杭州绕城高速公路西复线X标段装配式盖板涵洞关键施工技术研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言装配式盖板涵洞施工主要是在已建成的高速公路盖板涵洞上铺设盖板，并将盖板预制件安装到桥墩顶端，达到涵洞面通行的目的。盖板涵洞施工流程简便且不需要进行压路机碾压和手工作业，具有节约材料、缩短工期、降低工程造价以及节约工程用地的特点，是一种绿色环保的道路交通构造方式1。针对盖板涵洞的关键施工技术，本文以杭州绕城高速公路西复线X标段装配式盖板涵洞的建设施工为例，对其方案设计与施工技术展开研究。1 装配式盖板涵洞结构设计涵洞的结构安全和良好的使用性能是交通线路安全运行的重要保障。在预制顶板、侧墙、中墙以及后浇水平支撑板等构件材料的设计中，主要采用C30 混凝土；而在现浇基础设计中，选用C25 混凝土。根据预制顶板、侧墙及基础内钢筋等的受力特性情况不同，还可以适当采用 HRB500（级）、HPB300（I 级）或HRB400（级）等型号。从涵洞的结构设计方面区分，主要从其构件设计和基础形式设计两部分开展。1.1 构件设计一般情况下，侧墙倒T形构件应设计成2 m宽为一节的形式，其高度的设计要能够保证所有施工环节中的结构物都能顺利通过，但不能超过5 m；而侧墙宽度应尽量薄一些，厚度一般在 0.250.3 m之间。在底座的尺寸设计中，一般将其厚度设置为 0.25 m，宽度为0.7 m。在盖板的尺寸设计中，要求其长度、宽度和厚度分别设置为跨径+0.6 m、l m以及0.4 m，同时要求牛腿尺寸也要结合配筋和刚度的要求进行合理匹配设置。在构件布置设计上还要考虑两个方面：一是平面设置形式可以分为涵洞正交及斜交两种，该布置形式需要控制好沉降缝的设置，要求其贯穿整个结构的横断面，以避免出现因沉降不均匀而造成的裂缝问题；二是纵向坡度设置形式可以直接将基础顶面设置成符合预制构件布置要求的平面，并在侧墙构建顶部和涵洞底板分别进行放坡及设置纵坡。1.2 基础形式设计涵洞基础设计根据地基土承载力的不同可以分为不同形式。一是整体式刚性基础，这种方式适合地基土质及承载力相对较差、涵洞填土较高的施工环境；二是整体式柔性基础，这种方式同样适用地基承载力相对较差、涵洞填土较高的施工环境。由于涵洞结构会对地基产生较大应力，只有运用整体式柔性基础才能够降低其承载力。三是分离式刚性基础，这种方式适用范围恰好与整体式刚性基础相反，主要用于地基承载力较高、涵洞填土较浅的施工环境。四是分离式柔性基础，这种方式适用于地基承载力及土质一般且涵洞填土较高的施工环境，通过增加底板面积并设置更多钢筋进行加固，从而保证了符合承载力的要求。杭州绕城高速公路西复线X标段的装配式盖板涵洞是由混凝土顶板、底板和两块侧墙构成，在其组装完成后，要求对其上、下端采取就地浇筑的方式进行。其中上端的两个接头以铰接的方式连接以形成整体2，涵洞主体结构横断面结构如图1所示。将涵洞简化成平面应变模式，通过连接顶板节点和两个侧墙点，形成一个节点三角形网格单元，再根据涵道与斜坡之间的摩擦效应，设计了一种接触装置。在涵洞主体横断面底部，应用有限元方法模拟了连接基岩，并应用水平收稿日期：2022-11-15作者简介：方树君（1982），男，浙江兰溪人，高级工程师，研究方向为公路工程。杭州绕城高速公路西复线X标段装配式盖板涵洞关键施工技术研究方树君（浙江交投高速公路建设管理有限公司，浙江 杭州 310024）摘要：以杭州绕城高速公路西复线X标段为例构建装配式盖板涵结构，利用固定约束模拟单元，通过基础边线布置、路面压实处理、涵洞基础处理、钢筋加工、涵洞台帽施工以及盖板施工等工艺措施，实现了对装配式盖板涵洞的关键施工。