镀锌钢波纹管涵洞在高速公路施工中的应用及其施工质量控制探讨

2020-11-26万朝阳

建材发展导向 2020年1期

万朝阳

（中交一公局第五工程有限公司，北京 100024）

社会经济飞速发展，高速公路工程数量与日俱增，钢波纹管涵洞的施工也越来越多。钢波纹管是采用波纹状的钢板或者钢管连接、拼装成的涵洞，具有工期短，便于安装，成本低，在实际应用中应采取科学有效的措施，切实提高其质量。

1 镀锌钢波纹管涵洞在高速公路施工中的应用

焦桐高速登封至汝州段是河南省高速公路网规划中焦作至桐柏公路之间的一段，也是中部地区南北向主要通道焦作与随州、岳阳高速公路的主要部分，是G55和G4之间的加密通道。该项目路线全长为55.720km，占地面积5830.3亩，路基宽度为26m；设置一座特大桥，长度为1206m；设置23座大桥，长度为5443.56m；设置8座中桥，长度为576.00m；设置74道涵洞，5座隧道，长度为1489m，互通式立交5处，分离式立交10座，天桥18座，通道38道，服务区1处[1]。由中交一公局采用BT+EPC总承包模式建设，焦桐高速登封至汝州段在施工的过程当中五个参建公司分别设一个施工分部，在第四分部和第五分部各选两个钢筋混凝土涵洞，变更为过水断面接近的钢波纹管涵洞。

2 钢波纹管涵构造与优势

2.1 主体构造

通常情况下，此类管涵包括三种基本形式，即管涵、拱涵与管拱涵，在连接方式方面，主要为铆接、栓接和套接。在工程应用中，主要为管涵形式；当直径超过150cm时，可使用多片拼接，以栓接的方式连接，本项目采用管径为400cm的钢波纹管涵洞。

2.2 应用优势

1）耐久性好。管涵片由工厂加工制作而成，在出厂之前将配件进行热浸镀锌，对各个环节严格把关，运送至现场后，在工地涂刷沥青，增强外表防腐性，延长使用年限；还可根据实际需求在管壁内涂抹沥青加强养护，与传统涵洞相比具有较强的耐久性；

2）抗变形能力强。此类管涵属于柔性结构，具有横向补偿位移的特点，在抗拉性、抗变形方面具有较大优势，在工程中，可有效防止上部构件破坏，进而减少桥台跳车，使行车更加安全舒适，同时还使涵洞沉降与路基沉降不协调的问题得到解决；

3）施工便利，周期短。在施工过程中，可将土建与型材安装独立开来，单独安装后，再拼合在一起。与钢筋混凝土涵洞相比，波纹管涵的施工周期短很多，两至三周即可完工；单纯考虑涵洞主体的建造，六个熟练的技术工人安装长度60m、直径4m的管涵，安装时间仅为两至三天；同等规模的圬工构造物，至少一个半月到两个月，且工序复杂，需投入大量劳动力；在关键路段施工时，如采用钢波纹管，则可实现提前一个月至一个半月通车。

4）生态环保。管涵主体以钢材为主，在洞口处采用一些混凝土，有效减少或者避免对常规建材的使用，如石子、河砂、水泥、木材等等，对周围的施工环境破坏较少，且生态环保[2]。

3 波纹管涵洞施工流程

3.1 施工准备

在施工前，应做好充足的准备工作，具体如下：1）备齐安装工具，包括套筒及活口扳手、大小撬杠、手锤、千斤顶等；2）准备涵管安装所需的配件，包括石棉垫、螺丝等；3）对波形管节的长度、波形、直径进行检测，观察管节的法兰孔是否与涵洞设计相符，当发现严重变形、管壁保护层受损时，立即更换部件；4）项目分部派指挥人员，负责指挥吊装与安装人员现场操作。

