公路施工：高寒区大直径钢波纹管涵施工工法

1 高寒区大直径波纹钢管涵施工工法 GGG（青）C1-2017 正平路桥建设股份有限公司 蒲广宁 袁建军 林青军 韩永忠 程梦阳 1 前言 波纹钢管是一种新型结构，具有自重轻、施工方便、受力合理、行车舒适、环保、经济、 工期短等特点，常用来代替公路、铁路、房建工程建设中钢筋混凝土盖板涵洞和小桥。波纹 钢管涵是由 Q235 钢板材料压成波纹后，卷制加工构成的柔性结构，轴向波纹让波纹钢管具 有了良好的受力特性， 荷载引起的应力应变由管涵轴向和径向同时承担， 很好地分散了荷 载效应， 也使得管涵底部压力减小， 故无需对其基础进行大量换填或修筑较深的圬工基础， 这样可以减少对基坑的开挖，同时也有益于涵洞结构的稳定，节省涵洞工程造价。 采用人工配合机械开挖基坑， 涵洞换填基底水泥稳定砂砾垫层， 管片采用环向拼装与 纵向拼装相结合的方法， 管节与管节之间采用高强螺栓连接， 接缝间采用硅酮耐侯胶密封， 涵管外侧表面涂沥青防水、防腐，涵背采用人工配合机械进行回填压实。该技术应用于实际 工程，综合效益显著，尤其在高寒冻土地区、软土地基地带、高填土地带以及抢险工程施工 具有明显的经济效益。将施工技术和经验进行总结，集成了企业级工法“高寒区大直径波纹 钢管涵施工工法” ，此后在工程实践中对该技术进行验证，完善施工方法，最后集成本次申 报文本。经浙江省科学技术情报研究所查新，此工法部分核心技术内容，填补了国内相关空 白。关键技术经中国公路建设行业协会鉴定，该项目研究成果总体上达到国内先进水平。 2 特点 2.1 由于钢板存在波纹结构，具有良好的结构整体强度及稳定性高、结构安全性能高、 抗震性能强，对特殊地基和基础不均匀沉降的抗变形能力强；管顶能满足 0.5m～50m 的填 土厚度需求。 2.2 经特殊技术处理，具有高抗蚀、高抗渗、高耐久性、抗冻和抗变形破坏能力强。 2.3 自重轻、材质均匀、质量稳定、易于工厂化制造、装配化施工、便于回收利用。 2.4 分节、分片装车运输方便、易于存放、现场拼装施工方便快捷，组装工艺简单， 减少大量机械和人工；施工速度快、效率高、工期短。 2.5 高寒地区冬季连续正常安装施工，无需采取冬季安装施工措施。 第 1 页 共 14 页 2 2.6 不产生预制场地、建设废弃物、砂石材料开采破坏环境，有利于节约用地和环保。 2.7 工程建设成本低，工后运营、维修养护成本低；波纹钢管板比钢筋混凝土结构直 接成本低 10～25。 3 适用范围 本工法适用于高寒冻土地区、 软土地基地带、 高填土地带公路工程以及抢险工程的施工。 4 工艺原理 采用人工配合机械开挖基坑， 涵洞换填基底水泥稳定砂砾垫层， 管片采用环向拼装与 纵向拼装相结合的方法， 管节与管节之间采用高强螺栓连接， 接缝间采用硅酮耐侯胶密封， 涵管外侧表面涂沥青防水、防腐，涵背采用人工配合机械进行回填压实。 5 工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程 高寒区大直径波纹钢管涵施工工艺流程如图 5.1 所示。 施工准备 测量放样 坑槽开挖 地基处理 水泥砂砾垫层施工 管节安装 回填 洞口铺砌及 端头处理 准备工作 拼装连接 楔形位置回填 两侧回填 顶部回填 镶石棉垫 接缝密封 校正线性 承载力检测 图 5.1 高寒区大直径波纹钢管涵施工工艺流程图 第 2 页 共 14 页 3 5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 施工准备工作主要包括物资准备、技术准备、组织准备等三个方面。 