可为同类工程提供参考。关键词：装配式盖板；涵洞施工；底板受力；施工技术中图分类号：U449.5文献标识码：A115总651期2023年第21期（7月 下）横向限制法构造了组合型箱涵3。图1 涵洞主体结构横断面2 装配式盖板涵洞关键施工工艺2.1 基坑开挖与边线布置涵洞基坑采用人工配合机械的形式进行开挖处理。机械开挖至接近设计标高20 cm以上时，换用人工开挖的形式对基坑进行找平处理。基坑开挖时应注意地基边坡的稳定性，地基承载力检验采用重型击实法进行检测，边坡一般采用10.7511.25的坡比进行放坡，基坑开挖完成经检验合格后方可进行下道工序的施工。在涵洞基坑开挖至设计标高后，测量人员放出涵洞中心。要组织技术人员布置地基侧线，并多次复核涵洞走向，在桩位上用石灰铺设地基等高线，同时对地基四角进行勘查测量4。工程的开挖深度要严格按照设计的标高参数实施，开挖时还要适当扩大地基面积。2.2 路面压实处理对于水平开挖交界处的涵洞工程，施工中要在填筑的一侧进行压实，防止因承载力不足而造成沉降等问题。在有条件的情况下，可以采用冲击压路机进行碾压，确保地基自身强度满足工程要求5。基坑工程竣工后要进行全面检查并验收，合格后再按要求进行路基的浇筑等后续工作，防止混凝土因长期裸露而影响承载力。基坑开挖施工中要将坡度控制在10.5的数值范围内，防止因坡度过陡导致基坑发生崩塌。基坑上部开挖到下端基坑底部之前，要预留2030 cm的空隙距离，便于后续人工找平时预留出基础。在开挖到置换层底部后要在合适位置开挖蓄水池并及时将积水从基坑内排出，在进行地基置换后还要对地基的承载力进行数据测值，保证基体的承载力能够达到标准承受值。2.3 涵洞基础处理涵洞地基的施工必须严格按设计要求及设计图纸进行，杭州绕城高速公路西复线X标段工程的涵洞地基及涵洞自身没有提前进行加固处理，因此，为了从根本确保工程的施工质量和板涵的稳定性，必须在浇筑前预先埋设16 mm的连接钢筋，一般每隔15 cm排成一列并与钢筋连接，确保地基与墙体的紧密度能够达到有效埋设深度。2.4 钢筋加工由于涵洞台埋设地基底板钢筋会给侧墙底端及地基产生水平推力，因此涵洞台埋设地基底板的深度不能太低，必须在埋设部位计算截面抗压强度，其公式为：P=P0 S（1）式（1）中：P0为钢筋的轴向压缩强度初值；S为涵管的每根凸起面积。设总压强为P，凸出部分的抗压安全系数可以用表示，以达到正截面的抗压强度，部位抗压安全系数计算公式为：=PP（2）基础底板凸起钢筋部位沿垂直方向的剪切比，计算公式为：=lh（3）式（3）中：l为集中载荷作用在支梁上的最短距离；h为截面有效高度。当 1时，基础底板凸起位置可能发生倾斜。根据设计尺寸和形状，所有的钢筋框架都应在车架上加工完成，待验收合格后再整体吊装模板，要确保钢筋的标准趋于一致，便于有效控制钢筋布置的间距和位置。为保证钢筋位置的均匀性，应选用环形辊子垫片取代梅花式垫片，钢筋骨架要由支承钢筋进行搭接，层间要用架空钢筋进行焊接，同一层钢筋与模板需要采取点焊工艺进行焊接，防止由于振捣引起的钢筋侧向偏移问题，保证保护层达到标准厚度。2.5 涵洞台帽施工高速公路装配式盖板涵洞桥梁顶板施工以组合型塑料钢板为主，不会采用竹片。在采用成套型钢模板时，必须确保其保持菱角线条的伸长模式，其中钢模的长度要求与桥台的高度匹配。在对桥体的强化工程作业中，应根据现场实际将拉杆焊在其对应的墙体之上，保证涵洞墙与桥台盖混凝土的整体结合，防止墙体和桥台之间产生水平裂缝问题。2.6 盖板施工盖板施工过程中要充分利用已浇筑好的路基作为施工平台，并适时对其进行加固处理。