超大規(guī)模大跨雙連拱鋼波紋管涵洞橋臺(tái)快速施工技術(shù)

單鵬

摘? ? 要：以在建成都天府國際機(jī)場(chǎng)高速公路項(xiàng)目超大規(guī)模雙聯(lián)拱鋼波紋管涵洞施工為依托，針對(duì)臨近雨季，確保排水需求，同時(shí)，為滿足工期緊、任務(wù)重的需求，找出鋼波紋管涵洞快速施工的方法。項(xiàng)目從施工工藝、工裝設(shè)備著手，積極進(jìn)行研發(fā)，成功研發(fā)出一套符合超大規(guī)模大跨雙聯(lián)拱鋼波紋管涵洞橋臺(tái)施工的工裝。極大的縮短了橋臺(tái)的建設(shè)周期，同時(shí)，橋臺(tái)質(zhì)量得到大幅度提升，滿足創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)，為類似項(xiàng)目的施工提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：超大規(guī)模;雙聯(lián)拱;鋼波紋管;橋臺(tái);快速施工

1? ?引言

鋼波紋管最早誕生于十八世紀(jì)八十年代的英國，十九世紀(jì)九十年代關(guān)于波紋管的通道、涵管的可行性的研究首次在美國進(jìn)行，被成功應(yīng)用于涵洞工程。二十世紀(jì)二十年代，美國鐵路工程協(xié)會(huì)針對(duì)應(yīng)用于伊利諾斯州中央鐵路的波紋板通道進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，之后波紋管首次出現(xiàn)在加拿大煤礦建設(shè)中，20世紀(jì)的三十年代，直徑8米的波紋管汽車通道在澳大利亞建成，結(jié)果顯示使用性能良好。二十世紀(jì)九十年代，日本制定的《日本高速公路設(shè)計(jì)規(guī)范》中涵蓋了關(guān)于波紋管設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范。由此證明波紋管結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性使其在多個(gè)國家甚至全球范圍內(nèi)具有廣泛的適用性，較長的使用壽命也是其能夠得到推廣的一個(gè)重要因素。

大量研究表明鋼波紋管涵洞具有明顯的優(yōu)越性。

（1）具有較大的抗變形能力和抗沉降能力，特別適合于軟土、膨脹土、濕陷性黃土等地基承載力較低地區(qū)和地震多發(fā)地區(qū)。

（2）工程造價(jià)在地材和人工短缺的地區(qū)比同類跨徑的橋、涵洞低;（3）施工工期較短，主要為拼裝施工。

（4）采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品質(zhì)量便于控制。

（5）生產(chǎn)不受環(huán)境影響，方便進(jìn)行集中工廠化生產(chǎn)，有利于降低成本，控制質(zhì)量。

（6）現(xiàn)場(chǎng)安裝不需使用大型設(shè)備，安裝方便。

（7）可減少水泥、塊片石或碎石、砂等的用量，有利于保護(hù)環(huán)境。目前關(guān)于鋼波紋管涵洞的工程案例也有報(bào)道，但關(guān)于超大規(guī)模大跨雙連拱鋼波紋管涵洞工程案例較少，鋼波紋管橋臺(tái)作為鋼波紋管安裝的基礎(chǔ)，如何快速高效組織施工，成為制約工期的關(guān)鍵因素。

2? 工程背景

2.1? 工程概述

成都天府國際機(jī)場(chǎng)高速公路項(xiàng)目位于四川省簡(jiǎn)陽市五指鄉(xiāng)前進(jìn)村，涵洞位于兩座隧道之間，隧道露頭段路基下方設(shè)計(jì)一處鋼波紋管涵洞，為雙孔涵洞（2[×]φ10m），孔徑為10m，長度為198.89m。橋臺(tái)及橋臺(tái)基礎(chǔ)分為三幅，橋臺(tái)基礎(chǔ)采用C25片石混凝土，高度為1.0m;橋臺(tái)采用C30鋼筋混凝土，高度為2.0m。涵洞的單跨較大、長度較長（全長198.89m），如此大規(guī)模在國內(nèi)外較為罕見，見圖1及圖2所示。

