對(duì)波紋管涵洞材料依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行常規(guī)的見(jiàn)證取樣之外的檢測(cè)。在本工程中使用的波紋管涵主要技術(shù)參數(shù)如下：鋼波紋管的直徑為4m，壁厚為5.5mm，波形為V形，波高為68mm，波距為150mm，波谷半徑為32mm，波峰半徑為32mm。所采用的材質(zhì)為Q235-A熱板，表面利用熱浸鍍鋅防腐進(jìn)行處理，鍍鋅量≥600g/m2，平均厚度應(yīng)超過(guò)84。波紋板的連接方式以搭接為主，高強(qiáng)螺栓緊固，用密封膠做好密封處理。

3.3 安裝方法

1）放樣與基坑開(kāi)挖，在正式施工前，應(yīng)明確管涵中心與縱橫軸線的位置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件進(jìn)行放樣，并確保滿足換填的厚度標(biāo)準(zhǔn)。在開(kāi)挖過(guò)程中，采用“人工＋機(jī)械”的方式，對(duì)于深度較淺、土質(zhì)優(yōu)良的邊坡，以垂直方式開(kāi)挖；對(duì)于存在水源、深度較大的邊坡，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)以1：0.5—1：1的坡比進(jìn)行放坡，將開(kāi)挖出的土運(yùn)送到指定地點(diǎn)。

2）基礎(chǔ)施工，本工程地基類型主要為一般地基，可采用一定級(jí)配的級(jí)配碎石、粗砂或天然礫石換填50cm并滿足壓實(shí)度要求。在換填過(guò)程中，采用級(jí)配碎石墊層，確保壓實(shí)度與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符合。

3）管節(jié)連接與拼裝，本工程的管涵較長(zhǎng)，應(yīng)在涵位處就地分段安裝和對(duì)接。首先對(duì)中間管節(jié)安裝和校正，然后對(duì)進(jìn)出水口的位置安裝。在安裝過(guò)程中，從一側(cè)按照順序排放管節(jié)，使管節(jié)中心與基礎(chǔ)縱向中心線平行，當(dāng)兩法蘭之間相距3～5cm時(shí)，需要利用小撬棍對(duì)準(zhǔn)法蘭孔，從第二根管的另一側(cè)用撬杠撬動(dòng)管節(jié)，縱向平移兩法蘭，直至相距2cm左右，然后穿螺栓、擰緊螺絲，該段全部組裝完后，逐個(gè)擰緊螺母，以此類推，完成后續(xù)逐節(jié)的連接。管節(jié)組裝和對(duì)接結(jié)束后，對(duì)管身與涵洞軸線的一致性檢查，如不一致，則用千斤頂推動(dòng)涵管使其就位。

4）兩側(cè)與頂部回填，按照基礎(chǔ)換填的方法，對(duì)0.5～2m的部分進(jìn)行回填，頂部采用路基填筑材料。在對(duì)楔形處進(jìn)行回填時(shí)，應(yīng)確保密實(shí)度合格，也可采用C15混凝土澆筑成管座。每15cm的高度做好標(biāo)識(shí)，便于填高；壓實(shí)度要求≥96%，每層的單側(cè)不超過(guò)50m2為一個(gè)檢驗(yàn)批，壓實(shí)度全合格后方可進(jìn)行下一層填筑，兩側(cè)同步、對(duì)稱回填，兩側(cè)回填高差≤30cm；管涵兩側(cè)各至少25m范圍內(nèi)不得有強(qiáng)夯作業(yè)。對(duì)管涵兩端仔細(xì)檢查，將其內(nèi)積水、雜物等清理干凈，若板與板之間有縫隙，則應(yīng)填塞緊密，并在內(nèi)部涂抹脫模劑。在混凝土澆筑過(guò)程中，自由傾落的高度要控制在2m以內(nèi)，否則容易導(dǎo)致離析。與管身相距50cm的范圍內(nèi)采用小型機(jī)械夯實(shí)，以免管涵受到大型機(jī)械撞擊；與管體相距0.5m的范圍內(nèi)，禁用超過(guò)50mm的石塊或者其他硬物。該項(xiàng)目的鋼波紋管涵洞都沒(méi)有設(shè)置擋墻，由中心向兩端回填，最終截面的尺寸與組裝尺寸相比差異≤2%，若出現(xiàn)嚴(yán)重變形，應(yīng)立即停止一切相關(guān)工序，查找原因，并采取有效措施使不當(dāng)之恢復(fù)正常[3]。

