裝配式涵洞施工技術(shù)研究

詹群豪 舒 揚(yáng)

(中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司技術(shù)中心 九江 332000)

裝配式鋼筋混凝土涵洞(prefabricated reinforced concrete channel)是一種采用工廠制造和現(xiàn)場拼裝工藝建造的鋼筋混凝土涵洞或小橋類構(gòu)造物。按截面形狀可分為裝配式鋼筋混凝土管形涵洞(本文簡稱管形涵洞)和裝配式鋼筋混凝土箱形涵洞(本文簡稱箱形涵洞)2種形式。裝配式涵洞具有施工簡便、高效、快捷等優(yōu)點(diǎn)。

傳統(tǒng)涵洞大多為現(xiàn)場澆筑施工，存在的主要問題是施工周期長、易出現(xiàn)錯(cuò)臺、跑模、漏漿、蜂窩麻面、保護(hù)層厚度合格率較低等外觀質(zhì)量問題，受天氣影響很大，質(zhì)量較難控制[1]。裝配式涵洞是通過集中生產(chǎn)預(yù)制涵節(jié)并采取現(xiàn)場拼裝方法施工的涵洞,在現(xiàn)場僅需施工涵洞基礎(chǔ)及底板鋼筋混凝土,現(xiàn)場作業(yè)量小,可以減少對路基土石方施工的干擾，有利于提高工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，節(jié)約成本經(jīng)濟(jì)[2]。本文以云茂高速某裝配式涵洞為例，對裝配工藝及施工技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析研究。

1 工程概況

云茂高速公路TJ13標(biāo)共設(shè)置裝配式涵洞2座。分別為BK1+890管形涵洞和BK1+930箱形涵洞。其中BK1+930箱涵軸線與線路中線右前方夾角為110°，斷面尺寸為6 m×4 m。BK1+890管型涵洞填土高度為1.56 m，孔徑尺寸為4 m×4 m。具體斷面示意見圖1。

圖1 涵洞1/2斷面尺寸(單位：mm)

2 裝配式涵洞施工工藝

2.1 施工工藝流程

裝配式涵洞通過在工廠預(yù)制涵洞節(jié)段，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝。工藝流程見圖2。

圖2 裝配式涵洞施工工藝流程圖

2.2 預(yù)制施工

裝配式涵洞預(yù)制生產(chǎn)采用工廠化流水線作業(yè)，預(yù)制廠區(qū)設(shè)置鋼筋加工區(qū)、半成品存放區(qū)、鋼筋胎架綁扎整體吊裝區(qū)、混凝土澆筑區(qū)、構(gòu)件養(yǎng)護(hù)存放區(qū)、試拼檢驗(yàn)區(qū)等6個(gè)區(qū)域。鋼筋原材料、骨架、模板及質(zhì)量養(yǎng)護(hù)處理方式如下。

1) 鋼筋原材料。鋼筋原材采用鋸切機(jī)鋸切，數(shù)控彎曲中心彎制半成品，較傳統(tǒng)彎曲工藝大大提高了彎曲精度和施工效率。另根據(jù)鋼筋大樣圖編號，設(shè)計(jì)不同的鋼筋存放臺架存放半成品，保證了現(xiàn)場材料的堆碼整齊。

2) 鋼筋骨架。鋼筋骨架利用綁扎胎架成型，綁扎胎架與地面錨接牢固，防止胎架移位，胎架上刻有定型卡槽，有效確保鋼筋定位精度。根據(jù)節(jié)段高度設(shè)有操作平臺和可移動式爬梯，方便作業(yè)人員操作。采用多點(diǎn)鋼筋吊裝架吊裝鋼筋骨架入模。

3) 模板。模板設(shè)計(jì)為整體式，支墊橫梁與地面通過地腳螺栓錨接牢固，采用鉸接式支撐桿，方便加固和脫模。模板底部設(shè)置高頻振動器振搗密實(shí)。澆筑完畢后通過自主研發(fā)的可移動式噴淋養(yǎng)護(hù)臺車進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)。

