黄土地区深埋大直径钢波纹管涵施工关键技术

汪潇潇 李建伟 陈福东 胡庆国 张程伟

(1.中国建筑第六工程局有限公司，天津 300450； 2.郑州大学水利科学与工程学院，河南 郑州 450001)

1 概述

钢波纹管涵具有协调变形能力好、施工工期短、工艺简单等诸多优点，近年来在公路建设中得到广泛应用[1,2]。许多学者和工程师也通过不同手段对钢波纹管涵设计、施工等进行了较为深入研究，诸如：沈庆娥等[3]以蒙文砚高速公路项目工程作为研究对象，研究了钢波纹管涵在山区公路建设中施工的关键技术；冯忠居等[4]通过模型试验研究了钢波纹管涵洞受力与变形特性；李卿[5]通过钢波纹管涵和钢筋混凝土盖板涵的对比分析，介绍了钢波纹管涵的经济适用性及优点，并对钢波纹管涵的施工工艺进行了详细的介绍。赵国虎等[6]通过有限元模拟对公路建设钢波纹管涵设计与施工关键技术进行了分析。张允海等[7]通过对大直径高填方钢波纹管涵洞进行现场试验检测得到了钢波纹管涵在填土荷载作用下的受力及变形特征，在轴向以受拉为主，在环向以受压为主。但是黄土地区“千沟万壑”，土质具有“多孔疏松、遇水湿陷”[8]的鲜明特征，致使传统的钢波纹管涵施工方法无法全部满足施工生产需要，特别是施工质量很难得到保障。鉴于此，本文结合国道310洛阳东至豫陕界段南移新建工程实际，开展了黄土地区深埋大直径波纹管涵施工关键技术研究，取得了较好的效果，以期对类似施工提供一定的参考。

2 黄土地区深埋大直径钢波纹管涵施工的重点难点

黄土地区深埋大直径钢波纹管涵施工重点难点主要有：

1)黄土普遍具有“多孔疏松、遇水湿陷”的鲜明特征，而波纹管涵在长期使用过程中不可避免会有渗水情况发生，所以钢波纹管涵的地基处理是其施工的重点难点之一；

2)大直径钢波纹管涵楔形部位面积较大，但空间狭小，各种压实设备很难发挥效能，压实度往往不足，易造成后期沉降过大；

3)深埋大直径钢波纹管涵上覆土较厚，对管涵压力较大，施工阶段如果管涵两侧土体不能提供足够抗力，管涵容易压扁变形，造成较为严重后果。针对黄土地区深埋大直径钢波纹管涵施工的重点难点，国道310三门峡西至豫陕界段南移新建工程深埋大直径波纹管涵施工中，以绿色施工、质量可靠为着眼点，根据湿陷性黄土的特性，从基底处理、两侧及顶部回填控制、管涵变形控制、充分发挥侧向抗力等方面入手，保障大直径深埋钢波纹管涵施工质量。

3 黄土地区深埋大直径钢波纹管涵施工的关键技术

3.1 基坑放样及开挖

根据设计提供的中心桩号及夹角、涵洞基础长度等数据，采用全站仪进行实地放样，并用石灰撒线。准确放样测量基础平台位置和轴线，对平面、流水面、进出口的高程进行复核。

基于湿陷性黄土的特性，开挖前在基坑顶缘四周适当距离设置截水沟，防止地表水流入基坑内，并做好降雨坑底防护预案。

在基坑开挖时，考虑到钢波纹管涵安装及周围的回填密实问题，基坑开挖应以拟建的钢波纹管涵3倍宽度为宜，至少应确保跨径以外1.5 m以上的作业空间。

3.2 基础处理及垫层施作

黄土地区深埋大直径钢波纹管涵大多为半填半挖地基，在施工中可通过逐层碾压、分层夯实、强夯等，消除黄土的湿陷性，并确保填土部分的压实度达到设计要求，防止出现不均匀沉降；对于高陡坡，采用“放台阶”难度较大的半填半挖区域，在实践中采用竹筋格栅加土工格室相结合的办法，较好的解决了填方滑移的问题(见图1)。

基于黄土的湿陷性和取材的方便性，基坑开挖后，在满足设计要求的承载力基础上，建议基底回填不小于50 cm的3∶7的石灰土，其上再回填厚度30 cm～80 cm的砂砾垫层。砂砾垫层由透水性好、粒度分布良好的砂砾或碎石土成形，材料的密实度要达到设计要求，最大粒径不得超过钢波纹管波长的1/2且不大于50 mm。与波纹钢板接触部分要铺设厚度10 cm～15 cm的粗砂垫层，其最大粒径不大于12 mm。垫层的压实度不应小于96%。

根据地基土可能出现的下沉量、涵底纵坡和填土高度等，在基础上预留管长的0.5%～1%(如图2所示)的预拱度[9]，以确保管道中部不出现凹陷或滑坡，沉降量大、填土厚者取大值，但管涵中心的高程应不高于进水口的高程。在半填半挖的填方区，为在使用过程中管涵受力均匀，应结合填方高度和沉降预估，适当提升高填方区标高，但出水口的高程应不高于管涵中心高程。

