氣囊法在公路隧道路面邊溝中的應(yīng)用

蘇海峰，路 艷，崔文一

(中建市政建設(shè)有限公司，北京 100161)

0 引言

我國每年因公路排水設(shè)施不完善或使用年限不足引發(fā)的公路水毀現(xiàn)象非常嚴(yán)重，而邊溝作為公路排水設(shè)施的主要組成部分，其施工質(zhì)量直接影響到整條公路的排水效果。路面邊溝是公路隧道路面排水的重要組成部分，可匯集隧道路面水流并排出隧道，能有效地保證隧道行車安全及隧道路面的耐用性能。文獻(xiàn)［1］指出水的作用直接關(guān)系公路隧道施工的安全性、結(jié)構(gòu)的耐久性及運(yùn)營(yíng)安全;文獻(xiàn)［2］對(duì)地下工程的防水技術(shù)提出了“防、排、堵、截相結(jié)合，因地制宜、綜合治理”的原則;文獻(xiàn)［3］要求高速公路和一級(jí)公路以上的隧道應(yīng)有可靠的防排水措施;文獻(xiàn)［4］規(guī)定公路隧道應(yīng)做到路面不冒水、不積水，排水溝不凍結(jié)。

在路面邊溝施工過程中，常采用2種方法，一是預(yù)制法，二是氣囊內(nèi)模現(xiàn)澆法(以下簡(jiǎn)稱“氣囊法”)。因路面邊溝屬于隧道小型截面構(gòu)件，很少受到施工技術(shù)研究人員的關(guān)注。針對(duì)其施工方法的研究，目前國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)較少。文獻(xiàn)［4］明確了隧道路面邊溝相關(guān)設(shè)計(jì)要求;文獻(xiàn)［5］提出了邊溝施工的相關(guān)技術(shù)措施，但并沒有明確邊溝施工的具體方法;文獻(xiàn)［6-7］對(duì)隧道路面邊溝的質(zhì)量檢驗(yàn)及構(gòu)件耐久性作了具體要求;文獻(xiàn)［8］提出了路面邊溝適宜采用現(xiàn)澆法，但并沒有明確具體的施工方法;文獻(xiàn)［9］對(duì)隧道整體式水溝進(jìn)行了分塊模板法與氣囊法對(duì)比，提出了氣囊法的優(yōu)越性;文獻(xiàn)［10］分析了影響公路邊溝質(zhì)量的因素，提出邊溝施工質(zhì)量的控制措施和工藝控制要點(diǎn)。

以上這些并沒有針對(duì)隧道邊溝的具體施工方法展開深入研究，僅做了較為簡(jiǎn)單的敘述。本文針對(duì)內(nèi)截面為圓形的隧道路面邊溝施工方法進(jìn)行探討，對(duì)氣囊法在某隧道工程中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 工程概況

某隧道位于山西省陽泉市平定縣境內(nèi)，是陽泉至娘子關(guān)一級(jí)公路(水峪至娘子關(guān)段)分離式長(zhǎng)隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，雙向四車道，雙洞單向通車。左線全長(zhǎng)1 450 m，右線全長(zhǎng)1 415 m。主洞建筑限界為9．75 m×5．0m(寬 ×高)，凈空斷面面積為62．31m2。隧道路面設(shè)計(jì)橫坡為2%，縱坡為-2．5%，汽車荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。因該公路行駛車輛多為運(yùn)煤重車，這些重車剎車時(shí)在隧道路面上可能留有大量冷卻水，造成路面上積水較多。這些積水主要依靠路面邊溝匯集并導(dǎo)排，所以要必須保證邊溝的施工質(zhì)量，充分發(fā)揮其排水通暢的使用性能。

在本隧道路面邊溝施工前，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)預(yù)制法和氣囊法進(jìn)行了比選。2種施工方案對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 預(yù)制法與氣囊法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表Table 1 Comparison and contrast between pre-cast method and“balloon”method

