龍永高速公路鋼波紋管涵洞設(shè)計(jì)、施工與質(zhì)量管理

□楊為華

龍永高速公路鋼波紋管涵洞設(shè)計(jì)、施工與質(zhì)量管理

□楊為華

高速公路；鋼波紋管涵洞；質(zhì)量管理；施工技術(shù)；回填材料；龍永高速

作為交通系統(tǒng)的基本構(gòu)筑物之一，涵洞對(duì)公路運(yùn)輸、人民生活出行起到了十分重要的作用，其質(zhì)量好壞將對(duì)公路的正常安全通行具有很大的影響。涵洞的質(zhì)量主要取決于涵洞的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。為了使鋼波紋管涵在公路建設(shè)中成功應(yīng)用和推廣，國(guó)內(nèi)已有不少學(xué)者對(duì)鋼波紋管涵洞施工的工藝、研究等方面進(jìn)行了研究。

根據(jù)對(duì)龍永高速公路走向及地質(zhì)條件進(jìn)行分析，專家們均認(rèn)為，采用鋼波紋管涵優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鋼筋砼涵，而且鋼波紋管在湖南省高速公路上應(yīng)用已有4年，先后在婁新、大瀏、懷化繞城、瀏醴等項(xiàng)目上應(yīng)用。龍永高速公路某通涵孔徑和填土高度均為技術(shù)典型的鋼波紋管涵，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)將為鋼波紋管涵研究提供參數(shù)的優(yōu)化基礎(chǔ)。

一、工程概況

龍永高速公路第8合同段原設(shè)計(jì)分別為鋼筋砼蓋板通道和鋼筋砼拱涵。原設(shè)計(jì)的拱涵和蓋板通道的孔徑較大，又位于高填方路段，其涵頂填土高度均高于常規(guī)涵頂填土，基礎(chǔ)處治費(fèi)用高，兩通涵工程造價(jià)高。施工時(shí)，如果基底處治不到位、路基高填方施工控制不好，就很容易引起不均勻沉降和涵洞開裂。由于鋼波紋管涵洞及混凝土涵在結(jié)構(gòu)上具有柔性、對(duì)基底承載力要求低、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)，因此需要對(duì)涵洞進(jìn)行變更設(shè)計(jì)。

二、波紋管涵設(shè)計(jì)要求

1.鋼制波紋管主要參數(shù)

鋼制波紋管主要參數(shù)見(jiàn)表1所列。

表1 分片拼裝鋼制波紋管主要參數(shù)

2.其他部位設(shè)計(jì)要求

波紋鋼板采用Q345熱軋鋼板制作，鋼材滿足交通運(yùn)輸部《公路涵洞通用波紋鋼管（板）》（JT/T791-2010）的要求。洞口墻墻身、八字墻墻身采用M7.5砂漿砌塊石。洞口墻基礎(chǔ)、八字墻基礎(chǔ)采用M7.5砂漿砌片石。河床鋪砌、隔水墻采用M7.5砂漿砌片石。洞口護(hù)坡采用M7.5砂漿砌片石。勾縫采用M7.5砂漿。緣石采用C30混凝土。片石強(qiáng)度、石材強(qiáng)度等級(jí)不小于MU40。

三、鋼波紋管涵防腐措施

鋼波紋管的腐蝕屬于土壤中的電化學(xué)腐蝕。土壤中含有多種礦物鹽，其可熔鹽的含量與成分是形成電解質(zhì)融液的主要因素。可溶鹽的含量一般都在2%以內(nèi)，個(gè)別情況下超過(guò)5%～6%，對(duì)腐蝕性影響較大的主要是硫酸根離子和氯離子。

根據(jù)湖南地區(qū)龍永高速公路的土壤特點(diǎn)，鋼波紋管防腐措施主要有3種：一是鋼板波紋管加工后須采用熱鍍鋅等防腐處理，成型及冷加工所有工序完成后，每片波紋結(jié)構(gòu)鋼板和連接構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行熱浸鍍鋅處理，鋅附著量1 600克/平方米以上，平均厚度不小于84微米。二是管壁厚度在滿足荷載要求下加厚0.5毫米，增強(qiáng)其耐久性。三是涵管運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，仔細(xì)檢查橋涵內(nèi)外表面，對(duì)于表面防腐層損傷點(diǎn)進(jìn)行清理除銹后采用噴鋅的方式補(bǔ)救處理。再將波紋管外側(cè)（與土壤接觸面）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噴涂環(huán)氧樹脂，安裝完畢后內(nèi)外兩側(cè)再涂涮兩遍瀝青，但在位于波紋管下側(cè)內(nèi)表面，由于需要敷設(shè)復(fù)合水泥砂漿鋼絲網(wǎng)，不要涂瀝青。