4) 質(zhì)量養(yǎng)護(hù)。構(gòu)件脫模后，吊裝至構(gòu)件存放區(qū)進(jìn)行二次養(yǎng)生。構(gòu)件底部通過預(yù)埋的地埋式管道實(shí)現(xiàn)自動噴淋養(yǎng)生，頂部通過噴淋臺車養(yǎng)生。噴淋管道采用地埋并聯(lián)、接頭采用萬向管和轉(zhuǎn)換接頭，噴淋頭霧化設(shè)計(jì)，并采用濕度和時(shí)間雙控，每個(gè)區(qū)域均獨(dú)立控制，確保了養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)的及時(shí)性。

2.3 構(gòu)件運(yùn)輸及拼裝

為有效避免現(xiàn)場安裝誤差，提高拼裝效率，構(gòu)件出廠前在廠內(nèi)進(jìn)行試拼，試拼結(jié)束后利用卡車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。裝配式管涵及箱涵主體分為3個(gè)構(gòu)件：底板、側(cè)墻、頂板[3]。其中側(cè)墻及頂板在預(yù)制場集中預(yù)制，底板為拼裝完成之后的后澆帶，劃分示意見圖3。

圖3 主要構(gòu)件圖

現(xiàn)場拼裝時(shí)，預(yù)先通過測量定位，利用汽車吊吊裝，輔以牽引定位。拼裝結(jié)束進(jìn)行底板預(yù)留部位鋼筋綁扎及混凝土澆筑施工。各構(gòu)件連接處利用高黏稠水泥砂漿和止水帶止水，防水層施工完畢對涵背進(jìn)行分層填筑。

3 裝配式涵洞施工技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

3.1 構(gòu)件預(yù)制施工技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

1) 箱涵頂板橫向鋼筋分為上下2層，跨度大，綁扎時(shí)鋼筋不易固定，且影響后續(xù)箍筋綁扎。

解決措施：調(diào)整鋼筋綁扎順序，先進(jìn)行箍筋綁扎，后進(jìn)行主筋綁扎。利用胎架上的定位槽進(jìn)行箍筋定位，輔以定位鋼筋進(jìn)行加固，對鋼筋主筋采取水平穿入后垂直翻轉(zhuǎn)的方式綁扎。

2) 混凝土外觀質(zhì)量較難控制、色澤較差，出現(xiàn)較多蜂窩麻面。

解決措施：進(jìn)行大量試驗(yàn)進(jìn)行對比，選擇較優(yōu)方案。①脫模劑的選擇，對模板脫模劑分別選用脫模劑、模板漆、機(jī)油+柴油組合這3種方式進(jìn)行試驗(yàn)塊制作，根據(jù)成型效果最終選擇采用脫模劑。②對混凝土坍落度進(jìn)行比選，分別制作了160，180，200，220 mm坍落度的水泥進(jìn)行試驗(yàn)塊制作，最終發(fā)現(xiàn)坍落度在180 mm下結(jié)構(gòu)成型色澤和外觀質(zhì)量最佳。③對混凝土振搗方式和澆筑方量進(jìn)行比選：根據(jù)運(yùn)距和混凝土澆筑方量，充分考慮混凝土坍落度損失，最終確定了選用混凝土罐車澆筑方量為每車4 m3。④振搗方式根據(jù)部位確定，在頂板混凝土澆筑時(shí)不進(jìn)行高頻振搗器振搗，在腹板混凝土振動時(shí)采用高頻混凝土輔以人工振搗方式，高頻振搗器時(shí)間控制在30 s為宜。

3) 鋼筋保護(hù)層厚度控制難度較大，保護(hù)層厚度合格率要求≥90%。

解決措施：①鋼筋保護(hù)層厚度采用滾輪墊塊控制。傳統(tǒng)工藝采用梅花形墊塊，對梅花形墊塊的綁扎難以控制，存在扎絲外露和墊塊傾斜現(xiàn)象，嚴(yán)重影響保護(hù)層厚度檢測結(jié)果，往往造成保護(hù)層厚度合格率較低，不能滿足要求。采用滾輪墊塊可以輔以鋼筋穿入滾輪中心，有效調(diào)整不同主筋的保護(hù)層厚度，且不受扎絲外露影響，確保保護(hù)層厚度。②采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行鋼筋保護(hù)層厚度量測可有效獲取真實(shí)數(shù)據(jù)，滿足保護(hù)層厚度檢測數(shù)值要求。③加強(qiáng)自檢控制，嚴(yán)格執(zhí)行三檢制度，合格后方可澆筑混凝土。同時(shí)對已經(jīng)澆筑的混凝土進(jìn)行保護(hù)層厚度檢測，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析改進(jìn)方法，對不滿足要求的構(gòu)件部位加強(qiáng)后續(xù)控制。