1 物资准备主要包括原材料、机械机具等，其中原材料必须进行试验检测，检验合 格后方可使用。另外，还要保证挖掘机、打夯机等设备处于良好的状态。 2 技术准备主要是对施工图纸的复核、熟悉规范和测量放样。涵洞施工前，应根据 设计图纸进行测量放样，准确定出涵洞中心及纵横轴线。 3 组织准备主要是在整个施工过程中组织机构的建立、施工场地布置、明确施工任 务、人员培训及征地拆迁等内容。 5.2.2 测量放样 管涵施工前， 首先应准确定出管涵中心及纵横轴线。 基坑边坡坡度可依土质情况按设计 和规范要求所列基坑坑壁坡度适当放陡。 基坑宽度与涵洞基础尺寸相同。 放边桩应考虑换填 厚度，一次放够尺寸。 5.2.3 坑槽开挖 采用人工配合机械开挖的办法， 对开挖深度小， 土质较好地段边坡可放陡甚至垂直开挖， 对开挖深度较深，有水的地方，以稳定边坡为主，依土质情况以 10.5 至 11 之间的坡比进 行放坡，弃土统一运往弃土场。基坑边缘需要堆放的材料设备等必须距离基坑壁 1 米以上， 以免应坑壁受压引起坑壁坍塌伤人。 5.2.4 地基处理 基坑开挖应按设计要求进行， 确保地基承载力不低于 200kPa，当基底土为淤泥等不 良土层时，应进行换土或其他加固措施处理。由于波纹钢管涵属于柔性结构，过于刚性的支 承会使得管涵本身承载力降低， 因此管涵不能直接铺设在混凝土或岩石基床上，也要先按 要求进行换填。开挖中应严格避免超挖， 挖至标高的基坑不可以长时间暴露、浸泡，应及 时检测基坑相应的指标参数，达到要求后马上进行基础施工。 5.2.5 水泥砂砾垫层施工 波纹钢管涵采用半刚性水泥稳定砂粒基础， 能更好的适合波纹钢管均匀受力及地基可能 出现的沉降。 1 基础预拱度设置 波纹管设置的预拱度按抛物线形式设置， 其大小根据地基土可能出现的下沉量， 涵底 纵坡和填土高度等因素综合考虑。 第 3 页 共 14 页 4 2 水泥稳定砂粒垫层施工 1 基础采用水泥稳定砂粒，换填厚度根据当地冻土最大深度和地质条件确定。 2 换填料采用粒径小于 3cm 级配良好的砂砾，掺重量比为 5的水泥形成混合料。 3 采用采用机械进行充分均匀拌和，拌和时间一般应小于 45min，拌合后及时对混合 料进行水泥含量滴定试验，检测混合料是否拌和均匀，合格后可进行填筑。 4 拌和好的混合料采用自卸汽车直接运到涵洞基坑后人工配合装载机进行摊铺， 摊 铺厚度不大于 30cm 采取人工配合压路机的方式进行分层碾压，压实度不小于 95。整个拌 和、填筑及碾压时间应控制在水泥终凝时间之内。 5 水泥稳定砂粒垫层在涵管纵向预留 0.2～0.5的预拱度，预拱度在整个基础填筑 过程中逐层控制。 6 水泥稳定砂砾垫层分层碾压后，要进行必要的洒水养护，养护期间禁止机械行走， 避免扰动水泥稳定砂砾垫层的稳定性。 7 水泥稳定砂砾垫层压实度应逐层进行检测，压实度≥95。 8 气温低时，应采取必要的保温措施对水泥稳定砂粒基础垫层进行覆盖养生，防止在 初凝前受冻。覆盖物采用草帘等， 温度在零度以下或者雨雪天气时不允许进行施工。 5.2.6 管节安装 采取环向拼装与纵向拼装相结合的方法对波纹钢管涵进行施工， 加快了波纹钢管涵的拼 装进度（见图 5.2.6-1 和图 5.2.6-2）。 1 准备工作 检查管涵底部基础平整度、水平、标高；确定涵洞位置、中心轴线、中点。 2 拼装顺序 根据涵洞实际情况， 排放涵管。拼装时从一侧排放第一根管节， 使其管子中心和基础 纵向中心线平行， 同样把第二根管放置就位， 当两根管接头间相距 3cm ～ 5cm 的缝隙 时， 用小撬棍对准接头上的螺栓孔， 使其两根管接头