3.2 原材料检测

登汝总承包部委托第三方河南省交科院，按照现有的技术规范，对波纹管涵洞材料依据现行规范的检验项目和检验标准，进行常规的见证取样之外的检测。在本工程中使用的波纹管涵主要技术参数如下：钢波纹管的直径为4m，壁厚为5.5mm，波形为V形，波高为68mm，波距为150mm，波谷半径为32mm，波峰半径为32mm。所采用的材质为Q235-A热板，表面利用热浸镀锌防腐进行处理，镀锌量≥600g/m2，平均厚度应超过84。波纹板的连接方式以搭接为主，高强螺栓紧固，用密封胶做好密封处理。

3.3 安装方法

1）放样与基坑开挖，在正式施工前，应明确管涵中心与纵横轴线的位置，根据现场土质条件进行放样，并确保满足换填的厚度标准。在开挖过程中，采用“人工＋机械”的方式，对于深度较浅、土质优良的边坡，以垂直方式开挖；对于存在水源、深度较大的边坡，应根据土质以1：0.5—1：1的坡比进行放坡，将开挖出的土运送到指定地点。

2）基础施工，本工程地基类型主要为一般地基，可采用一定级配的级配碎石、粗砂或天然砾石换填50cm并满足压实度要求。在换填过程中，采用级配碎石垫层，确保压实度与设计标准相符合。

3）管节连接与拼装，本工程的管涵较长，应在涵位处就地分段安装和对接。首先对中间管节安装和校正，然后对进出水口的位置安装。在安装过程中，从一侧按照顺序排放管节，使管节中心与基础纵向中心线平行，当两法兰之间相距3～5cm时，需要利用小撬棍对准法兰孔，从第二根管的另一侧用撬杠撬动管节，纵向平移两法兰，直至相距2cm左右，然后穿螺栓、拧紧螺丝，该段全部组装完后，逐个拧紧螺母，以此类推，完成后续逐节的连接。管节组装和对接结束后，对管身与涵洞轴线的一致性检查，如不一致，则用千斤顶推动涵管使其就位。

4）两侧与顶部回填，按照基础换填的方法，对0.5～2m的部分进行回填，顶部采用路基填筑材料。在对楔形处进行回填时，应确保密实度合格，也可采用C15混凝土浇筑成管座。每15cm的高度做好标识，便于填高；压实度要求≥96%，每层的单侧不超过50m2为一个检验批，压实度全合格后方可进行下一层填筑，两侧同步、对称回填，两侧回填高差≤30cm；管涵两侧各至少25m范围内不得有强夯作业。对管涵两端仔细检查，将其内积水、杂物等清理干净，若板与板之间有缝隙，则应填塞紧密，并在内部涂抹脱模剂。在混凝土浇筑过程中，自由倾落的高度要控制在2m以内，否则容易导致离析。与管身相距50cm的范围内采用小型机械夯实，以免管涵受到大型机械撞击；与管体相距0.5m的范围内，禁用超过50mm的石块或者其他硬物。该项目的钢波纹管涵洞都没有设置挡墙，由中心向两端回填，最终截面的尺寸与组装尺寸相比差异≤2%，若出现严重变形，应立即停止一切相关工序，查找原因，并采取有效措施使不当之恢复正常[3]。

5）洞口混凝土施工，在洞口施工过程中，以端墙（一字墙）和其两侧的八字墙为主，采用混凝土浇筑，满足设计标准，确保接缝严密、不露浆；将混凝土搅拌之后运送到施工现场，切忌出现泌水、离析、坍落度不当等情况；浇筑混凝土后，用振动器振实，成型后洒水养护，养护时间一般为7天，将土工布、土工膜、养生棉、草帘等覆盖在上方，防止混凝土受到污染，养护期间确保混凝土表面湿润，以免出现裂缝。在养生初期，由于受多种因素影响，混合料通常出现收缩，使混凝土表面产生裂缝，对此，应在养生过程中采用人工混合料将裂缝进行灌浆，从而提升混凝土强度。