4) 構(gòu)件養(yǎng)生及吊裝控制。一般模板內(nèi)混凝土需要養(yǎng)生4～5 d方能達(dá)到吊裝條件，因此，占據(jù)了較多時(shí)間，模板周轉(zhuǎn)效率較低。

解決措施：①對混凝土澆筑完成后采用噴淋臺車養(yǎng)生，縮短混凝土強(qiáng)度增長時(shí)間，提高模板使用效率；②設(shè)計(jì)圖紙吊環(huán)位置為拼裝之后的位置，預(yù)制混凝土模板擺放位置與設(shè)計(jì)不同，需要對吊環(huán)位置重新埋設(shè)。構(gòu)件為異形構(gòu)件，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對該構(gòu)件起吊重心重新計(jì)算，根據(jù)實(shí)際預(yù)制位置對吊環(huán)埋設(shè)位置對稱布置。

5) 構(gòu)件運(yùn)輸過程中容易損壞。

解決措施：①采用平板車運(yùn)輸，車上安裝構(gòu)件存放胎架，將構(gòu)件吊裝至存放胎架上;②構(gòu)件與胎架接觸處設(shè)置橡膠支墊，防止構(gòu)件碰撞或損傷;③胎架與平板車之間安裝楔形塊等防撞措施，防止因彎道過多或急剎車等造成構(gòu)件破損。

6) 涵長、涵洞交角、路況等因素使得節(jié)段布置不可能全部使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。

解決措施：①基本節(jié)段類型有3個(gè)，分別為3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段、1 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段及3 m非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段是主要節(jié)段，使用量最大；1 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段用于調(diào)整結(jié)構(gòu)的縱向長度，一般設(shè)于結(jié)構(gòu)兩端最后一個(gè)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段內(nèi)側(cè)；3 m非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段是管型通道特有，主要用于結(jié)構(gòu)端口，由3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段去除頂板，切去部分側(cè)墻形成；②通道總長(除去端口翼墻)為3N(N為節(jié)段數(shù))m時(shí)，則采用N節(jié)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段即可滿足要求；若通道總長為3N+1 m，則采用N節(jié)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段和1節(jié)1 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段；若通道總長為3N+2 m，則采用N節(jié)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段和2節(jié)1 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。這樣的節(jié)段劃分設(shè)計(jì)，既滿足了任意總長的通道設(shè)計(jì)，同時(shí)也最大程度地減少了預(yù)制節(jié)段的類型，體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)的理念和要求。將每個(gè)節(jié)段在橫向劃分為頂板、底板、兩側(cè)墻4個(gè)構(gòu)件的方法，則進(jìn)一步降低了預(yù)制的難度，并大大減輕單件吊裝重量，進(jìn)一步為施工提供了便利；③同時(shí)3 m節(jié)段布置能更好地適應(yīng)地基沉降、復(fù)雜地區(qū)運(yùn)輸?shù)跹b能力，方便現(xiàn)場施工。

3.2 構(gòu)件安裝施工技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

1) 裝配式涵洞基礎(chǔ)標(biāo)高控制嚴(yán)格，平整度要求高，不易控制，安裝后易造成接縫過大。

解決措施：施工裝配式涵洞基礎(chǔ)時(shí)，嚴(yán)格控制基礎(chǔ)標(biāo)高。基礎(chǔ)施工前技術(shù)組測量放線，用水準(zhǔn)儀精確測量各點(diǎn)標(biāo)高，混凝土施工完成后，對基礎(chǔ)進(jìn)行復(fù)核，超高的地方采用水磨機(jī)磨平，不足的地方采用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行找平，確保平整度誤差不得大于3 mm。

