87. 大直径钢波纹管路基涵洞施工工法

大直径钢波纹管路基涵洞施工工法1.1伴随着高速公路工程的大规模兴起，路线交叉日趋复杂，涵洞工程的需求量也逐渐变大。同时，公路市场对工期的要求越来越高，劳动力成本大幅上升。这些问题促使着传统的建造技术不断升级。作为道路工程的重要组成部分，涵洞可迅速排除公路沿线的地表水，保证路基安全。涵洞施工方法作为路桥项目施工过程中最重要、最普遍的施工方法之一，直接影响到整座桥梁施工的工期、成本和效益。目前，最常见的涵洞类型为混凝土涵洞，石涵、砖涵及钢波纹管涵较为少见。混凝土涵洞、石涵、砖涵需分别进行底板、侧墙、顶板的施工，存在周期较长、工序繁琐、造价高、混凝土涵洞底路基沉降难以控制等难点。对于混凝土涵洞，还需进行长达天的养生，极大的影响了工期。针对上述问题采用了钢波纹管涵洞施工工法，该方法利用在工厂预制相应管片、再运送到现场进行拼装。可缩短工期、降低造价，减少地基沉降对涵洞的影响。其具有周期短、适用性强、经济性好和安全性高等特点。1.21.实施简便。采用标准化固定节块设计，工厂规模化生产，集中运输，现场节块拼装施工，工序少、人机需求小、操作简单、循环安装快。2.适应变形能力强。轴向波纹和径向同时分布因荷载引起的应力应变,更大程度上的分散荷载效应,更好地发挥钢结构优势，受力597特征优良；采用柔性、高强度钢制材料，适应地基变形能力强，规避地基基础不均匀沉降导致涵洞损坏。3.耐久性能良好。涵管及配套附件镀锌处理，同时管节内外管壁喷涂沥青拌合物，防腐蚀能力突出；全金属体系维修方法多、途径广，维护成本低，使用时间长。4.节能环保。装配化施工，能有效的降低现场工人的劳动强度、节约人力，减少机械材料的使用及浪费，较大的减少或根本舍弃常规建材，同时避免现场混凝土及废水的污染。1.3适用于公路的涵洞、通道、临时便道、排水管道等工程。1.41.人工配合机械挖基，开槽宽度便于机械碾压保证地基承载力，及时回填砂砾基础，避免基坑扰动及浸泡，控制和减少沉降带来的结构物病害影响，预设拱度确保管道中部不因地基下沉出现凹陷或逆坡。2.在管节内外搭设施工脚手架，以便安装施工操作。管片由涵洞中心向两端对称进行安装，先安装三环底层管片，然后分别向上拼接，每安装三环进行一次管节的圆度和位置校正。管节全部拼装完成后，管身内侧所有钢板拼缝采用密封胶进行密封防止渗漏。3.涵洞内外侧喷涂沥青拌合物防水防腐，涵背采用粗砂分区分1.5施工工艺流程及操作要点5981.5.1工艺流程基底施工管片安装图-1钢波纹管涵洞施工工艺流程图1.5.2操作要点1.5.2.1测量放样施工前保证现场三通一平，安排布置各种材料堆放场地，组织所需机械设备。组织测量人员采用全站仪根据设计文件放出管涵轴线，打好中边桩，在涵管中轴线和基础范围边缘撒上白色灰线，测出原地面高程。开挖线外外扩同等距离放设控制中线桩及其高程，方便过程及后续安装控制校验。1.5.2.2基坑开挖挖掘机开挖标高控制在设计基底标高以上20cm，机械开挖到位后，剩余20cm采用人工开挖整平，避免扰动基底土层，水准仪依线外控制中桩高程控制开挖标高。599开槽宽度不小于波纹管直径+2×3m，便于碾压。基底设置集水井保证涵底降水，避免基坑浸泡。1.5.2.3垫层施工及时进行基坑尺寸、高程、基底承载力检测，并采用机械摊铺、人工找平分层回填级配砂砾基础垫层，控制和减少沉降带来的病害影响，每20cm一层采用压路机碾压，同时按设计修整成坡。