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公路工程大孔径管型装配式钢筋混凝土涵洞（通道）施工工法安徽水利开发股份有限公司安徽省公路桥梁工程有限公司侯帅 韦秀刚 艾思平 叶明林 吴先锋1前言当前，公路建设中涵洞（通道）施工大多采用现场浇筑砼方式，其弊端较多，如占用模板、支架等周转材料周期长，施工质量不易控制，施工进度受地质条件、气候影响大等。为此，我公司工程技术人员相继开展了涵洞（通道）装配化的相关研究。2006年以来，安徽水利开发股份有限公司与相关单位合作，开发了大孔径装配式钢筋混凝土管型涵洞（通道）施工技术，并在北沿江高速公路马鞍山至巢湖段等大量工程中进行应用，取得了显著的经济、社会效益，符合工程建设领域向标准化、装配化、工厂化、机械化施工方向发展的趋势。我公司经总结、提炼，形成了大孔径管型装配式钢筋混凝土涵洞（通道）施工工法，获得2011年度安徽省级工法，工法编号AHGF27-11。本工法应用混凝土构件的固定方法及专用紧固件和大孔径装配式钢筋混凝土涵洞构件申请了国家专利，其中大孔径装配式钢筋混凝土涵洞构件已得到国家专利局授权，专利授权号为：ZL 2013 2 0283683.7；混凝土构件的固定方法及专用紧固件正处于实审阶段，发明专利专利受理号为：201310152181.5，实用新型专利受理号为：201320223047.5；大孔径装配式钢筋混凝土涵洞定型钢模板正处于实审阶段，专利受理号为：201320225188.0。工法关键技术于2013年2月6日通过安徽省住房和城乡建设厅组织的科技鉴定，技术水平达到国内领先水平。2工法特点2.0.1采用工厂化现场集中预制构件、现场安装方式替代了传统的现场浇筑工艺，生产过程、构件质量易于控制，显著提高构件内在质量和外观质量。2.0.2在施工现场采用汽车吊等机械作业，提高了机械化施工程度，从而提高了施工效率，节约了劳动力。2.0.3装配式管型涵洞（通道）施工受气候影响较小，减少对路基施工的干扰，加快了整体施工进度。2.0.4各预制构件间采用规格M25、强度等级为5.8级的专用紧固件进行环向和纵向连接，结构的整体性、牢固性得以加强。3适用范围本工法适用于1.5m跨径8.0m、净高4.0m以内、涵顶填土高度小于11.0m的三构件组合涵洞，包括人机通道、过水涵洞、地下管道、地下通道。在公路、城市交通和地下工程建设中具有广泛的应用前景。4工艺原理装配式管型涵洞（通道）采用三构件组合形式，采用统一规格的钢筋混凝土标准节段，通过工厂集中预制、养护，运至现场进行安装，各预制构件间采用规格M25、强度等级为5.8级的专用紧固件进行环向和纵向连接，涵洞（通道）底板采用钢筋混凝土现浇，使预制构件与底板连接成整体。现浇底板达到设计强度后进行涵洞（通道）两侧台背填土及顶部填土，从而形成埋置于路堤或地下的通行、过水的管状构造物。装配式钢筋混凝土管型通道示意图如图4.1所示。图4.1装配式钢筋混凝土管型通道示意图5工艺流程及操作要点5.1构件预制、安装施工工艺流程构件编号、登记留置试块构件场内存放模板拆除洒水养护构件运输蒸汽养护混凝土浇筑模板拼装模板进场检查模板现场修整定型模板研制施工准备钢筋加工、安装 图5.1-1 构件预制施工工艺流程图 安装前准备构件运输联接状态检查浇筑底板砼洞口整形衔接砼垫层施工单侧侧墙安装侧墙、顶板安装节段接缝处理检查验收台背分层对称回填图5.1-2 构件安装施工工艺流程图5.2预制施工操作要点5.2.1模板制作及安装1模板制作采用三维空间体系对铰接曲面以及专用紧固件的槽口进行准确下料加工，如图5.2.1-1、图5.2.1-2所示。