通過表1對(duì)比分析，在路面邊溝施工過程中選擇了更為省工、省時(shí)和省材的氣囊法。

2 氣囊法的應(yīng)用

該隧道路面邊溝設(shè)計(jì)標(biāo)高與路面標(biāo)高相同，橫坡和縱坡均與路面設(shè)計(jì)一致，內(nèi)徑為30 cm，為保證路面水能順利流入邊溝，施工時(shí)每隔5 m預(yù)留楔形泄水孔。為便于邊溝后期檢修及水流疏導(dǎo)，每隔50 m設(shè)置1個(gè)邊溝沉砂井。路面邊溝大樣如圖1所示。

圖1 某隧道路面邊溝設(shè)計(jì)大樣圖(單位:cm)Fig．1 Detailed design of side bitch(cm)

2．1 清理作業(yè)面

施工前要對(duì)邊溝位置基底進(jìn)行清理，并對(duì)邊溝與電纜槽結(jié)合面進(jìn)行鑿毛處理，以此保證后施工的邊溝混凝土與基底和電纜槽壁粘結(jié)牢固，不會(huì)產(chǎn)生裂縫或脫落。將電纜槽結(jié)合面鑿毛后，再將邊溝基底的松碴和雜物清理，并用高壓水將鑿毛后結(jié)合面和基底沖洗干凈。

2．2 安放鋼筋籠及氣囊

經(jīng)過測(cè)量放樣，確定邊溝位置及標(biāo)高控制點(diǎn)。將預(yù)先綁扎好的邊溝鋼筋籠精確定位，并檢查鋼筋籠鋼絲接頭及軋絲頭(不得朝內(nèi)徑方向彎曲，以免扎破氣囊發(fā)生漏氣)。在氣囊外表上涂上脫模劑(質(zhì)量比為1∶20的皂粉水)，對(duì)氣囊進(jìn)行測(cè)漏試驗(yàn)，沒有異常后，人工將氣囊牽引至鋼筋籠內(nèi)。拉入鋼筋籠時(shí)要輕拉慢拽，防止氣囊被鋼筋刺破。氣囊兩端外露長(zhǎng)度宜大于50 cm，一方面利于和已澆筑的邊溝相銜接，另一方面便于混凝土初凝后氣囊的撤出。氣囊就位后，打開隧道內(nèi)高壓風(fēng)管閥門充氣到規(guī)定壓力(0．05 MPa，-10～+90℃)時(shí)，即可關(guān)閉閥門，不得超壓。將進(jìn)入鋼筋籠內(nèi)的氣囊上下左右加以固定，以克服澆筑混凝土?xí)r上浮或左右移動(dòng)。

2．3 合模澆筑混凝土

依據(jù)測(cè)量放樣的控制點(diǎn)，精確定位并立設(shè)鋼筋籠外圍模板。合模后，對(duì)外圍模板進(jìn)行加固，防止混凝土澆筑時(shí)跑模。邊溝混凝土標(biāo)號(hào)為C25，混凝土坍落度不宜過小，必須保證混凝土具有良好的流動(dòng)性。人工手持小型振搗棒進(jìn)行振搗，振搗時(shí)振搗棒要沿氣囊兩側(cè)同時(shí)振搗并插入鋼筋籠底部，以保證氣囊下部混凝土澆筑密實(shí)，且防止氣囊左右移動(dòng)。澆筑完畢后，人工對(duì)邊溝混凝土進(jìn)行抹面處理。邊溝沉砂井每隔50 m為一組，施工時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)留。澆筑混凝土前，將楔形木塞固定在氣囊頂部，待混凝土澆筑并初凝后拔出，即可形成楔形狀的泄水孔。

2．4 撤出氣囊及養(yǎng)護(hù)混凝土

在邊溝混凝土初凝后，擰開氣囊排氣塞，排完氣之后，人工將氣囊緩慢拖出，不得用力過猛，防止氣囊破壞邊溝內(nèi)壁混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)邊溝混凝土強(qiáng)度達(dá)到2．5 MPa時(shí)可將外圍模板拆除，一般以混凝土表面不粘模且有光澤為宜。拆模后若發(fā)現(xiàn)蜂窩麻面和露筋，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，同時(shí)要進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