基础纵向设0.2-1%管长的预拱度，确保管道中部不因地基下沉出现凹陷或逆坡。1.5.2.4安装准备由厂家根据设计图纸统一生产加工管片，并进行镀锌防腐处理，经场内检验验收合格后集中运至现场。人员及吊车、千斤顶、脚手架、配套高强螺栓及密封胶等材料设备准备齐全并检验合格。安装前检查底部垫层的平整度、标高及两侧起止点位置，拉线确定管涵中心轴线位置及预设拱度。1.5.2.5底层管件安装涵洞管件每环共6片，由下往上环向阶梯形搭接，采用高强螺栓横纵连接，相邻两环管片接口错开对称布置，每三环为一组依次由涵洞中心向两端对称进行安装。根据中心轴拉线确保管节安装纵向与之平行，人工配合吊车先将首环底层一片管件吊放到位，再拼接第二环底层两片管件，最后拼接第三环底层一片管件。调整好安装位置后于管片与垫层之间支衬方木，避免管件位移。管身安装应紧贴在砂砾垫层上，使管涵能受力均匀。600管件对正连接孔，螺栓套上垫圈后，螺纹部涂上润滑剂，由连接孔内侧向外侧插入，套上垫圈旋上螺母，用扳手拧紧。图-2纵向管节拼装图图-3高强螺栓组装示意图1.5.2.6环形管件安装首三环底层管件安装完成后进行环形管件安装，同步进行下三环底层管件安装。注意中间管件和端头管件的区分。在两侧涵洞投影外及涵洞内设置移动式脚手架，每三环为一组依照底层管件安装顺序，人工配合吊车分别完成侧面及顶部管片安装。每三环管件全部安装完成后，校正管节的圆度和位置。如出现偏位，采用千斤顶在偏位的方向上顶管节进行纠偏；管节全部拼装完成后。601图-4环向管节拼装图图-5环向管节拼装示意图图-6脚手架示意图1.5.2.7密封防腐管节全部拼装完成后，检查管节位置确保符合设计要求，并在管身内侧所有钢板拼缝采用密封胶进行镶塞防止渗漏。管节内外管壁喷涂含有石棉纤维的厚沥青一道及两道沥青和石油的拌合物，以加强防腐蚀作用。1.5.2.8管身回填管身回填从中心向两端对称分区域、分层进行，分层厚度20cm，回填区域分为管侧楔形区域、其他区域及顶部区域，管侧楔形区域采用粗砂水密法回填，管侧其他区域及顶部区域回填采用砂砾石机械压实。602料车运输砂砾石进场均匀倾斜在管身两侧楔形区域外，人工配合机械摊平，压路机碾压达标后，运输粗砂均匀倾斜在管侧楔形区域，人工用铁铲将填料推至楔形区域底部，用水枪充实同时插入振捣棒，通过反复加砂，水枪冲实和振捣棒振捣，直到填满楔形区域不再下沉为止。依次完成管侧楔形区域及其他区域回填后，采用机械进行顶部区域砂砾石回填、碾压，管道附近采用小型压路机压实。603图-7管身回填分区示意图1.5.2.9进出口施工洞口采用与路基边坡同坡率的斜口式八字墙。采用浆砌片石砌筑或混凝土浇筑。测量人员放出准确位置，弹出墙身位置线，在墙身位置处对基础进行清理干净。按照结构尺寸砌筑或浇筑基础及墙身。1.6材料与设备1.6.1材料本工法采用的主要材料见表。表1.6-1材料计划表1234567D=6mM20垫层及管侧回填H=2.8/10cm10cm软质防水橡胶//混凝土1.6.2设备本工法采用的主要设备见表。表1.6-2设备配备表25t12345PC22025t小型震动压路机0.6t10m³管侧回填水密实604650mm管侧回填水密实1.71.7.1质量标准规范1.50026-2007；2.JTGF80/1-20173.50204-2015；4.JGJ82-2011；5.SH/T3507-20111.7.2质量控制措施1.7.2.1基坑开挖质量控制措施1.