3.4 经济技术分析

在工程造价方面，直径1.5m的钢波纹管涵每延米造价在6000元左右，而1～4m钢筋混凝土箱涵由于净空有所区别，每延米的造价在6000～8000元之间。在施工过程中，两种管均按照外径增加20cm后，对土方量进行计算，则前者所使用的土方量与后者相比减少8%～10%左右，在经济性对比方面，前者的造价要低于后者。（出于对本项目工程单价保密的考虑，以下单价不是本项目4m直径钢波纹管涵洞的单价，而是由管片制造厂家提供的比登汝项目时间上略早的其他项目规格略小的钢波纹管涵洞的数据，还请见谅）对两种管型的综合造价进行对比，结果如下，当管直径为2.0m时，波纹管的总费用为10063元/m-1，钢筋混凝土管的总费用为7400元/m-1，比例为1.36；当管直径为2.5m时，波纹管的总费用为14271元/m-1，钢筋混凝土管的总费用为9400元/m-1，比例为1.52；当管直径为3.0m时，波纹管的总费用为16741元/m-1，钢筋混凝土管的总费用为12300元/m-1，比例为1.37；当管直径为3.5m时，波纹管的总费用为21621元/m-1，钢筋混凝土管的总费用为15000元/m-1，比例为1.44；从以上数据可知，钢波纹管与混凝土管相比，材料成本高出40%左右；但因其施工周期明显短很多，施工协作队伍使用的计日工数量比传统的浆砌片石涵洞、混凝土涵洞少很多，在人工单价日益高涨的今天，其节约人工费方面的优势越来越大，目前其产生的社会效益、经济效益远远高于工程综合造价超出的数额，加上后续养护费用较低，使用寿命较长，从长远来看，更具有经济性。目前，我国钢波纹管产业不断调整，市场日渐规范，在成本投入方面逐渐降低，使钢波纹管获得更加广泛的市场发展空间。

4 波纹管涵施工质量控制要点

在管涵施工过程中，可采用以下方法进行质量控制：

1）基础开挖。开挖的深度应为管涵直径的3倍，如现场空间较小则要保证3m的施工空间，这样做不但有助于管节拼装，还有利于日后将拼装后的台背进行回填与压实。应确保管涵地基承载力均匀，尤其是在地基承载力不同的土质交叉的位置，若涵洞无法移动，则软地基可采用级配砂砾石压实，在岩石基础中，因过度刚性可能会导致管涵柔性受损，加剧管节形变，对此可在地基开挖结束后换填级配碎石，最为理想的厚度为100cm；涵顶填土高度应不低于50cm，应采用重量不低于12t的压路机碾压，使机械顺利通过；当填土高度在50cm以内时采用人工配合小型冲击夯的形式进行碾压，不得漏夯、漏压。2）拼装阶段。全部螺栓的预紧力矩均为340N·m±70N·m，在拼装之后中径误差不可大于设计值的±1%；在波纹板拼装过程中，管片的衔接之处不得有杂物，以免在拼接之后留有缝隙，使管体的防水效果受到不良影响；3）夯实基础层。明确管片底部与基础之间的密实性是否与标准相符，然后再对管涵进行拼装；为了避免降雨、洪水等对本涵洞可能造成的冲刷，可在管内底部高约2m之内采用M30水泥砂浆抹面，要求表面平整光滑；在基础回填中应采用分层方式进行夯实，以级配碎石为主，粒度最大不应超过5cm，粒径为0.074mm以内的颗粒数量应低于3%，含泥量也不得超出规范要求，采用加水振动、碾压法等进行夯实，也可根据施工实际需求，采取针对性的夯实措施，但务必确保级配碎石基础密实；4）螺栓组装。采用松螺栓组法，根据技术规范对各个螺母的扭力矩进行严格控制，在使用机动扳手时，拧板时间应为2s～5s，对于镀锌保护层受损处，应立即涂防锈剂；为了减少温度因素对波纹管产生的次生应力影响，应在恰当的温度下进行螺栓施拧，最佳温度为13～22℃。