四、鋼波紋鋼板管涵安裝操作

1.安裝操作

（1）安裝前檢查波紋鋼管涵底部平整度、標(biāo)高，確定涵管的位置、中心軸線。

（2）拼裝底板。以中心軸線中點(diǎn)為基準(zhǔn)，第一張波紋板定位，以此為起點(diǎn)向兩側(cè)延伸，直至二端。軸向搭接長(zhǎng)度為100毫米，第二張板疊在（搭接部分）第一張板上面，對(duì)正連接孔。螺栓的螺紋部涂上潤(rùn)滑劑，套上墊圈由內(nèi)向外插入孔位，對(duì)面套上墊圈旋上螺母，用套筒扳手預(yù)緊螺母。

（3）拼裝環(huán)形圈。由下向上順次拼裝。周向搭接寬度為150毫米，搭接部分上板覆蓋下板，圓周向連接采用階梯形，即上面二塊板的疊縫錯(cuò)位，連接孔對(duì)正后，用涂上潤(rùn)滑劑的螺栓，套上墊圈（遇谷用凸墊圈2，遇峰用平墊圈3，不得裝反）由內(nèi)向外插入孔位，用套筒扳手預(yù)緊螺母，一周由4個(gè)圓弧片搭接拼裝組成。

2.密封防腐處理

（1）圓管涵敷設(shè)就位、橋涵拼裝完成后回填前進(jìn)行密封防腐處理的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。在橋涵結(jié)構(gòu)板重疊搭接處、圓管端部接合處、緊固件連接的螺栓孔空隙處用耐候膠填封，可通過(guò)專用膠槍注、涂，固化后以提高圓管涵或橋涵的整體密封性。

（2）仔細(xì)檢查橋涵內(nèi)外表面，對(duì)于表面防腐層損傷點(diǎn)進(jìn)行清理除銹后采用噴鋅、噴涂環(huán)氧樹脂、涂刷瀝青等不同的方式補(bǔ)救處理，以避免整道橋涵防腐耐久能力降低。

（3）施工圖紙規(guī)定了其他現(xiàn)場(chǎng)防腐處理方式的，按其要求施工。

五、鋼波紋管涵路基施工技術(shù)要求

鋼波紋管涵施工工藝程序?yàn)椋呵謇韴?chǎng)地→基坑開挖→量放樣→基底整平→測(cè)量基坑標(biāo)高→地基承載力檢驗(yàn)→注基座砼→安裝圓管→管運(yùn)輸→砼拌和→砼運(yùn)輸→澆筑管壁外側(cè)砼→監(jiān)理檢驗(yàn)→嵌縫→洞口鋪砌→臺(tái)背回填→驗(yàn)收分層壓實(shí)→監(jiān)理檢驗(yàn)。

1.挖基

（1）溝渠開挖應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，當(dāng)基底土為淤泥等不良土層時(shí)，應(yīng)予換填處理。

（2）應(yīng)避免超挖。如超挖，應(yīng)將松動(dòng)部分清除，其處理方案應(yīng)報(bào)監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)。

（3）挖至標(biāo)高的土質(zhì)基坑不得長(zhǎng)期暴露、擾動(dòng)或浸泡，并應(yīng)及時(shí)檢查基坑尺寸、高程、基底承載力，符合要求后應(yīng)立即進(jìn)行基礎(chǔ)施工。

2.基礎(chǔ)砂墊層

（1）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)必須有足夠強(qiáng)度、穩(wěn)定性和均勻性?；A(chǔ)一般可采用30～80厘米厚的砂礫。應(yīng)采用級(jí)配良好的粗砂在基礎(chǔ)表面設(shè)置一層厚10厘米的均勻墊層，其最大粒徑為12毫米。

（2）對(duì)預(yù)計(jì)地基有一定沉降的情況，考慮到水流的要求和結(jié)構(gòu)的整體性，應(yīng)該設(shè)置基礎(chǔ)的縱向預(yù)拱?；A(chǔ)在涵管縱向預(yù)拱度一般為0.5%。