检查基坑平面位置、尺寸与高程是否符合设计要求；2.基底承载力应≥250Kpa；3.基底处理及排水应满足施工要求，基坑底部不得积水；4.基底标高必须按照设计严格控制，一切松散浮土必须清除。若局部超挖，不能用松土回填，只能在基础施工时调平；5.当挖至设计高程且地基承载力满足设计要求时，及时封闭回填，以免地下水或地表水影响基坑底的承载力。1.7.2.2管节拼装质量控制措施1.施工前检查涵管底部平整度、标高及基础预拱度的设置，确定涵管的位置、中轴线、中点；2.以中轴线、中点为基准，第一张波纹板定位，以此为起点向两侧延伸，直至涵管进出口两端，第二张板叠在（搭接长度为50mm）第一张板上面，对正连接孔。螺栓由内向外插入螺孔，对面套上垫圈螺母，用套筒扳手预紧螺母；3.拼装环形圈由下向上顺次拼装：搭接部分上板覆盖下板，圆605周向连接采用阶梯形，即上面二块板的连接叠缝与下面二块板的叠缝错位，连接孔对正后，用螺栓由内向外插入螺孔，用套筒扳手预紧螺母；4.每米长度拼装成型后，要测定截面形状，达到标准再继续拼装，达不到标准应及时调整。圆周向拼装到环形圈合拢时，测定截面形状，采用定位拉杆固定，调整预紧螺栓，拼装波纹管；5.涵管拼装全部完成后，用定扭气动扳手，按扭力矩135.6～203.4N·M紧固所有螺栓，依次序，不得遗漏，紧固后底螺栓用红色油漆标示，所有螺栓应在回填前拧紧，保证波纹管的重叠部分紧密的嵌套在一起；6.为保证达到螺栓扭力矩的要求值，在回填之前随机抽取结构上纵向接缝上2%的螺栓，用定扭扳手进行抽检试验。如果有任意一处螺栓扭力矩值范围达不到规定值，则应抽检纵向和环向接缝所有螺栓的5%，如上述抽检试验均满足要求，则认为安装是合格的，否则应重新复核，以确定测到的扭力矩是否满足要求；7.外圈搭接处螺栓拧紧并复核要求后，为防止波形钢板板缝和螺栓孔处渗水，在钢板连接处和螺栓孔处采用专用密封材料密封，以防止波纹板连接处渗水。1.7.2.3管身回填质量控制措施1.钢波纹管结构回填，在管两侧对称、均衡地进行，楔形部回填采用粗砂水密法回填，分层摊铺，逐层压实，每层压实厚度不超过20cm，压实度不小于96％；2.在钢波纹管结构顶的最小填土厚度及结构两侧3/4管径高度范围内的管侧填料，特别注意夯实，除邻近管件1m范围内使用小型606震动压路机压实外，其他位置采用与一般路基相同的压实机具；3.在填筑过程中，特别是跨度较大的结构，要随时观测钢波纹管涵壳体的变形是否超过容许值，以便及时改变填筑方式；4.结构上方当回填厚度小于60cm时采用手扶振动压路机压实或采用小于6t的静碾压路机压实，压实度不小于96％。当涵管顶填土大于60cm后，方可采用重型压路机施工，每层厚度20cm，压实度复核路基填筑要求；5.在钢波纹管涵顶填筑未达到所规定的最小厚度时，禁止一切机动车辆通行，当管顶已填足最小厚度，仍不允许重型夯锤在其上作业，以免损坏波纹管及邻近填料。1.7.2.4质量监测控制措施1.钢波纹管结构在刚刚组装完毕之后、回填过程中、施工完毕后都要测量截面的形状，组装完毕后在开始回填前的截面大小不超过设计的±2%，如超出，应重新校正组装；2.从回填开始到结构顶填土结束，在各层的密实结束之后马上测量钢波纹管截面大小(测量不同位置三处以上)，填土完毕后构造物的最终允许变形范围±5%D（D范围时，应立即终止施工查明原因，采取措施将变形量控制在标准范围内。