3.3 管节拼装及防腐处理

管身安装前要检查涵管底部基础平整度、标高及基础预拱度的设置，确定涵洞位置、中心轴线和中点。

拼装时由下向上顺次拼装，先拼装底板，纵向以中心轴线的中点为基准，第一张波纹板定位，以此为起点向两侧延伸，直至两端。圆周向搭接长度为50 mm，搭接部分上板覆盖下板，圆周向连接采用阶梯型，即上面两块板的连接叠缝与下面两块板的叠缝错位，连接孔对正后，用涂上润滑剂的螺栓，套上垫圈由内向外插入孔位，套上垫圈后用套筒扳手预紧螺母。圆周向拼装满三块波纹板时，要检测一次截面形状，达到标准后才能继续拼装，达不到标准及时调整。圆周向拼装到环形圈合拢时，测定截面形状，采用定位杆固定，调整预紧螺栓，拼装顶部第一块波纹板。拼装完成后，在回填前紧固所有螺栓。

拼装完成后，在搭接处用专用密封胶或环氧树脂砂浆封填，以防波纹管连接处渗水。为了防止钢波纹管生锈，拼装成型后在钢波纹管内外喷涂两遍乳化沥青，以涂刷层总厚度达到0.4 mm～0.5 mm，从外观看管壁内外均匀的涂成黑管为准。此外，要注意在沥青晾干后才可回填。

3.4 大直径管涵两侧回填

大直径钢波纹管涵楔形部位面积较大，但空间狭小，各种压实设备很难发挥效能，压实度往往不足，易造成后期沉降过大，所以施工时应特别重视。回填时，在波纹管涵两侧面用红油漆按20 cm高度作出填高标示，填筑时按标注线控制填筑高程。对于有端部挡墙的涵洞，从两端向结构的中心进行回填；对于没有端部挡墙的涵洞，从结构的中心向两端进行回填。

回填料建议采用粗砂回填，也可根据取材的方便性，采用掺6%的白灰的黄土回填。楔形部可采用小型手持式低频混凝土振动器结合木夯捣实完成。考虑到湿陷性黄土的特性，谨慎采用“粗砂”水密实法振捣密实，或用流态粉煤灰及轻型混凝土浇筑到楔形部。

在管身两侧50 cm外采用压路机压实，50 cm范围内采用平板夯夯实。填筑时分层填筑、分层压实，每层压实厚度为20 cm，压实度不小于96%后方可进行下一层填筑。填筑必须在涵管两侧对称同步进行。涵管两侧20 m范围内不允许使用机械进行强夯。

3.5 大直径管涵变形控制及管顶回填

钢波纹管拼装完成经检验合格后，在管涵内部每隔2 m～3 m用方木做成十字或米字撑，方木与钢波纹管接触处设置木质垫板，防止因回填造成深埋大直径钢波纹管涵变形，管内临时支撑在填土沉降稳定后方可拆除。

考虑到深埋大直径钢波纹管涵上覆土较厚，对管涵压力较大，在管涵两侧土体不能提供足够抗力的情况下，管涵容易被压扁变形。波纹管涵两侧回填建议采用砂砾或掺6%的白灰的黄土，回填范围及厚度要求：管涵两侧3/4管径以下填筑砂砾或掺6%的白灰的黄土，两侧填筑范围不小于孔径的0.5倍；两侧3/4管径以上顶部可填筑与路基填料相同的材料。同时要注意，涵洞回填土不得使用含有泥草、腐殖物的土，每层回填厚度不得大于20 cm，且压实度不小于96%。

另外，建议合理安排工期，待管顶完成上覆土2 m左右时，停止上覆土回填，让土体固结一段时间(1个月左右)，两侧土体可以提供足够抗力时，再按要求分层回填，确保大直径钢波纹管涵变形在规定范围内。

通过以上关键工序把控，经后期监测(见图3)，项目整体效果良好。

4 结语

本文针对黄土地区深埋大直径钢波纹管涵施工的重点难点，结合国道310三门峡西至豫陕界段南移新建工程深埋大直径波纹管涵施工情况及效果，对在黄土地区进行深埋大直径钢波纹管涵施工，提出如下建议供大家参考：

1)黄土地区深埋大直径钢波纹管涵地基，在施工中须通过逐层碾压、分层夯实、强夯等，消除黄土的湿陷性；对于高陡坡，采用“放台阶”难度较大的半填半挖区域，在实践中采用竹筋格栅加土工格室相结合的办法，可较好解决填方滑移的问题。

2)大直径钢波纹管涵楔形部位面积较大，但空间狭小，各种压实设备很难发挥效能，压实度往往不足，易造成后期沉降过大，回填可根据取材的方便性，采用掺6%的白灰的黄土回填。楔形部位可采用小型手持式低频混凝土振动器结合木夯捣实完成。

3)为了防止因回填造成深埋大直径钢波纹管涵变形，在管涵内部每隔2 m～3 m用方木做成十字或米字撑，并在管涵两侧3/4管径以下填筑砂砾或掺6%的白灰的黄土。另外根据工期情况，待管顶完成上覆土2 m左右时，停止上覆土回填，让土体固结一段时间(1个月左右)，确保两侧土体可以提供足够抗力。