2) 構(gòu)件拼裝就位難度較大，混凝土拼裝誤差較大。

解決措施：①構(gòu)件安裝前先在基礎(chǔ)上放出安裝控制邊線，邊線外側(cè)用槽鋼固定，槽鋼內(nèi)邊線與實(shí)際定位位置密貼，槽鋼要確保無變形，外側(cè)要固定牢固。安裝時(shí)構(gòu)件要緊貼槽鋼內(nèi)側(cè)放置，防止偏離設(shè)計(jì)位置。②側(cè)墻安裝后進(jìn)行頂板安裝時(shí)，側(cè)墻頂部鉸縫暫不灌注混凝土，當(dāng)全部構(gòu)件拼裝完成后，采用汽車吊稍微提起頂板至高出鉸縫位置后，對鉸縫進(jìn)行灌注高標(biāo)高水泥砂漿后，再將頂板落下至鉸縫位置，利用重力擠壓鉸縫混凝土，拼裝完成。

3) 構(gòu)件安裝后在構(gòu)件連接處存在一定縫隙。

解決措施：①內(nèi)側(cè)接縫處理，a.以泡沫塑料板塞縫后用鋼絲刷、抹布將縫內(nèi)縫邊清除干凈，拉毛處理；b.灑水濕潤接縫，待晾干后再填塞M7.5高黏稠水泥砂漿；c.填塞后約2 h，用泡沫板將接縫處砂漿搓刮，并進(jìn)行修平處理，用鐵抹子進(jìn)行收光，用鋁合金尺檢查平整度；d.用噴霧器灑水養(yǎng)生。②外側(cè)接縫處理，a.以泡沫塑料板塞縫后用鋼絲刷、抹布將縫內(nèi)及縫邊清除干凈，拉毛處理；b.用M7.5高黏稠水泥砂漿將接縫填滿抹平，待砂漿具有一定強(qiáng)度時(shí)灑水養(yǎng)生；c.砂漿養(yǎng)生7 d后，沿接縫先涂一層25 cm寬的911聚氨酯防水涂料，再粘貼25 cm寬的背貼式橡膠止水帶，以專用膠水粘貼；d.橡膠止水帶安裝應(yīng)注意：止水帶粘貼的混凝土基面平整、潔凈、干燥、無裂縫，其平整度允許偏差為3 mm。為使止水帶固定牢固，可每隔1 m用高強(qiáng)鋼釘固定；止水帶與節(jié)段接縫界面粘貼要緊密，沿接縫方向不得留斷點(diǎn)，不能被浮渣塵土等阻隔；止水帶存放及運(yùn)輸時(shí)應(yīng)避免潮濕和擠壓，防水工程完成前，應(yīng)避免止水帶被雨水或施工用水浸泡。在通道外側(cè)進(jìn)行回填施工時(shí)應(yīng)注意對背貼式止水帶的保護(hù)。橡膠止水帶應(yīng)向?qū)I(yè)廠家采購，技術(shù)指標(biāo)需符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，并具備耐低溫、耐腐蝕性能，正式使用前需進(jìn)行試驗(yàn)以檢驗(yàn)其遇水膨脹性能，并提供檢驗(yàn)合格證方可使用。

4 與傳統(tǒng)涵洞對比分析

4.1 進(jìn)度對比分析

1) 傳統(tǒng)涵洞和裝配式涵洞的工期對比分析結(jié)果見表1。

表1 傳統(tǒng)涵洞和裝配式涵洞的工期對比表 d

由表1可見，對于同樣長度的涵洞，同種模板配置下，傳統(tǒng)涵洞的施工周期約為裝配式涵洞施工工期的2倍，若考慮當(dāng)?shù)赜昙臼┕び绊懀瑒t相差更大。與傳統(tǒng)涵洞施工相比，裝配式涵洞施工速度快，可有力保障施工周期。

2) 傳統(tǒng)涵洞和裝配式涵洞每循環(huán)工期對比分析結(jié)果見表2。由表2可見，裝配式涵洞每循環(huán)周期時(shí)間為3 d左右，傳統(tǒng)涵洞的每循環(huán)周期為7 d。

表2 傳統(tǒng)涵洞和裝配式涵洞每循環(huán)工期對比表 d

由表2可知，傳統(tǒng)涵洞的工期主要為鋼筋綁扎、鋼筋調(diào)整、模板加固及養(yǎng)護(hù)、拆模，而影響裝配式涵洞的工期主要為帶模養(yǎng)生時(shí)間。裝配式涵洞因工廠化作業(yè)，各道工序可以平行作業(yè)，在混凝土帶模養(yǎng)生期間，可同步完成鋼筋綁扎、綁扎成型鋼筋存放工作。相對于傳統(tǒng)涵洞施工，每循環(huán)周期大大縮短。