2模板采用“卧式”定型钢模，钢模面板采用8mm10mm厚钢板制作。为方便使用，在模板制作时，将预制构件绞缝处的端模与模板底座的连接设计成铰链式连接，环缝处的侧模采用整体式可水平移动（水平移动幅度50mm100mm）式组合模板，模板间连接采用螺栓固定，模板安装过程只对模板上盖进行安、拆。3模板每次使用前都要仔细清除模板上粘附的灰尘、锈迹及水泥浆等杂物，底座模板面涂刷脱模剂，上盖模板面粘贴模板布。4模板拼缝采用双面胶带黏贴，预埋件位置缝隙采取泡沫胶封堵，在泡沫胶固化初期将预埋件周围的泡沫胶压实、压平。图5.2.1-1 侧墙模板构造示意图图5.2.1-2 顶板模板构造示意图5.2.2钢筋加工制作1 钢筋样架加工钢筋样架的结构形式与构件预制模板相同，采用钢板与角钢加工，制作好的样架作为钢筋成型的平台，根据设计钢筋数量和间距，焊接高度20mm左右的纵横向的定位钢筋桩。2 钢筋加工钢筋加工是在钢筋加工棚内由数控钢筋加工机床统一加工，加工后，根据不同的规格、型号进行分类码放，并做好标识。3 钢筋骨架成型预制构件骨架纵、横向钢筋安装依靠样架上定位桩绑扎成型，骨架纵横筋、箍筋、架立筋之间的连接采用二氧化碳气体保护焊点焊连接。4 钢筋骨架安装钢筋加工实行流水作业，经检验合格后，钢筋骨架由叉车运至预制区整体入模安放。5.2.3混凝土浇筑及蒸养1混凝土拌和之前，对拌和楼及各种计量设备进行安装调试及标定，以确保计量准确。2混凝土浇筑由模板两侧最低处开始分层连续浇筑，砼浇筑前先安装第一块上盖模板，之后边浇筑边安装，直至浇筑至顶面，顶面最高处0.5m宽度作为最终下料口和浇筑口，浇筑完毕后人工抹平收光。3混凝土振捣采用插入式振捣棒，振捣棒移动间距不超过其作用半径的1.5倍，振捣上层混凝土时振捣棒要插到下层混凝土中50100mm，以保证上下层混凝土的均匀，注意振捣时振捣棒距离模板保持在50100mm，避免损伤模板。对每一振动部位，振动到砼密实为止。4 混凝土振捣时，尤其要避免碰撞抽拔管，造成预留孔移位或偏位。紧固砼构件的预留孔采用抽拔管造孔，抽拔管安装前在表面涂抹一层隔离剂再黏贴一层塑料薄膜，便于抽拔管顺利拔出。5混凝土浇筑后采用蒸汽养生，养护棚为推拉伸缩式养护棚。充入蒸气养护时，控制蒸气温度，由低温到高温逐步升温，温度提升至60左右时保持恒温，待混凝土达到构件设计强度的70%时停止蒸养，可以拆模。5.2.4成品构件的堆放与养生1构件拆模后立即进行编号，编号后由预制场内的龙门吊运至构件存放区分类放置。构件顶板全部水平叠放，单件重10t以下的构件叠放不得超过5层，单件重10t以上的构件叠放不得超过3层,构件侧墙直立排列放置。2构件成品堆放在存放区继续养生（常温下采用喷淋、冬季采用覆盖保温），每批构件保证714d的养生时间。5.3现场安装操作要点5.3.1混凝土垫层施工1涵洞通道基坑土方开挖后应进行地基承载力试验，地基承载力符合要求后对基底进行夯实，然后进行混凝土垫层施工。地基承载力不符合要求应进行换填或其他方案处理，直至满足规范及设计要求。2垫层应采用不低于C20混凝土浇筑，厚度不宜小于0.1m，宽度不小于设计值；垫层施工后应进行防水层施工。3严控垫层施工的标高、平整度、坡度，侧墙安装位置的垫层平整度偏差不大于3mm。5.3.2安装前准备1构件安装前现场做好道路、临时存放点及吊车的作业空间的布置、整平碾压工作。2安装前根据涵洞设计尺寸在垫层混凝土顶面弹出侧板底面内、外侧安装控制线。沿侧墙底部内侧控制线在垫层上植入1620mmHPB235钢筋，作为构件就位的定位桩，每片侧墙构件的定位桩不小于2根。3对垫层进行标高、坡度、平面尺寸和轴线进行复测，确保安装准确无误。