高速公路建设中大跨径钢波纹管涵的具体应用

2021-04-01李敬中

工程建设与设计 2021年8期

李敬中

（中交一航局西南工程有限公司，广西玉林537000）

1 工程概况

某高速公路段线路全长125.654 km，双向4车道，设计速度120 km/h，路基宽度26.5 m。主要工程为特大桥4 999 m（4座）、大桥20 704 m（64座）、中桥475.6 m（5座）、分离式立交950 m（10座）、主线隧道10 477 m（7座）。互通式立交8处（其中枢纽互通式立交1处）、服务区4处、收费站7处。在施工中要克服多种难题，因拟用大跨径钢波纹管涵跨越6.5 m的乡道和9 m的县道。

钢波纹管涵以热镀锌钢板为基础材料，根据设计要求制作而得，是一种适应性较强的柔性结构，可以给高速公路高填方段施工提供可靠的帮助，在安全的环境中高效施工，后续施工段的运营服务效果较佳。综上所述，钢波纹管涵具备抗震、耐久、施工便捷、经济高效等多重特性，在大部分复杂的地形中均具有可行性[1]。

2 钢波纹管涵的应用优势分析

钢波纹管涵是现阶段较为新型的涵洞形式，其包含波纹状管、波纹状板等材料，通过拼装的方式构成整体，受力机理良好、适应能力强。实践表明，钢波纹管涵的应用优势显著。具体做如下分析：

1）适应性强。作为一种柔性结构，钢波纹管涵能适应现场环境，在不同变形程度的地基中均具有可行性，因此，施工期间无须单独处理基底，此优势在软土等易失稳的地基中体现得更为明显。此外，钢波纹管涵具有一定程度的刚性特征，在刚柔并济的状态下可适应地基承载力较低的施工环境，也可被应用于存在大范围沉降的路基中。钢波纹管涵施工的独立性较好，外界对其影响较小，施工过程中也不会对周边环境造成过多的干扰，即使是在多年冻土、湿陷性黄土等特殊的地质条件中也依然具有良好的应用效果。

2）施工便捷且高效。以设计图为准，在工厂由专业人员预制成型，此方式下制得的钢波纹管涵具有标准化的特性，结构尺寸精度高，质量得到保证。钢波纹管涵被运至现场后再拼装于一体，构成完整的结构体系。钢波纹管涵各节段的自重较小，因而降低了现场拼装的难度，几乎无须配置大型吊装设备，气候条件等外部因素不会对钢波纹管涵的安装带来过多的影响，全程按照流水化的模式有序推进，各环节施工均具有规范性，能够在短时间内保质保量地完成相应的工作。

3）经济效益显著。钢波纹管涵为柔性结构，可以较好地适应地基变形，同时各节段的自重较轻，相较于相同规格的钢筋混凝土结构，在材料、机械设备、人工等方面所投入的成本相对较少。具体而言，若采取钢筋混凝土浇筑的施工方法，为保证涵洞台身等装置不受到影响，需大幅度提高基础的强度，例如，采用浇筑刚性基础或桩基础的方法，虽然其应用效果也可满足要求，但工期随之延长，各项物资的投入量增加，成本同步提高，对于资金吃紧的项目将面临较大的挑战。而钢波纹管涵则有效规避了该问题，前期仅需简单的处理即可，能够帮助项目节省成本，提高经济效益[2]。

4）破坏小、节能环保。钢波纹管涵以钢材为基础材料制作而得，可省去搅拌机等多类大型机械设备，在简单吊装设备和人工的配合之下便可完成钢波纹管涵的安装作业。相较于钢筋混凝土等传统方法，几乎无须使用水泥、砂、石子等材料，可减小对施工环境的破坏，具有节能环保的特性，契合于现代化的工程建设理念。

3 钢波纹管涵的施工技术分析

3.1 钢波纹管涵基底的处理

以钢波纹管涵的直径为基准，取该值的3倍作为基坑开挖宽度，局部地形条件特殊，可适当做出调整，但需保证管涵两侧的净空至少达到1.5 m，否则后续的管涵组装及周边土回填均会受到影响。钢波纹管涵施工中基层厚度按30～80 cm控制，材料以透水性较佳的砂质土为宜，最大粒径不超过50 mm，需重点考虑的是基础与波形钢板接触面以下的20 cm范围，该部分的填料最大粒径不宜超过12 mm。由于管节在后续可能存在沉降的情况，因此，在管节铺设过程中设置预拱度时，可取管长的0.3%～1%。