3 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3．1 氣囊的定位和氣壓

本隧道所使用的氣囊長(zhǎng)度為13 m，采用分段澆筑。為保證相鄰段邊溝內(nèi)部圓腔的中心軸線相一致，必須使氣囊精準(zhǔn)定位。首先要保證邊溝鋼筋籠加工的精確性，其次將氣囊充氣到規(guī)定壓力，再對(duì)其進(jìn)行調(diào)整、定位和加固。

為保證邊溝內(nèi)腔的大小一致且無錯(cuò)臺(tái)，在給氣囊充氣時(shí)必須達(dá)到規(guī)定壓力且不得超壓。該壓力值根據(jù)邊溝尺寸等相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)而得。在氣囊的充氣端加設(shè)氣壓表，以便于控制充氣氣壓。

3．2 邊溝內(nèi)壁鋼筋保護(hù)層

因邊溝內(nèi)部是排水通道，為保證邊溝的耐久性，應(yīng)控制內(nèi)壁鋼筋保護(hù)層厚度，這是氣囊法施工的一個(gè)難點(diǎn)。為了解決此問題，在施工前預(yù)制了專用的M25砂漿小試塊(尺寸為2 cm×2 cm×2 cm，試塊一面預(yù)留鋼筋凹槽)。在氣囊定位時(shí)，每4個(gè)試塊放置在(上、下、左、右)氣囊和箍筋之間，且盡可能保證在同一個(gè)斷面(每1 m設(shè)1個(gè)斷面)，這樣既可以保證鋼筋保護(hù)層問題，又便于氣囊的精確定位。

3．3 混凝土的振搗

在振搗邊溝混凝土?xí)r，宜使用小型振搗棒，且按照“快插慢拔”原則在氣囊兩側(cè)同時(shí)均勻振搗，以防止氣囊上浮或者左右移動(dòng)，從而保證邊溝施工質(zhì)量。

3．4 撤出氣囊的時(shí)機(jī)

氣囊的撤出時(shí)間過早，會(huì)導(dǎo)致邊溝內(nèi)壁混凝土脫落;撤出時(shí)間過晚，混凝土與氣囊則粘接在一起，很難撤出。把握氣囊撤出的最佳時(shí)機(jī)，是控制邊溝質(zhì)量的要點(diǎn)之一。氣囊的撤出時(shí)間宜在混凝土初凝后，混凝土初凝時(shí)間依據(jù)實(shí)際施工情況而定。

4 氣囊法與預(yù)制法應(yīng)用效果比較

以氣囊法在本隧道路面邊溝中的應(yīng)用為例，比較氣囊法與預(yù)制法，比較結(jié)果見表2。

表2 2種方法比較結(jié)果Table 2 Application results of“balloon”method and precast method

5 結(jié)論與建議

1)路面邊溝在隧道結(jié)構(gòu)中屬于小型截面構(gòu)件，但其作用不可忽視，尤其是在本隧道項(xiàng)目地區(qū)，運(yùn)煤重車流量較大，路面剎車積水較多，這對(duì)隧道路面邊溝排水功能提出了更高的要求。

2)路面邊溝排水功能取決于其施工質(zhì)量。通過比較預(yù)制法和氣囊法，氣囊法不僅滿足了設(shè)計(jì)要求，還有施工簡(jiǎn)便、省工、省時(shí)和省材等優(yōu)點(diǎn)。

3)氣囊法不僅解決了施工人員無法進(jìn)入構(gòu)件內(nèi)拆模和難以控制構(gòu)件內(nèi)壁鋼筋保護(hù)層厚度等施工難點(diǎn)，還避免了邊溝預(yù)制法帶來的后期安裝問題。

4)氣囊法安全、經(jīng)濟(jì)，并且有效地保證了路面邊溝施工質(zhì)量，宜在公路隧道中廣泛應(yīng)用。

氣囊法在施工過程中亦存在一些問題，如邊溝內(nèi)輪廓質(zhì)量控制以及氣囊充氣壓力控制、拆模等，還需要進(jìn)行更深入地研究。另外，氣囊法還可以在橋梁工程中廣泛應(yīng)用，但就如何滿足不同形狀截面構(gòu)件的施工需求以及施工質(zhì)量控制等難題，還有待于進(jìn)一步地討論與研究。

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