5.3.3构件运输1预制构件混凝土强度达到设计强度的90%时方可进行运输、安装。运输采用大型平板车，在预制场内利用龙门吊或履带吊车直接移运、装车。2构件在运输过程中采用钢丝绳捆绑，各构件接触部位采用方木或木板隔离、缓冲，防止构件在运输过程中损伤。5.3.4构件现场安装1管节吊装宜采用吨位满足要求的汽车吊或履带吊进行，侧墙安装采用厚度10mm、1：2水泥砂浆坐浆安装；先将一侧侧墙逐节全部安装完毕，另一侧侧墙与顶板配对对应已安装侧墙进行逐节安装，并及时安装环向专用紧固件（如图5.3.4-1）。单侧侧墙安装时，以侧墙顶承插槽口线为控制基准线，相邻侧墙承插槽口错台控制在3mm以内。单侧侧墙拼装结束经检查合格后，采用规格M25、强度等级为5.8级的专用紧固件进行纵向连接固定（如图5.3.4-2）。图5.3.4-1 专用紧固件环向连接示意图 图5.3.4-2 专用紧固件纵向连接示意图2侧墙安装就位时避免磕碰，沿定位桩缓慢徐徐下落完成就位。顶板就位时，先将其一端对准一侧已安装的侧墙承插槽口落入（如图5.3.4-3），顶板另一端与另一侧已预先向外微调30mm侧墙的承插槽口慢慢找正咬合就位。3 安装就位后，各预制构件间立即采用规格M25、强度等级为5.8级的专用紧固件进行环向和纵向连接，使各预制构件间结合更加牢固（如图5.3.4-4）。图5.3.4-3 侧墙与顶板衔接构造图 图5.3.4-4 专用紧固件环向、纵向连接示意图5.3.5安装缝处理1首先将环缝及纵缝采用沥青麻絮填塞缝隙，为提高观感质量，内侧采用强度不小于M10砂浆勾凹缝，外侧（填土侧）勾平缝。2勾缝后，将缝隙两侧清理干净，在涵洞外侧（填土侧）采用0.3m宽SBS改性沥青防水卷材沿缝隙粘贴，防水卷材接头搭接长度应满足设计及规范要求。 5.3.6底板混凝土浇筑等1侧墙和顶板安装并紧固完成后，对侧墙底部与底板结合面进行打毛处理，开始底板钢筋施工。横向钢筋采用搭接焊连接，焊缝长度满足单面焊不小于10d，双面焊不小于5d。2混凝土浇筑前需对垫层混凝土表面清洗干净。混凝土采用与预制构件同强度的泵送混凝土浇筑，混凝土由低处向高处进行浇筑，浇筑过程中需采取覆盖或擦拭等措施防止混凝土溅桨对侧墙的污染。5.4台背回填5.4.1结构周边回填应在底板混凝土强度达到设计规定的强度后进行，填土对称分层压实，压实厚度不大于0.15m，压实度不小于96%。5.4.2侧墙外回填时，靠近侧墙1m范围内采用砂或碎石等透水性材料回填，振动夯夯实。5.4.3涵洞顶面填土高度小于0.5m时严禁重型设备通过顶部，严禁堆放重物。6.材料设备6.1预制、安装主要材料6.1.1水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，石子宜采用颗粒形状较好的531.5mm连续级配石子，砂应选用洁净的中粗砂。6.1.2专用紧固件采用规格为M25，强度等级5.8级，性能等级为C级别，采用锌基铬酸盐涂层防腐，专用紧固件弧度加工需满足设计参数要求。6.1.3现场安装环缝及纵缝处理的水泥砂浆、沥青麻絮及缝隙外侧黏贴的SBS改性沥青防水卷材符合设计要求。6.1.4钢筋采用HRB335热轧螺纹钢，其各项指标均要符合国标要求。