2.2? 水文與地質(zhì)條件

鋼波紋管涵洞既有位置發(fā)育一條由南向北的溝谷（鹽井河），最大水量約40L/s～50L/s，流水最終排至下方張家?guī)r水庫。降雨量集中于6～9月，約占全年降雨量的50%～60%，冬春季節(jié)12月～3月降雨最少。施工區(qū)域位于溝谷內(nèi)，溝谷深12.6m～19.1m，場(chǎng)地較為狹窄，進(jìn)入場(chǎng)地施工便道需要利用既有邊坡修筑，大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)困難。

3? 工程重難點(diǎn)分析

綜合該工程的周邊環(huán)境、水文地質(zhì)條件、工期要求、質(zhì)量要求等因素，該超大規(guī)模大跨雙連拱鋼波紋管涵洞橋臺(tái)施工的重難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面。

（1）工程施工區(qū)域場(chǎng)地狹窄。施工區(qū)域位于溝谷內(nèi)，施工前首先需要對(duì)溝谷土石方進(jìn)行開挖，涵洞兩側(cè)臨近山體，作業(yè)空間狹小。

（2）橋臺(tái)外觀質(zhì)量要求高。按照成都天府國際機(jī)場(chǎng)高速公路的質(zhì)量目標(biāo)，建設(shè)質(zhì)量需符合設(shè)計(jì)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，確保“優(yōu)質(zhì)工程”、爭(zhēng)創(chuàng)“魯班獎(jiǎng)”;如何確保橋臺(tái)整體線型及外觀質(zhì)量，成為本涵洞施工的一個(gè)難點(diǎn)。

（3）橋臺(tái)施工工期緊，任務(wù)重。為確保雨季排水通暢，同時(shí)，為后續(xù)隧道洞口施工創(chuàng)造條件，涵洞施工工期較為緊張。受征地拆遷、環(huán)水保評(píng)估等影響，采用傳統(tǒng)的臨時(shí)支架+組合模板法施工，施工工效低，無法滿足施工進(jìn)度要求，急需一種新的施工方法，確保涵洞工程快速、安全、經(jīng)濟(jì)的完成施工任務(wù)。

4? 施工技術(shù)方案的選擇研究及實(shí)施

4.1? 施工技術(shù)方案的總體實(shí)施原則與思路

在同等組合模板資源投入前提下，相對(duì)組合模板施工速度提升約50%。同時(shí)減少砼外觀質(zhì)量通病，橋臺(tái)表面平整度、氣泡及蜂窩麻面、整體線型滿足驗(yàn)收規(guī)范要求。在以上原則下，通過集思廣益，提出采用移動(dòng)式定型模架法施工方案。

施工的總體思路為對(duì)橋臺(tái)進(jìn)行合理分段，按照7.88m作為作為一個(gè)節(jié)段，以單個(gè)節(jié)段制作移動(dòng)式定型模架，模架自帶行走系統(tǒng)，行走至預(yù)澆筑段落后，進(jìn)行加固，加固完畢后進(jìn)行混凝土澆筑，完成單個(gè)節(jié)段施工，移至下一節(jié)段進(jìn)行施工，依次循環(huán)作業(yè)施工。

4.2? 移動(dòng)式定型模架設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)涵身尺寸及沉降縫施工要求，考慮模板搭接，移動(dòng)式定型模架取8m長，2m高，整體式設(shè)計(jì)，自帶行走輪，砼面板采用整體式鋼模板。

（2）由于橋臺(tái)向內(nèi)側(cè)傾斜，主框架采用方形骨架，依靠吊索和絲桿頂撐對(duì)鋼面板進(jìn)行固定，為增加面板的強(qiáng)度和剛度，面板采用縱、橫向加勁板進(jìn)行加強(qiáng)。

（3）在保證整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度的前提下，要盡可能保持結(jié)構(gòu)的輕便與簡(jiǎn)易，根據(jù)設(shè)計(jì)策劃對(duì)臺(tái)車進(jìn)行了Midas Civil建模檢算，通過模擬臺(tái)車受力過程，多次修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，最大限度的保證了結(jié)構(gòu)受力的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)安全系數(shù)過剩導(dǎo)致笨重不易操作。

運(yùn)用Midas軟件進(jìn)行強(qiáng)度檢算分析，并查找結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足與強(qiáng)度過剩的部位，指導(dǎo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整。

運(yùn)用Midas軟件模擬模架的整體變形情況，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度分析檢算，保障結(jié)構(gòu)滿足剛度要求。

