朔神高速钢筋混凝土圆管涵施工技术

宋永生

(山西路桥第八工程有限公司,山西 运城 044000)

伴随着社会经济的发展,交通运输产业结构全方位升级与转型,越来越多的公路建设项目投入开发与建设[1]。钢筋混凝土圆管涵在高速公路中,通常是指埋设于地下的管道,可以实现公路地面标高以下部分的过水、排水目的。同时,还是桥涵结构物的主要形式之一,广泛地应用在公路施工建设中,尤其在高速公路的建设中,承担着重要的功能[2]。以往,人们经常对管涵的施工质量不重视,导致钢筋混凝土圆管涵施工质量不能满足承担着重要交通任务的高速公路的基本要求,通常会在管涵涵身、涵口等部位,发生不同程度的裂缝、沉降等病害,不仅严重损害了混凝土的耐久性与整体强度,甚至还会产生塌陷等危害,给高速公路的运营带来了较大的安全风险与威胁,阻碍了交通产业结构的良性循环发展与建设。因此,针对以往高速公路施工质量较差、安全性不稳定等问题,如何研究一种高质量、高效益的钢筋混凝土圆管涵施工方案与策略,成为了交通基础建设部门及相关组织共同的重点研究课题[3]。基于以上背景,根据朔神高速公路第一合同段为研究目标,设计了一种钢筋混凝土圆管涵施工技术,希望可以有效提高高速公路钢筋混凝土圆管涵的施工效率与建设质量,为相关施工单位,提供一定的理论依据与技术参考,以此来推动交通产业与建筑产业结构的全方位升级与可持续发展,保证相关市场结构整体的经济、社会以及环境等多方面的综合效益。

1 工程概况

朔神高速公路第一合同段(K12+450～K16+240)主线长3.79 km,有趄坡互通1处,互通连接线长9.06 km。主线起于山西省朔城区窑子头乡趄坡村,终点于神池县龙泉镇丁庄窝村;趄坡互通连接线途经朔城区张蔡乡上圪塔村、西套村、梵王寺村和沙河村后连接G241[4]。

本次主要研究的是该高速路段涵洞工程中的混凝土圆管涵施工项目,为保证高速公路后续运营过程的稳定性与安全性,结合施工要求,确定项目的设计标准,如表1所示。

表1 朔神高速公路第一合同段的混凝土圆管涵施工基本参数

为完成朔神高速公路的钢筋混凝土圆管涵施工任务,在确保施工安全、工程质量、绿色环保的基础上,结合新材料、新技术,设计一种钢筋混凝土圆管涵施工技术,合理配置施工工序,并组织施工人员有序推进项目。

2 施工准备

施工前,根据朔神高速公路施工项目的基本规范要求,结合施工路段的现场情况,做好施工准备工作,为工程项目的开展与推进,奠定良好的基础。在钢筋混凝土圆管涵施工前,需要做好施工便道的修筑工作,将施工现场周围的所有杂物、垃圾等清理干净。同时,做好相应的排水措施,检验施工材料,保证施工的碎石砂、碎砖砂、混凝土圆管节的大小长度、基本性能等特性均能够满足施工要求。

3 施工设备与材料选择

将施工所需的设备均调试到合理的工作状态,保证后续钢筋混凝土圆管涵施工的高效、有序推进,具体的设备选用如表2所示。

表2 高速钢筋混凝土圆管涵施工设备选用表

管涵的配筋方案,对钢筋混凝土圆管涵施工的整体强度非常关键。综合分析项目需求,选择环形钢筋作为配筋方案进行施工。为保证管涵施工过程中铺砌墙体的合理性与稳定性,需要根据施工过程的顶推力计算得到墙体的铺砌高度。顶推力计算公式表示为

α=εcS

(1)

式中:α为顶推力,kN;ε为混凝土土质的粘滞系数;c为每米混凝土圆管涵自重,kg;S为顶管长度,m。根据顶推力,计算管涵施工中铺砌墙体的高度,保证铺砌墙体外侧单位土体宽度所受力,小于内侧的总被动土压力F,计算公式表示为

