預制裝配式涵洞施工技術研究*

魏 杰，王思琦，梁 勇，馮忠居，許桂青，趙瑞欣

(1.山西昔榆高速公路有限公司,山西 晉中 030600； 2.長安大學公路學院，陜西 西安 710064)

0 引言

涵洞主要作為排水構筑物在公路、鐵路、市政工程中廣泛應用[1-3]，當前涵洞施工方法正在由現澆向預制裝配式發展，我國各省份相繼開展了裝配式涵洞技術的探索與研究[4-11]，并取得了良好的經濟和社會效益，高速公路建設技術、施工、管理3個方面的標準化生產模式已初步形成。調研已建裝配式涵洞發現，其工程雖已初具規模，但技術上仍存在一些不足[12-15]。

為進一步豐富和拓展裝配式涵洞技術，依托昔榆高速公路裝配式涵洞工程開展研究，重點分析裝配式涵洞施工工藝與質量控制技術，為推廣裝配式涵洞的標準化施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

山西省昔陽(晉冀界)至榆次高速公路主線涵洞共設置裝配式鋼筋混凝土箱型涵洞6處，跨徑和凈高均為4m。預制構件分為標準節和非標準節，標準節為3m/節，非標準節為1m/節。每節預制涵洞由3部分組成，分別為頂板(1榀)、側墻(2榀)、現澆底板，如圖1，2所示。

圖1 裝配式箱涵

圖2 裝配式箱涵標準節

2 裝配式涵洞工藝特點與優勢

混凝土箱涵傳統施工方法一般采用現澆，其優勢在于施工簡便，價格低廉。但受到混凝土自身齡期、材料運轉周期、外部環境條件等因素影響，后期養護條件不易得到保證。而裝配式涵洞最大的優勢就是通過工廠化預制進行規模化生產，之后現場可快速拼接，生產效率、流水化作業程度高且不受天氣因素影響，節省了大量現場澆筑工期，施工進度顯著加快。同時由于在預制廠集中化生產，對現場自然環境的影響相比現澆法大幅降低。預制裝配式涵洞工程特點如下。

1)預制裝配式涵洞通過鋼制成套模板快速預制，可預制箱型、管型等涵洞結構，預制技術成熟。

2)鋼筋尺寸和定位精度高。

3)預制裝配式涵洞通過規模化生產預制構件，流水化作業程度高，顯著提高了構件質量及生產效率，后期通過現場吊裝快速施工，可大幅縮短工期。

4)相比傳統現澆法，工廠化預制具有可靠穩定的作業條件，不受自然因素影響。預制廠具有充足空間、材料保護條件、養護條件，不僅有效保證了原材料的質量穩定，同時在精度控制上也顯著提高。

5)預制裝配式涵洞由于能集中預制，免去了現場立模澆筑，綠色環保。

3 預制裝配式涵洞施工關鍵技術

3.1 施工工藝流程

預制裝配式涵洞施工工藝流程可劃分為3個階段，分別為預制廠預制、吊裝與運輸、現場安裝，具體如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

3.2 預制廠預制

3.2.1模板加工

使用定型鋼模板作為模板加工，模板需要滿足以下方面要求：①保證結構具備充足的剛度、良好的光潔度，在精度控制及平整度方面達到較高水平；②需要有隔振設施和振動設施；③為了能夠確保構件的預制樣態，運輸過程中需要有足夠的剛度，模板內側需按精度要求制作，并通過打磨保證各個面光滑平整，澆筑前涂刷脫模劑，側模與底板連接牢固，螺栓擰緊，接縫緊密，加墊雙面膠條防止漏漿。

3.2.2鋼筋骨架安裝

鋼筋安裝采用特定的鋼筋安裝胎架，采用工字型鋼作為胎模骨架，立柱按照頂部變截面間距適當布置，加設頂部橫桿，間距為50cm。制作鋼筋骨架按照先里后外的原則進行焊接綁扎。

混凝土墊塊要使用特定的墊塊，強度保證預制吊放期間不破損，也要具備合適的密實度并與混凝土強度匹配。墊塊采用梅花形布置，交錯分布在鋼筋和模板之間。

鋼筋骨架在吊裝過程中，采用四點吊點法吊運入模，防止變形。骨架頂部按設計圖紙設置吊環，并在吊環處設局部鋼筋網片，降低吊環周邊的應力。

3.2.3混凝土澆筑

側墻、洞口墻身預制構件、箱涵頂板使用C40混凝土，需要在拌合站采用集中拌合方式攪拌均勻，之后使用混凝土罐車運輸至涵洞預制區。運輸過程中不得發生離析和泌水現象，澆筑時采用起重機與料斗相配合。澆筑頂板時，先對鉸端混凝土進行澆筑，后澆筑頂板混凝土，對稱澆筑并按照30cm分層。澆筑側墻時,先澆筑底座轉角處混凝土，后澆筑側墻混凝土。如遇特殊原因澆筑時需要間歇，應控制間歇時長，不超過上一層混凝土冷凝時間。