5）洞口混凝土施工，在洞口施工過(guò)程中，以端墻（一字墻）和其兩側(cè)的八字墻為主，采用混凝土澆筑，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保接縫嚴(yán)密、不露漿；將混凝土攪拌之后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，切忌出現(xiàn)泌水、離析、坍落度不當(dāng)?shù)惹闆r；澆筑混凝土后，用振動(dòng)器振實(shí)，成型后灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為7天，將土工布、土工膜、養(yǎng)生棉、草簾等覆蓋在上方，防止混凝土受到污染，養(yǎng)護(hù)期間確保混凝土表面濕潤(rùn)，以免出現(xiàn)裂縫。在養(yǎng)生初期，由于受多種因素影響，混合料通常出現(xiàn)收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，對(duì)此，應(yīng)在養(yǎng)生過(guò)程中采用人工混合料將裂縫進(jìn)行灌漿，從而提升混凝土強(qiáng)度。

3.4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

在工程造價(jià)方面，直徑1.5m的鋼波紋管涵每延米造價(jià)在6000元左右，而1～4m鋼筋混凝土箱涵由于凈空有所區(qū)別，每延米的造價(jià)在6000～8000元之間。在施工過(guò)程中，兩種管均按照外徑增加20cm后，對(duì)土方量進(jìn)行計(jì)算，則前者所使用的土方量與后者相比減少8%～10%左右，在經(jīng)濟(jì)性對(duì)比方面，前者的造價(jià)要低于后者。（出于對(duì)本項(xiàng)目工程單價(jià)保密的考慮，以下單價(jià)不是本項(xiàng)目4m直徑鋼波紋管涵洞的單價(jià)，而是由管片制造廠家提供的比登汝項(xiàng)目時(shí)間上略早的其他項(xiàng)目規(guī)格略小的鋼波紋管涵洞的數(shù)據(jù)，還請(qǐng)見(jiàn)諒）對(duì)兩種管型的綜合造價(jià)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下，當(dāng)管直徑為2.0m時(shí)，波紋管的總費(fèi)用為10063元/m-1，鋼筋混凝土管的總費(fèi)用為7400元/m-1，比例為1.36；當(dāng)管直徑為2.5m時(shí)，波紋管的總費(fèi)用為14271元/m-1，鋼筋混凝土管的總費(fèi)用為9400元/m-1，比例為1.52；當(dāng)管直徑為3.0m時(shí)，波紋管的總費(fèi)用為16741元/m-1，鋼筋混凝土管的總費(fèi)用為12300元/m-1，比例為1.37；當(dāng)管直徑為3.5m時(shí)，波紋管的總費(fèi)用為21621元/m-1，鋼筋混凝土管的總費(fèi)用為15000元/m-1，比例為1.44；從以上數(shù)據(jù)可知，鋼波紋管與混凝土管相比，材料成本高出40%左右；但因其施工周期明顯短很多，施工協(xié)作隊(duì)伍使用的計(jì)日工數(shù)量比傳統(tǒng)的漿砌片石涵洞、混凝土涵洞少很多，在人工單價(jià)日益高漲的今天，其節(jié)約人工費(fèi)方面的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越大，目前其產(chǎn)生的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工程綜合造價(jià)超出的數(shù)額，加上后續(xù)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較低，使用壽命較長(zhǎng)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，更具有經(jīng)濟(jì)性。目前，我國(guó)鋼波紋管產(chǎn)業(yè)不斷調(diào)整，市場(chǎng)日漸規(guī)范，在成本投入方面逐漸降低，使鋼波紋管獲得更加廣泛的市場(chǎng)發(fā)展空間。