3.2 测量放样

在工程开始前确定管涵的中心和纵横轴线。在设计坡度时要把土质考虑在内，若要使坡更陡，则要保证该坡度符合标准。在设计基坑的宽度时注意其尺寸要和涵洞的大小保持一致。为了确保在放边桩时其尺寸足够大，应结合换填厚度进行。

3.3 基坑开挖

以挖掘机为主要开挖设备，根据基坑开挖深度要求有序施工，对于设备无法覆盖的区域或松散部分则转为人工开挖的方法。若为新建涵洞且无干扰因素，遵循一次开挖到位的原则，若开挖与现场行车存在干扰，考虑到车辆的通行需求，宜采取半幅施工+半幅开挖的方法。基坑开挖的扰动性较强，一方面需提高施工的规范性，避免超挖现象。另一方面则需加强安全防护以及现场管理，全面保证施工安全[3]。

3.4 基础施工

1）若要打造砂砾石、碎石型的地基，只需在基地上面铺设厚度为10 cm的粗砂作为垫层，同时确保该地基的压实度达到标准即可。

2）若要打造一般型的地基，确保在换填天然砾石时，其厚度约80 cm且压实度达到标准要求。若施工区域属于寒冷冰冻地段，应选用砂砾石等非冻胀的材料进行换填，其厚度至少为60 cm，同时也是冻土厚度的0.8倍。

3）选用砂砾石来打造岩石地基前要检查超挖的厚度是否在30～40 cm，若厚度在以上区间内，确保地基的压实度达到标准即可。

4）若选用软土打造地基，首先根据处理塑料插板和碎石桩等软基材料时的方式完成路基面的打造；其次通过机械工具对基底进行开挖；最后用砂砾石完成基底的换填工作，其换填厚度至少为50 cm，注意要与倍管径保持一致。

5）在对基底进行换填时，选用分层的方式对砂砾层进行压实，结束后检查压实度是否符合标准；为了避免冻土地区发生冻胀而导致地基被破坏现象，除了要严格控制换填材料中粉黏粒的含量之外，还要严格要求基础材料的选材和粒径等。材料要选用具有一定级配的天然砂砾石，最大粒径至多为50 mm，若粒径＜0.074 mm，则粉黏粒的含量至多为3%。

6）如果该区域内砂砾石出现存量不足的情况，也可选用碎石和砾石等进行换填，并确保抗冻胀能力符合标准，同时最大粒径的大小至多为50 mm。

3.5 管节拼装、连接

1）在开始施工之前检查涵管底部平整度，确保其标高达到要求，提前摸清涵管的中心轴线和中点，确定其具体位置。

2）在安装底板时，首先，根据中心轴线和中点确定第一张波纹板的具体位置，由此从两边开始延伸，直到延伸到涵管的进出口处时停止；其次，把2张板按照重合长度为50 mm的要求搭接起来，使之正对应于连接孔；最后，按照从内向外的方式把螺栓插入螺孔内，套上垫圈螺母之后利用套筒扳手将其顶紧即可。

3）按照先上后下的顺序拼接环形圈。用上板盖住下板，选用阶梯形完成圆周部分的连接，螺栓插入螺孔后利用套筒扳手对螺母进行顶紧即可。

4）在拼装时，必须确保成型的截面形状满足要求之后才能继续拼装。在拼装波纹管时，要利用定位拉杆固定完成合拢的环形圈。

5）拼装结束之后，在回填之前利用扭力矩为135.6～203.4 N·m的扭汽动扳手对螺栓进行顶紧，并在其上面刷上红漆。

6）为了确保螺栓的扭力矩符合标准，要随机抽取2%位于接缝上的螺栓进行检验，一旦发现有1个不达标，则需对横纵双向上5%的螺栓进行检验，若全部达标视为合格产品，否则要对所有螺栓进行复检。

7）为了避免外波形钢板的板缝位置和螺栓孔位置发生渗水现象，要使用专用的密封材料对其进行密封处理。

3.6 涵背回填

涵背回填施工中，为确保回填质量，可取适量的砂砾回填至管底两侧位置，人工夯实，提高该部分砂砾填料的密实性，给后续施工创设坚实的基础。管身最大直径的两侧20 cm范围内均采用光轮压路机碾压，50 cm范围内则转为小型夯实机，以免造成不良影响。管涵两侧的回填作业按照分层的方法依次完成，每完成一层夯实后随即检查质量，在本层质量达标的前提下方可施工后一层，有序推进。二级公路各层的压实厚度≤15 cm，压实度≥95%。