（3）基礎(chǔ)砂墊層的壓實(shí)度不應(yīng)小于96%。

3.回填

（1）回填材料應(yīng)符合表中給出的級(jí)配要求（見(jiàn)表2所列），應(yīng)傾倒在結(jié)構(gòu)兩側(cè)1倍直徑以外。

（2）波紋鋼管

橋涵敷設(shè)、密封處理完成后及時(shí)回填，但回填前必須校核橋涵的規(guī)格、位置、方向、坡度等符合圖紙要求。

（3）回填不需要特殊的填土材料，一般土質(zhì)即可。在橋涵波紋管殼外30厘米范圍內(nèi)的填土中，不得有超過(guò)7.5厘米的石塊、混凝土塊、凍土塊、高塑性粘土塊或其他有害物質(zhì)，以免損傷涵管。

（4）回填時(shí)，堅(jiān)持先底部?jī)蓚?cè)楔形部位、后管體兩側(cè)、最后管體頂部的原則，并且保證在涵管兩側(cè)對(duì)稱且均衡的狀態(tài)下作業(yè)。

（5）回填必須分層攤鋪后逐層壓實(shí)，每層壓實(shí)厚度不超過(guò)15～25厘米，填土壓實(shí)度達(dá)到96%以上，管頂則與該處路基的壓實(shí)度一致。

（6）回填須滿足管頂最小填土厚度的要求，其數(shù)值依據(jù)橋涵規(guī)格、公路等級(jí)、土質(zhì)情況等綜合分析后確定，圓管涵一般不小于0.6米，鋼波紋板橋涵一般不小于1米。

表2 回填材料的級(jí)配要求

（7）管體兩側(cè)和管頂部回填有以下要求：①縱向施工順序，從涵洞中間至兩端。②管身最大直徑兩側(cè)0.6米外可使用18噸壓路機(jī)碾壓，0.6米范圍內(nèi)必須使用小型夯實(shí)機(jī)械夯實(shí)，以避免壓路機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備對(duì)管涵的撞擊。填筑時(shí)應(yīng)分層填筑、分層壓實(shí)，每層壓實(shí)后的厚度為20厘米，壓實(shí)度要求達(dá)到96%方可進(jìn)行下層填筑，同時(shí)要特別注意波紋管管壁波谷處的壓實(shí)。③管體兩側(cè)分層壓實(shí)回填應(yīng)同步對(duì)稱進(jìn)行，兩側(cè)的回填土高度差不得大于30厘米。對(duì)于多道橋涵平行排列的，中間各道與兩側(cè)也應(yīng)遵循同步對(duì)稱回填的原則。④在回填夯實(shí)過(guò)程中，管體兩側(cè)面壓實(shí)施工時(shí)夯實(shí)裝備應(yīng)與橋涵軸線（長(zhǎng)度方向）平行行駛；管體上方壓實(shí)施工時(shí)夯實(shí)裝備應(yīng)與橋涵軸線（長(zhǎng)度方向）垂直行駛。

4.洞口處理

（1）本波紋鋼管涵洞口形式采用混凝土八字墻。

（2）本波紋鋼管涵洞為有流水沖刷的涵洞，進(jìn)出口處溝床和涵洞兩端處河床需設(shè)置相應(yīng)的調(diào)治構(gòu)筑物，同時(shí)依兩側(cè)地形條件作必要的保護(hù)處理，以降低洞口沖刷防止波紋鋼管端口和底部墊層的流失，在保證流水暢順的同時(shí)提高波紋鋼管橋涵的耐久壽命。

（3）保護(hù)構(gòu)筑物的基礎(chǔ)和構(gòu)筑應(yīng)在涵洞基礎(chǔ)施工開始時(shí)同步進(jìn)行。

六、鋼波紋管涵施工質(zhì)量管理

1.施工質(zhì)量影響因素

（1）地質(zhì)水文條件。高速公路涵洞的施工在很大程度上會(huì)受到水文地質(zhì)條件的影響和制約，如土質(zhì)類型、天然地基情況、水域分布、當(dāng)?shù)貧夂虻取＿@些因素決定著涵洞的類型、大小尺寸、功能、質(zhì)量要求。

（2）施工技術(shù)條件。技術(shù)因素對(duì)公路涵洞施工質(zhì)量的影響極其重要，其施工工藝技術(shù)的成熟性、適用性、先進(jìn)性直接決定了涵洞的施工質(zhì)量。

（3）材料質(zhì)量。材料質(zhì)量是施工質(zhì)量保證的前提，其質(zhì)量和性能對(duì)于涵洞質(zhì)量的影響非常關(guān)鍵，在采購(gòu)環(huán)節(jié)和施工環(huán)節(jié)上，對(duì)鋼波紋管材料進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量驗(yàn)收。另外，回填土質(zhì)的質(zhì)量應(yīng)根據(jù)土工試驗(yàn)確定土的性質(zhì)和指標(biāo)，采用合適的填料進(jìn)行回填。