(2)

式中:φ为土体的重度,kg;b为铺砌墙体的高度,m;α为土体的内摩擦角,(°);λ表示土体的粘聚力,kPa。根据上述计算,得到最佳的墙体铺砌高度参数,为后续的施工奠定数据基础。其中,应用1～1.0 m、1～1.5 m且长度在13～20 m不等的钢筋混凝土圆管涵,完成共计17道混凝土圆管涵施工,在每一段混凝土圆管涵施工的过程中,建造物顶的墙体铺砌高度在1.08～9.9 m之间,施工总长度为266 m。除混凝土圆管涵的具体参数外,需要选用适用度高的混凝土材料。选择硅盐酸水泥,作为浇筑材料,强度大于C50级。对于管涵施工的钢筋材料,均采用HRB400的热轧带肋钢筋,承接口的钢圈材料选择Q345B钢材。

4 钢筋混凝土圆管涵施工工艺

综合分析朔神高速公路第一合同段的钢筋混凝土圆管涵施工要求与现场的基本情况,设计具体的施工工艺,具体流程如图1所示。

图1 钢筋混凝土圆管涵施工工艺流程示意图

4.1 标高与测量放线

根据施工图纸,在施工现场标高,为后续的施工提供精准的基准目标。组织施工人员按照设计数据对标高控制点进行测量与复核,确认无误后,在施工现场建立工程项目的测量控制网,便于时刻对项目进行整体的、点面结合的测量控制。进行施工放样,设定钢筋混凝土圆管涵的涵洞中线,为后续的施工奠定基础。

4.2 基坑开挖

高速公路的钢筋混凝土圆管涵施工,最基础也是最重要的施工步骤是开挖基坑。因此,在开挖过程中,不仅要保证施工的安全,还需要根据施工图纸准确的分段挖除复杂管涵线路[5]。开挖前,需要进行临时排水设施的施工,包括地表、管槽内部两个部分。在管槽的外侧修筑小土堤用以截水,避免地表水渗入施工管槽内部。在管槽内部设置30×30 cm的排水沟渠,在与排水沟间距30 cm处挖设一个集水井。在集水井中采用3～5 cm的碎石填铺,利用抽水泵抽水,达到使沟槽不受浸泡的目的。修设好临时的排水设施,施工人员与机械设备操作人员就沟槽断面、基坑开挖工序以及临时放土的位置等技术要求进行讨论与详细交底,保证后续施工的有序、安全推进。完成基坑开挖前的准备工作后,利用挖掘机,按照施工图纸要求开挖基坑。挖掘机操作人员需要听从施工现场指挥人员的调度,时刻检查开挖沟槽的净空尺寸与中心位置,必须保证基坑的重心偏移在规范要求范围内。采用分段开挖的方式,每10 m为一个工序阶段,保持连续作业,各工序衔接流畅。为避免超挖,当工作人员挖至设计标高前的20～30 cm时,停止挖掘机的运行,采用人工开挖的方式继续施工。若施工现场出现超挖现象,应用砖碎砂填平并夯实。基坑开挖完成后,按照设计标准核验,保证基底承载力满足要求。同时,为保证后续混凝土圆管涵施工的安全性,必须做好全方位的基坑安全保障措施,具体内容如表3所示。

表3 基坑开挖施工的安全保障措施

4.3 垫层施工

将基坑施工至设计的标高且复测合格后,进行基底的砂砾垫层施工。将基坑底部的浮土、杂物清除,在坑底放中线、边线,并架设水平木桩后,分层铺筑碎石砂、碎砖砂,每一层的摊铺厚度约20 cm左右。在铺筑过程中若发现基坑基部有孔洞、沟壑或者井,需要填铺并压实,同时,采用边铺边检平的技术方案,保证摊铺工作的平整度。各个阶段铺砌结束时,使用平板振动仪器,对垫层上部进行振动夯实,以确保垫板整体的密实程度满足施工要求。