表6.1 预制、安装主要材料序号材料名称材料规格主要参数备 注1水泥P.O42.5符合国标要求2钢筋HRB335符合国标要求热轧螺纹钢3专用紧固件M25强度等级5.8级，性能等级为C级别锌基铬酸盐涂层防腐4水泥砂浆M10稠度57cm中粗砂5沥青麻絮符合设计要求6SBS改性沥青防水卷材型聚酯胎、PE膜（镀铝膜）、厚度3mm适用环境：-25+1006.2预制、安装设备、器具需求 表6.2-1 构件预制机械设备配置一览表序 号名 称型 号用 途备 注1电焊机D-WF-200 钢筋加工二氧化碳保护焊2弯弧机WH-32钢筋加工用于专用紧固件制造3弯曲机GW40钢筋加工4切断机QCX8-12钢筋加工532弯箍机GF20钢筋加工6大型调直机HY2-60钢筋加工7钢筋骨架样架每种规格构件钢筋骨架定型、焊接根据模板数量配套8龙门吊20t、10t构件移、运根据最大起吊重量选取9龙门吊5t模板安拆、混凝土浇筑与大门吊同轨道布设10叉车3t钢筋骨架转场根据骨架重量选用11锅炉4m3蒸汽养生根据模板数量选择12定型钢模板每种规格构件构件预制按每天周转1次配置表6.2-2 装配式管型涵洞现场安装设备、器具一览表序 号名 称数 量型 号用 途备 注1汽车吊325t安装，构件装、卸车根据构件重量和安装距离选用2平板车3417mX3m，荷载35t构件运输根据运输距离调整数量3千斤顶210t调整侧墙顶口距离备用一个5圆木2直径20cm支撑顶板安装时微调侧墙7木梯4爬高8钢卷尺26m测量9吊锤1侧构件垂直度10扳手2螺母紧固电动11靠尺3m垫层找平12全站仪1索佳安装控制线放样13水准仪1DS2垫层高程测量7质量控制7.1施工过程中应执行下列规范及标准公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011公路工程质量检验评定标准JTG F80/1-20047.2预制施工质量控制7.2.1预制构件的强度、几何尺寸、钢筋加工尺寸、保护层厚度、外观质量需满足表7.3-2及设计要求。7.2.2预制构件蒸汽养生的温度最高不得超过80,养护的升、降温速度需满足公路桥涵施工技术规范中关于蒸汽养生的相关规定。养护时应安排专人定时测温并做好记录。7.2.3在混凝土浇筑前仔细检查构件紧固预留孔抽拔管定位情况，防止在混凝土浇筑时出现抽拔管转动、位移导致预留孔位置不准确引起专用紧固件无法安装；根据蒸养时的混凝土凝结时间确定抽拔预留孔的合适时间，确保专用紧固件预留孔的孔道质量满足设计要求。7.2.4构件脱模时需满足其强度达到设计值的70%以上，施工过程中需通过总结养护温度养护时间构件强度三者间的关系，从而确定构件脱模的最佳时间。7.2.5为消除或减少构件外露面气泡，对其上盖模板采用粘贴模板布工艺处理。1模板布黏贴前仔细将模板清除干净，并将模板表面擦干，或采用吹风机吹干。2喷胶应均匀,不宜过厚，防止胶水渗透到模板布中，影响模板布的排水效果。3同一块模板如须两块模板布搭接时，将模板布重叠50mm，并在重叠中间位置割开，去掉割下的部分，在搭接部位喷胶的用量要适当加大，确保拼缝平整、不漏浆。4模板布黏贴完毕后检查是否平整，是否存在褶皱和气泡，如存在上述问题需及时处理。在混凝土浇筑过程中，防止振捣棒及保护层垫块碰撞模板布使模板布产生扭曲。 5模板布周转次数不大于3次。6侧墙构件预制时由于撑角处模板构造原因，拆模时容易出现撑角处“掉角”，施工时在撑角处增加一道细钢丝网片可有效避免此现象。 7.3现场安装施工质量标准 7.3.1装配式涵洞基坑地基承载力应满足设计要求。7.3.2侧墙安装时采用吊锤检查侧墙顶与侧墙底的竖直度，确保墙身与垫层竖直。7.3.3底板垫层的尺寸、标高需满足设计要求，底板垫层平整不应大于3mm，相邻板错台不应大于3mm,安装环缝间隙不得大于20mm。7.3.4专用紧固件性能指标应满足设计要求。