運(yùn)用Midas軟件進(jìn)行一階失穩(wěn)模擬，并計(jì)算模架的屈曲模量得到其穩(wěn)定性特征值，保證模架整體穩(wěn)定性。

（4）針對(duì)模架中部容易出現(xiàn)彎曲變形，應(yīng)適當(dāng)增加面板剛度，控制澆筑速度，同時(shí)做好變形監(jiān)測(cè)。

（5）針對(duì)澆筑混凝土?xí)r模板可能出現(xiàn)上浮和向外側(cè)移位的現(xiàn)象，模架就位后做好與地面的有效連接，杜絕出現(xiàn)上浮和移位現(xiàn)象。

（6）針對(duì)混凝土澆筑過程中氣泡排除困難，外觀易出現(xiàn)氣泡和蜂窩麻面，在模板上安裝附著式高頻振動(dòng)器，輔助振搗。

4.3? 橋臺(tái)施工

鋼波紋管涵洞橋臺(tái)施工工藝流程如圖8所示。

（1）橋臺(tái)鋼筋綁扎：完成橋臺(tái)基礎(chǔ)鋼筋及混凝土施工后，進(jìn)行橋臺(tái)鋼筋定位放樣，完成鋼筋綁扎。綁扎完畢后設(shè)置鋼筋保護(hù)層墊塊，嚴(yán)格控制鋼筋保護(hù)層厚度，避免出現(xiàn)漏筋現(xiàn)象。

（2）固定主框架：將主框架移至橋臺(tái)位置后，對(duì)槽鋼軌道及行走輪進(jìn)行固定，確保主框架穩(wěn)固。

（3）調(diào)整帶肋面板：主框架固定后，利用豎向絲桿及橫向絲桿調(diào)整帶肋面板至預(yù)定位置，然后緊固絲桿，利用鋼筋樁對(duì)面板底部進(jìn)行固定，間距1.0m。面板底部用堵縫膠進(jìn)行封堵，防止漏漿。

（4）砼澆筑：混凝土由混凝土罐車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，利用挖掘機(jī)挖斗進(jìn)行混凝土澆筑，振搗采用插入式振搗棒配合模板外側(cè)高頻振搗器進(jìn)行振搗，澆筑過程中應(yīng)控制澆筑速度，避免出現(xiàn)模板移位。

（5）脫模養(yǎng)護(hù)：混凝土達(dá)到脫模強(qiáng)度5.0MPa后，利用豎向絲桿及橫向絲桿，使帶肋面板脫離，采用土工布進(jìn)行覆蓋，灑水養(yǎng)護(hù)。

（6）模架走行至下一節(jié)段：脫模后，先移動(dòng)行走輪下方的槽鋼軌道，然后采用挖掘機(jī)配合移動(dòng)主框架至下一節(jié)段。

4.4? 模板變形監(jiān)測(cè)

模板固定后，在模板上布設(shè)了量測(cè)點(diǎn)，在橋臺(tái)混凝土澆筑過程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)量測(cè)初始數(shù)據(jù)與澆筑完實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)監(jiān)測(cè)，模板變形滿足剛度要求。

5? 施工效果

（1）在同等模板資源投入前提下，能夠有效解決空間狹窄、難以操作的問題。同時(shí)，移動(dòng)式定型模架施工速度較組合鋼模板速度提升約1倍，節(jié)約施工時(shí)間約30天，完成了橋臺(tái)施工工期目標(biāo)。

（2）砼表面平整、線型順直、棱角分明、色澤統(tǒng)一。砼外觀在面、線、角、色方面都達(dá)到了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，確保了創(chuàng)優(yōu)質(zhì)量目標(biāo)。

6? 主要結(jié)論

（1）通過本次移動(dòng)式定型模架的創(chuàng)新研制與應(yīng)用，我們積累了一筆寶貴的新工藝研制與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，通過效果驗(yàn)證證明，橋臺(tái)施工進(jìn)度、混凝土外觀質(zhì)量有了很大的提升。

（2）利用移動(dòng)式定型模架進(jìn)行橋臺(tái)施工，該工藝在橋臺(tái)施工中操作方便快捷，移動(dòng)速度快，保證了橋臺(tái)的施工質(zhì)量，安全防護(hù)到位，操作人員較少，減少傳統(tǒng)模板安裝人工工費(fèi)，縮短工期，大大節(jié)約工程成本，為類似超大規(guī)模雙聯(lián)拱大跨鋼波紋管涵洞橋臺(tái)施工提供了借鑒。

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