4 波紋管涵施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

在管涵施工過(guò)程中，可采用以下方法進(jìn)行質(zhì)量控制：

1）基礎(chǔ)開(kāi)挖。開(kāi)挖的深度應(yīng)為管涵直徑的3倍，如現(xiàn)場(chǎng)空間較小則要保證3m的施工空間，這樣做不但有助于管節(jié)拼裝，還有利于日后將拼裝后的臺(tái)背進(jìn)行回填與壓實(shí)。應(yīng)確保管涵地基承載力均勻，尤其是在地基承載力不同的土質(zhì)交叉的位置，若涵洞無(wú)法移動(dòng)，則軟地基可采用級(jí)配砂礫石壓實(shí)，在巖石基礎(chǔ)中，因過(guò)度剛性可能會(huì)導(dǎo)致管涵柔性受損，加劇管節(jié)形變，對(duì)此可在地基開(kāi)挖結(jié)束后換填級(jí)配碎石，最為理想的厚度為100cm；涵頂填土高度應(yīng)不低于50cm，應(yīng)采用重量不低于12t的壓路機(jī)碾壓，使機(jī)械順利通過(guò)；當(dāng)填土高度在50cm以內(nèi)時(shí)采用人工配合小型沖擊夯的形式進(jìn)行碾壓，不得漏夯、漏壓。2）拼裝階段。全部螺栓的預(yù)緊力矩均為340N·m±70N·m，在拼裝之后中徑誤差不可大于設(shè)計(jì)值的±1%；在波紋板拼裝過(guò)程中，管片的銜接之處不得有雜物，以免在拼接之后留有縫隙，使管體的防水效果受到不良影響；3）夯實(shí)基礎(chǔ)層。明確管片底部與基礎(chǔ)之間的密實(shí)性是否與標(biāo)準(zhǔn)相符，然后再對(duì)管涵進(jìn)行拼裝；為了避免降雨、洪水等對(duì)本涵洞可能造成的沖刷，可在管內(nèi)底部高約2m之內(nèi)采用M30水泥砂漿抹面，要求表面平整光滑；在基礎(chǔ)回填中應(yīng)采用分層方式進(jìn)行夯實(shí)，以級(jí)配碎石為主，粒度最大不應(yīng)超過(guò)5cm，粒徑為0.074mm以內(nèi)的顆粒數(shù)量應(yīng)低于3%，含泥量也不得超出規(guī)范要求，采用加水振動(dòng)、碾壓法等進(jìn)行夯實(shí)，也可根據(jù)施工實(shí)際需求，采取針對(duì)性的夯實(shí)措施，但務(wù)必確保級(jí)配碎石基礎(chǔ)密實(shí)；4）螺栓組裝。采用松螺栓組法，根據(jù)技術(shù)規(guī)范對(duì)各個(gè)螺母的扭力矩進(jìn)行嚴(yán)格控制，在使用機(jī)動(dòng)扳手時(shí)，擰板時(shí)間應(yīng)為2s～5s，對(duì)于鍍鋅保護(hù)層受損處，應(yīng)立即涂防銹劑；為了減少溫度因素對(duì)波紋管產(chǎn)生的次生應(yīng)力影響，應(yīng)在恰當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行螺栓施擰，最佳溫度為13～22℃。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，鋼波紋管涵在高速公路工程中的應(yīng)用更加廣泛。在實(shí)際施工中應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，并采取科學(xué)合理的施工工藝，使基坑開(kāi)挖、基礎(chǔ)施工、管節(jié)連接、回填等施工質(zhì)量得到切實(shí)保障，科學(xué)有效地降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，可以在工期和成本上獲得更好的成果。