1.81.8.1安全控制依据标准1.JTG/TF50-20112.GB50009-20153.JTGF90-20156074.JGJ59-2011；5.JGJ80-20166.《施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-20051.8.2安全控制措施1.施工前必须对所有施工工人进行施工安全三级教育和钢波纹管涵洞施工专项安全技术交底，安全技术交底内容应详细明了，接受交底人签字确认。2.挖掘机、压路机及起重设备操作司机等作业人员须持证上岗。3.起重吊装设备必须要有有效的特种设备检验合格证，必须要有进场验收手续，并报监理审查、确认、备案。4.起重吊装设备操作手、司索工、信号工必须持合格、有限证件上岗，且实际操作人员必须与证件一致。5.起重吊装设备操作手、司索工、信号工必须在接受安全教育和培训合格后，方能上岗作业。6.起吊时，重物下面不得通过和站人，无关人员严禁进去吊装现场，大型设备吊装时应设有警戒线，并有专人负责。7.吊装时，吊车站立位置地基应做加强处理。1.9在整个施工期间和施工范围内应认真执行国家有关水土保持、环境保护的法律法规，明确自身的责任和义务，对环境保护做到全面规划、综合治理、变害为利。1.9.1生态保护施工造成植被破坏的面积要严格控制，除了不可避免的工程占608地、砍伐以外，不得再发生其他形式的人为破坏。1.9.2空气污染的预防1.在整个施工期间，对施工场地及施工便道应经常洒水，使尘土飞扬减到最低程度。2.在运输容易起尘的细料和松散材料时，应在运输期间加以覆盖或适当洒水喷湿。1.9.3噪声控制施工期间要制定防止扰民的具体措施，重点有：1.严格控制人为噪声。2.在人口稠密区进行强噪声作业时，须严格控制作业时间，确系特殊情况必须昼夜施工时，尽量采取降低嗓音措施，协调并出安民告示，求得群众谅解。3.加强机械维修保养，从声源上降低噪声。4.在传播途径上控制噪声，车辆经过居民区时注意减速慢行、禁止鸣笛。1.10序号传统混凝土盖板涵（4m×4m）大直径钢波纹管涵洞（Φ5.0m）涉及工序多，基底路基沉降工艺简单，工序少，相对易于质量控制，规避难以控制难，外观影响因素柔性结构，适应变形能力地基基础不均匀沉降123多强，外观控制简单导致涵洞损坏10名施工人员1台25t相比之下大直径钢波10名施工人员配置1台25t2m结构；每米结构使用混凝20m³1.5t6m管节；每米管节仅使用对应管件及配套纹管涵洞每延米节约5.5为当前使用较少的一种运为相似涵洞工程施工用于替代混凝土盖板涵方提供了参考，环保意传统混凝土盖板涵较为普遍，使用地材较多式，相对节约大量地材具体经济效益分析表详见下：每延米内容传统混凝土盖板涵（4m4m）大直径钢波纹管涵洞（Φ5.0m）609C30砼20m³HRB4001.5t10/2=55m1m10/6=1.6725t1/2=0.510/2=0.5天25t1/6=0.171/6=0.17天按每延米计算。材料费节省20m³290/m+15t×3500/t-1m4800/m=53500劳动力节省（5-1.67200/=666机械费节省（0.5-0.172400/=792综上每延米路基涵洞合计节省53500+666+792=54958本工法成功应用于成宜高速项目K19+460104.5m的路基车行兼