4.4 灌注平基混凝土

铺设好垫层后,放样并安装混凝土圆管座模板,采用商用混凝土,开始灌注平基混凝土施工。浇筑时,需预留接口后浇部分的位置,在混凝土圆管涵涵洞的基础上,每6 m设置一道沉降缝。在管底中线至两侧分别取20 cm的位置,压平,便于和混凝土圆管座连接。严格按照与基底平行的方面控制桩取面、铺设、振捣并压平。

4.5 管道安装

在灌注平基混凝土完成且混凝土强度达到5 MPa时,安装管道。由于混凝土圆管道的直径较大,为了方便安装,需要利用吊机、起重机等机械设备,配合下管。在下管过程中,需要匀速缓慢,且使管道的中心线与设计中心线一致。若管道的中心与高程偏移预设位置,可沿管道的边线打出一条小方线,控制管道位置,到达位置后,轻放。管道放置在指定位置后,利用一定厚度的混凝土块将管身垫高。为保证混凝土块有足够的支撑力,混凝土块厚度标准为

(3)

式中:η为混凝土块厚度,mm;D为承插管的管口外径,mm;L为管身外径,mm。垫稳管道后,在承接管管口的下方,铺设接口砂浆,与承接管管口连接,调整管口,保证管内流水位水平。安装好管道后,管节的连接接头应使用1∶2水泥砂浆涂带,再涂抹上2层约30 cm厚的混凝土基层。在设定好的沉降缝用沥青麻丝填实,将圆管的上0.5圈从外侧塞模,下半圈从内侧塞模,并铺设防水层,进行施工作业。

4.6 洞口施工与基坑回填

钢筋混凝土圆管涵安装完成后,浇筑管涵洞口的端墙、翼墙基础混凝土,在管涵洞内铺砌隔水墙。铺砌过程中,应采用平砌的方式,保证铺砌石料的高度基本一致,且铺砌的砌缝宽度须低于3 cm,上下层的缝隙错开距离大于8 cm,压平,使混凝土模板与管涵连接成一个整体。完成混凝土的模板、钢筋等施工,分层浇筑混凝土,并采用振捣器夯实压平。在端墙、翼墙的强度达到设计要求后,进行回填施工,做养护工作,完成高速钢筋混凝土圆管涵的施工。

5 施工质量的检测与分析

为了检测朔神高速钢筋混凝土圆管涵施工技术的可行性与应用效果,设计了载荷试验。随机选取3处钢筋混凝土圆管涵,作为测试样点。利用等效加载的方式,对测试样点进行加载,其中,对混凝土圆管涵的涵顶,施加线性分布荷载,使得控制截面产生的效应与实际控制效应更加一致。在试验过程中,分别记录不同测试样点的最大应力,以及裂缝情况,进行对比分析。

将钢筋混凝土圆管涵不同部分的最大应力检测结果与设计值进行对比,如表4所示。

表4 钢筋混凝土圆管涵最大应力检测结果表

由表4可知,在等效加载试验下,不同工况、不同测试样点的混凝土最大应力、钢筋最大应力的检测结果,均大于初始的设计载荷,具有足够的抗压能力,满足设计要求。

记录载荷试验过程中,钢筋混凝土圆管涵的裂缝情况,如表5所示。

表5 测试样点管涵裂缝情况记录表

由表5可知,测试样点的钢筋混凝土圆管涵产生裂缝时的实际加载力远大于设计值,具有良好的强度与抗变形能力,满足实际要求。上述试验结果表明,本研究设计的高速钢筋混凝土圆管涵施工技术,可以保证施工质量满足设计要求,具有可靠的管涵施工参考价值。

6 结束语

在交通公路建设进程持续推进的背景下,高速公路工程项目的建设数量不断增加,高速公路的安全等级要求也越来越严格。其中,高速公路混凝土圆管涵施工质量的控制非常关键,若不能保证施工质量,使管涵发生破裂、沉降等危险现象,将会对高速公路的运营造成不良影响。基于此,本研究设计了一种高速钢筋混凝土圆管涵施工技术,通过层层的技术与质量控制,保证高速公路后续运营的安全性与稳定性,为高速公路建设及其有关施工部门提供一定的工程建设参考。