表7.3-1加工钢筋的允许偏差项 目允许偏差（mm）受力钢筋顺长度方向加工后的全长10弯起钢筋各部尺寸20箍筋、螺旋筋各部分尺寸5表7.3-2装配式构件预制允许偏差编 号项 目允许偏差1混凝土强度（MPa）不小于设计值2构件长度(mm)-0+53壁厚（mm）-3+54紧固件预埋孔轴线偏差（mm）5表7.3-3装配式构件安装允许偏差编 号项 目允许偏差1轴线偏位（mm）502结构长度（mm）-50+503底面高程（mm）-10104垫层宽度、厚度（mm）不小于设计值5内、外轮廓线形偏离设计线形（mm）-20+205相邻节段内轮廓线错口（mm）38安全措施8.0.1现场临时用电、吊装、蒸汽养护应符合施工现场临时用电安全技术规程JGJ46-2005、起重机械安全规程GB6067.1-2010、蒸汽锅炉安全技术监察规程劳部发（1996）276号的相关规定。8.0.2施工现场电线电缆及蒸汽管道采用地沟敷设，蒸汽管道采用隔热保温材料包裹，蒸汽阀门设置醒目警示标志。8.0.3安装前对运输便道进行修整，消除坑洞、高坡，防止车辆行驶时产生较大晃动，对道路转弯半径较小处增加便道宽度，以满足车辆运输要求。构件运输前对运输车辆、吊车、吊绳、吊具进行全面检查，确保设备、器具的完好。8.0.4吊装作业由专人指挥，经常检查、维护门吊的限位、限载装置及配电系统确保设备的完好性。8.0.5构件在运输过程中采用钢丝绳捆绑，各构件接触部位采用方木或木板隔离、缓冲，防止构件在运输过程中损伤。8.0.6安装现场场地必须保证车辆停放及吊车就位处的地面密实、平坦，地面需采用1821t压路机碾压，压实度不小于90%。8.0.7构件吊装时，吊车作业半径内不得有作业人员逗留，在构件采用专用紧固件连接前，安装作业人员不得停留在待安装的管节内部。8.0.8为确保构件安装安全，每节顶板与两侧墙咬合就位，经检查无误后用专用紧固件实施环向连接固定。8.0.9为防止安装后涵洞内部渗水，应确保各承插槽榫贯浆密实。8.0.10吊车安装驾驶员必须持证上岗。8.0.11遇6级及以上大风或雨、雪天气，停止构件安装作业。9环保措施9.0.1预制场地周围设置环形排水沟，末端设置沉淀池，施工用水经沉淀处理后用于构件存放区内构件的二次养护。9.0.2施工区设置废品存放池，钢筋加工废料回收利用。施工过程中控制噪音。9.0.3预制场设专人清理道路、场地上的废物，场地经常洒水保湿，防止扬尘，保持场地清洁。9.0.4预制场地选址需综合考虑运输的前提下，尽量远离村镇生活集中区，且选择在村镇下风口。10.效益分析10.0.1经济效益以一通道长度58m，通道净空尺寸4.0m3.5m(兼排水）为例，对两种方案进行经济性比较:采用大孔径装配式钢筋混凝土管型涵洞（通道）方案：通道长度58m，通道净空尺寸4.0m3.5m(兼排水），预制造价604823元，安装造价276476元，总造价881299元，每延米工程造价15194.8元。采用盖板式通道方案：通道长度58m，通道净空尺寸4.0m3.5m(兼排水），总造价1033077元，每延米工程造价17811.7元。通过比较可知，大孔径装配式钢筋混凝土管型涵洞（通道）相对盖板式通道每延米综合造价可节约15%左右。10.0.2社会效益装配式大孔径钢筋混凝土管型涵洞（通道）采用工厂化集中预制，生产过程、生产质量易于控制，实行流水作业，生产方式简单，且结构内在质量和外观质量都有较大的提高。管节安装需时短且可及时进行台背回填，节省了施工时间，缩短了工程建设周期。采用装配式钢筋混凝土结构，盖板式涵洞（通道）圬工体积大大降低，减少了对水泥、砂石等材料的需求，减少了对自然环境的破坏。工厂化预制的方式，消除了现浇施工带来的混凝土原材料及建筑垃圾在现场废弃，现场无需洒水养护，减少覆盖薄膜引起的“白色”污染。本工法的形成对装配式大孔径钢筋混