4.2 質(zhì)量對比分析

1) 傳統(tǒng)涵洞。傳統(tǒng)涵洞施工往往受制于現(xiàn)場地形條件而采用鋼筋現(xiàn)場加工和綁扎，精度無法有效保證，模板加固不牢固導(dǎo)致變形，傳統(tǒng)式搗固棒振搗不到位產(chǎn)生氣泡過多或蜂窩麻面。保護(hù)層墊塊設(shè)置留有死角和綁扎不牢導(dǎo)致保護(hù)層厚度不合要求，養(yǎng)生不及時(shí)。

2) 裝配式涵洞。通過鋼筋數(shù)控彎曲機(jī)、鋼筋鋸切機(jī)等先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備使鋼筋半成品精度得到有效保證。半成品鋼筋存放在專門的胎架平臺上，以防止鋼筋變形影響綁扎精度。設(shè)置專門的鋼筋綁扎胎具和定位卡槽有效確保鋼筋間距。全方位設(shè)置保護(hù)層墊塊，有效確保了鋼筋保護(hù)層厚度。采用整體鉸接式鋼模板，通過地腳螺栓及工字鋼固定、牢固不變形。設(shè)置高頻振搗器振搗和自動噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，有效確保了混凝土質(zhì)量。

通過與廣東省近期傳統(tǒng)涵洞的回彈強(qiáng)度、保護(hù)層厚度、構(gòu)件尺寸及鋼筋間距的合格率和裝配式涵洞構(gòu)件相比，裝配式涵洞的上述檢驗(yàn)項(xiàng)目均能達(dá)到100%合格，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)涵洞，有效地保證了涵洞的質(zhì)量。

4.3 經(jīng)濟(jì)性對比分析

以安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)總院標(biāo)準(zhǔn)圖中管形涵洞為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比分析，以35 m長4 m×4 m為例，結(jié)果見表3。

表3 裝配式管形通道與現(xiàn)澆箱涵、蓋板涵對比表

從材料數(shù)量來看，由于管形涵洞合理受力，配筋量得以減少，材料數(shù)量明顯降低。綜合單價(jià)比現(xiàn)澆箱涵低12.2%，比蓋板涵低15.5%。因而裝配式涵洞造價(jià)優(yōu)于傳統(tǒng)涵洞。

4.4 安全性對比

1) 傳統(tǒng)涵洞。由于傳統(tǒng)涵洞施工受限于露天作業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)源多，安全壓力大，安全事故發(fā)生頻率遠(yuǎn)高于場內(nèi)施工。

2) 裝配式涵洞。裝配式涵洞為工廠化施工，在預(yù)制廠內(nèi)施工，可降低高空作業(yè)、中暑、雷雨、物體墜落與打擊的風(fēng)險(xiǎn)。場內(nèi)施工用電有效連接，通過線槽避免線路外露，減少了安全隱患。

4.5 適用性對比

1) 傳統(tǒng)涵洞。傳統(tǒng)涵洞適用于全部涵洞類型。

2) 裝配式涵洞。裝配式涵洞無法適用于填土16 m以上情況，否則經(jīng)濟(jì)性明顯降低。且對于交通運(yùn)輸不便地段具有局限性。

3) 裝配式涵洞在轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝、固定、防水等方面還存在諸多不足需要改進(jìn)[4-5]。

5 結(jié)語

裝配式涵洞將施工所需構(gòu)件在工廠制作完成后再在現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，改善了現(xiàn)場澆筑施工技術(shù)的不足，是涵洞施工的新方向。本文針對裝配式涵洞的施工工藝、施工主要問題及解決措施、與傳統(tǒng)涵洞的對比等方面進(jìn)行了闡述及分析。結(jié)果表明，裝配式涵洞具有進(jìn)度快、質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)、安全性好、外觀美觀等優(yōu)點(diǎn)。文中對裝配式涵洞的施工工裝設(shè)備、施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的說明，可為后續(xù)裝配式涵洞的應(yīng)用提供參考。