（4）人為因素。人為因素最具主觀性和突變性。涵洞施工前，要選擇專業(yè)技術(shù)較強(qiáng)的操作人員，并對(duì)操作人員做好技術(shù)交底工作。施工過(guò)程中，技術(shù)人員必須全天候地監(jiān)督和檢查涵洞的施工質(zhì)量，以保證施工全過(guò)程的質(zhì)量控制。比如，如果鋼波紋管焊接部位不精確、不嚴(yán)密，將對(duì)涵洞質(zhì)量埋下隱患。

2.施工質(zhì)量管理措施

（1）原材料質(zhì)量管理。原材料是工程質(zhì)量基本保證，其重要性不言而喻。只有從源頭把控原材料質(zhì)量，才能對(duì)工程整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有所保障。因此，鋼波紋管材料的厚度、高度、強(qiáng)度應(yīng)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求相一致，同時(shí)加強(qiáng)鋼波紋管的材料質(zhì)量驗(yàn)收工作。提高主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平，將對(duì)整個(gè)涵洞的質(zhì)量產(chǎn)生決定作用，同時(shí)也保證了施工人員的安全。

（2）建立健全質(zhì)量管理體系。構(gòu)建一個(gè)專業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量管理體系，是強(qiáng)化施工質(zhì)量管理的有效保障，更利于工程監(jiān)理各環(huán)節(jié)的全面展開，加強(qiáng)對(duì)全過(guò)程質(zhì)量管理的落實(shí)力度。因此，發(fā)揮施工單位各個(gè)層次、各個(gè)部門橫向和縱向的監(jiān)督作用，落實(shí)各項(xiàng)管理目標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)建設(shè)單位、施工單位與監(jiān)理單位之間的協(xié)調(diào)關(guān)系至關(guān)重要。另外，要強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)督手段，有針對(duì)性、有目標(biāo)、有順序地采取措施，逐步實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理目標(biāo)。

（3）施工信息化管理。在施工過(guò)程中，可運(yùn)用多種傳感器技術(shù)進(jìn)行全程監(jiān)管，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員、材料和機(jī)械進(jìn)行身份識(shí)別、跟蹤定位和自動(dòng)分析等，能夠達(dá)到分析施工流程、施工進(jìn)度、施工安全等目的。

（4）質(zhì)量檢測(cè)管理。根據(jù)涵洞施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并將標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)到各個(gè)施工環(huán)節(jié)中。首先，收集、整理工程的設(shè)計(jì)圖紙，規(guī)范施工過(guò)程和操作流程。對(duì)特殊地基、地質(zhì)水文狀況，采用合理的方法進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)地基承載力檢測(cè)，保證涵洞主體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。其次，在工程施工中應(yīng)注重鋼波紋管涵洞的施工工藝、防水性能及變形受力的分析，同時(shí)強(qiáng)化技術(shù)美學(xué)，注重實(shí)用性與審美性相結(jié)合，提高工程效率與質(zhì)量水平。最后，加強(qiáng)質(zhì)量過(guò)程動(dòng)態(tài)檢測(cè)工作，對(duì)涵洞的位置、高程進(jìn)行精確定位；對(duì)鋼波紋管的外部混凝土厚度和強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格檢查；保障涵洞與路面有一定的填土高度，且填土過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格實(shí)行對(duì)稱施工，防止集中應(yīng)力的產(chǎn)生，影響涵洞的質(zhì)量。

涵洞施工是項(xiàng)繁瑣的工程，在準(zhǔn)備階段要調(diào)查地形條件，涵洞開工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形、地質(zhì)情況，對(duì)其位置、長(zhǎng)度、出入口高程及排灌系統(tǒng)的連接等進(jìn)行校對(duì)。鋼波紋管涵由于自身的優(yōu)點(diǎn)，成為高速公路涵洞設(shè)計(jì)的主要方式。對(duì)于鋼波紋管涵的質(zhì)量，需在設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量管理等3方面加強(qiáng)控制。鋼波紋管涵的采用解決了解決龍永高速公路通涵質(zhì)量問(wèn)題，且鋼波紋管涵設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量管理的研究為鋼波紋管涵后續(xù)的應(yīng)用提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。

（作者單位：西安方舟工程咨詢有限責(zé)任公司）

10.3963/j.issn.1006-8864.2014.11.023