3.2.4構件養生

項目根據預制工期安排，冬季施工時采用蒸汽養生。采用流水作業推拉式蒸汽養生棚(棚內預先布設管道和接口以及溫度計)，構件混凝土澆筑完成后帶模進行蒸汽養生。控制蒸氣溫度，溫度提升至80℃后保持恒溫6h。在降溫結束時，環境溫度和混凝土表面溫差不超過15℃。溫度計在每個蒸養棚內布設3個，準確控制蒸養溫度。

夏季施工采用普通噴淋養生，待澆筑混凝土強度達到設計強度的85%后，可拆除支架。在吊放前需使預制構件達到設計強度的90%。在預制構件上鋪設土工布并灑水養生。為保證下部外漏鋼筋不銹蝕，可進行相應防腐處理。

3.3 吊裝與運輸

構件強度達到其設計強度的90%以上，可以考慮吊放，需測試涵洞基礎標高、調準基礎中線、保證基礎平整性，直到全部復核完畢符合設計要求，才可以放線。吊裝涵洞時，側墻需要表面平滑且豎直、墊板要平整、穩定，經過核實并滿足構件要求，方可吊裝預制構件。為防止吊裝和運輸過程中，構件出現邊角部分混凝土磨損的狀況，需要使用橡膠墊塊將其隔離保護。

采用先側墻后本節段頂板的順序吊裝。在吊裝側墻過程中，用激光掃描儀配合全站儀檢查涵洞墻板的垂直度，可人工輔助微調。墻板與墊層頂面確保穩定，防止出現托空現象。頂板吊裝前需要將高強水泥涂抹在側墻的凹槽處，填滿上一步產生的縫隙。最后吊裝涵洞進出口異形板及洞口預制墻身，牢固支撐,確保其剛度、強度、平整度和穩定性。

運輸過程中，裝配式涵洞預制構件的運輸穩定性應滿足相應要求。建議在運輸的上下坡階段，運輸路段最大坡度不超過30°，并在該構件運輸過程中，頂板鉸接處設置底座，對構件起到保護作用。車輛運輸過程中控制加速度<0.6m/s2，保證運輸穩定性。轉彎路段經過統計最小圓曲線半徑為40m，考慮鋼板與混凝土內摩擦系數0.6，故在轉彎路段最大速度應不超過4.8m/s。

3.4 基底與基礎施工

3.4.1基坑開挖

1)在基礎開挖前，地面需要進行防排水施工。若基底開挖時底部出現積水，采取在基坑四周開挖集水溝的措施，若基坑產生積水，使用潛水泵進行清除，以避免對基底承載力的影響。如無特殊情況，基坑開挖應該高效快速進行，避免基坑暴露太長時間。

2)在機械開挖的基礎上，合理安排人工輔助開挖，確保滿足設計要求。在開挖過程中，隨同翼墻基礎、洞口鋪砌段一同開挖，挖深應先大后小，逐步挖至設計高程，避免超挖。

3)基底的處理模式：開挖至設計標高前，先測定地基承載力是否滿足要求，存在巖石地基、不均勻地基、軟弱地基時，需要對此類地基換填處理。

3.4.2墊層施工

1)墊層可采用混凝土墊層，采用4%水泥土和C30混凝土墊層進行地基處理。洞口采用八字墻，其基礎的深、寬分別不小于60cm和120cm，且混凝土強度級不低于C25。施工后保證截水墻與八字墻基礎端部銜接平整。

2)在施工時，預制體的高程和縱向線性對位要準確，沿路線走向上，墊層寬度相比結構加寬200cm。

3.5 現場安裝

3.5.1底板及洞口現澆施工

箱涵接縫處理完成后，將同一節段側墻底板鋼筋進行綁扎，布置底板模板，澆筑30cm厚C40混凝土。澆筑前用水沖刷墊層及側墻底座與底板接觸區域，保證墊層、側墻底座與底板新舊混凝土能夠牢固銜接。為保證混凝土強度，進行灑水養生，并及時覆蓋土工布。待混凝土強度達到5MPa后方可拆模，之后繼續進行養生。箱涵洞口澆筑C40混凝土底板。

3.5.2接縫與防水處理

1)節段內側接縫 管節縱向縫充填塑料泡沫板。填塞砂漿前需保證接縫干凈，可通過鋼絲刷和抹布進行清縫，最后拉毛。接縫處灑水之后晾干，填塞M7.5高黏稠水泥砂漿。經過2h凝固，用泡沫板將接縫處砂漿修整，最后用抹子表面收光，檢測平整度，灑水繼續養護。

2)節段外側接縫 與內接縫處理相似，在進行清潔、拉毛、抹砂漿與養護之后進行外接縫防水工藝。砂漿養護需達到7d后采取防水措施，采用SBS高聚物改性瀝青防水卷材進行外部防水施工。

3)節段頂板接縫 相鄰涵洞6m一段連為整體，頂板間采用4道螺栓固定，如圖4所示。具體包含套管1根(預埋)、螺栓1根、螺旋筋2根(預埋)、U形筋2根(預埋)、墊板2塊、螺母2個。防腐材料選用鋅基鉻酸鹽涂料。

圖4 頂板彎螺栓連接方式

3.5.3涵背回填

涵背回填頂部過渡段長度為(3+2H)m，其底部距基礎內緣3m。在基礎頂面以下填方采用挖基材料回填，確保壓實度滿足設計要求。通過采用透水性良好的回填材料來應對基坑積水問題。盡量在比較寬闊地方使用大型壓實機械，并同時在兩側對稱分層夯實，以保證壓實質量，保證壓實度達到設計標準。涵洞頂部以及其臨近的構造物邊緣使用小型機械，采取分層夯實方式。

4 質量控制及效果評價

4.1 預制模板

主要對模板尺寸、面板端偏斜、連接件預留孔位置及面板平整度進行控制，控制指標分別為±1mm，0.5mm，±0.3mm，±1mm。

4.2 鋼筋加工質量

主要為受力鋼筋順長度方向加工后的全長、彎起鋼筋各部分尺寸、箍筋螺旋筋各部分尺寸，控制指標分別為±10mm，±20mm，±5mm。

4.3 澆筑養生

1)坍落度設計值40mm，50～90mm，100mm對應的允許偏差分別為10，20，30mm。維勃稠度為11，10～6，5s時對應的允許偏差分別為3，2，1s。

2)混凝土振搗需根據澆筑層厚度選擇振搗方式。插入式振動器、附著式振動器均適用于澆筑層厚度不超過300mm的預制構件。表面振搗器對于無筋或配筋稀疏時，澆筑層厚度≤250mm；對于配筋較密時，澆筑層厚度≤150mm。

3)預制頂板長度允許偏差為±1mm，厚度、寬度允許偏差為±0.5mm；牛腿間距允許偏差為±1mm，牛腿面平整度允許偏差為±0.1mm；支座允許偏差為±0.5mm。對于預制側墻，側墻凈高允許偏差為±1mm，側墻厚度允許偏差為±0.5mm，側墻平整度、底座板平整度允許偏差為±0.1mm。

4.4 施工控制指標

1)地基與墊層 地基承載力需滿足設計要求，基底頂面允許偏差為±30mm，軸線偏位允許偏差為25mm，壓實度應大于96%，墊層混凝土強度在對應合格標準內，墊層厚度應大于設計值，側墻底面墊層平整度允許偏差為3mm。

2)安裝精度 相鄰涵洞節段軸線允許偏差為+5mm，安裝環間隙≤20mm，相鄰節段內輪廓線錯臺允許偏差為+5mm，洞頂高程允許偏差為±10mm，側墻豎直度允許偏差1/1 000H(H為涵洞高度)。

3)現澆底板 底板混凝土強度在合格標準內，底板高程允許偏差為±5mm，現澆底板厚度不小于設計值，寬度允許偏差為±10mm，底板鋼筋間距允許偏差為±5mm，鋼筋搭接長度不小于設計值，底板保護層厚度允許偏差為10mm。

上述預制裝配式涵洞的質量控制成功應用于本項目的6座裝配式箱涵，累計長度達192m，產生了良好的經濟效益。通過預制裝配式涵洞構件的標準化施工，形成了自動化程度高、成品規格尺寸精度高、外觀質量好的預制裝配式涵洞施工技術。本項目通過采用該技術，能夠有效縮短單體工程施工工期，同時集中化預制的整體環保效益突出。

5 結語

依托昔榆高速高速公路預制裝配式涵洞工程，提出了預制裝配式涵洞預制與施工技術。在涵節預制、吊裝運輸、基坑開挖、現場拼裝、接縫防水、涵背回填等各施工環節分別進行技術優化和完善，最大程度發揮預制裝配技術的優越性。