冲切时可以选用长度小于50%的材料，用绳索将其捆绑。为保证保护层厚度符合标准，要在钢筋与模板间设置同等强度的水泥灰浆。施工完成后，监理工程师应立即进行检验确认，符合要求后方可进行混凝土浇筑。本项目以C30混凝土为主，盖板采取集中预制方式，要处理涵洞地下水位偏低的问题，回填式涵洞的浇筑应在覆盖层基础上进行，涵管强度必须大于设计强度的80%，以确保后续开展防水作业。3 试验分析3.1 试验工程概况绕城高速西复线是杭州城市经济圈中的一条重要线116交通世界TRANSPOWORLD路，该线路设计为双向六车道，全长约149 km。其中，X标段是杭州绕城高速公路西复线一项应用预制涵洞施工技术的重要工程，本工程的主线上规划了预制涵洞的通道。采用此项技术可实现传统的现浇涵洞工程的工业化生产，解决了施工现场分布较分散、施工水平参差不齐等问题。杭州绕城高速公路西复线X标段目前正积极探索集中式预制拼装涵洞施工方法。3.2 实际统计数据分析自2021年以来，工程师在装配式盖板涵洞上分别设置两个监测点，监测时间为 2021 年 5 月9 月以及2021年10月2022年2月，用以监测盖板涵洞垂直沉降的累积量，其监测结果如表1所示。表1 实际监测数据统计结果单位：mm监测时间2021年5月1日2021年6月1日2021年7月1日2021年8月1日2021年9月1日2021年10月1日2021年11月1日2021年12月1日2022年1月1日2022年2月1日监测点125914171818191919监测点213610151819192020由表1可知，在2021年5月9月期间，垂直沉降累积量因为受到潮湿天气和雨水等多种因素的影响，其沉降速度较快；而在2021年10月2022年2月期间，其垂直沉降累积量处于一种冷缩状态，几乎没有发生沉降。3.3 试验结果与分析根据上述实际统计数据，使用研究的施工技术分析两个监测点的垂直沉降累积量，分析结果如图2所示。图2 所研究技术垂直沉降累积量图2中标记数据的时间都与表1的数据不一致，其最大误差为2 mm，不会对整体监测结果产生影响，因此，使用该技术能够有效控制垂直沉降累积量的问题。为进一步验证此技术能够保持装配式盖板涵洞稳定，分析钢筋加工变化稳定系数，其稳定系数取值范围一般为01，其中0为最不稳定，1为最稳定，基于此得到的分析结果如表2所示。表2 所研究技术钢筋加工变化稳定系数分析监测时间2021年5月1日2021年6月1日2021年7月1日2021年8月1日2021年9月1日2021年10月1日2021年11月1日2021年12月1日2022年1月1日2022年2月1日监测点10.850.870.890.900.930.951111监测点20.880.900.920.930.950.981111由表2可知，使用该施工技术下的钢筋加工变化稳定系数最低为0.85，最高为1，说明使用该技术下的钢筋加工变化趋势稳定，由此也证明了其对装配式盖板涵洞施工的稳定性。4 结束语本文通过研究分析杭州绕城高速公路西复线X标段装配式盖板涵洞的施工技术及安装工艺。与传统工艺方法相比，装配式盖板涵洞的建设施工质量更加可控，其构件采取工厂化预制生产，减少了盖板涵洞现场施工作业的时间，既缩短了工程总体工期，还降低了工程成本，可为同类型道路或桥隧工程建设提供参考。参考文献：1 刘剑.基于GIS的山区公路涵洞设计流量仿真计算研究J.公路，2021，66（5）：195-199.2 陶庆东，何兆益，贾颖.结构参数与填料特性对盖板涵洞土涵作用影响J.地下空间与工程学报，2021，17（2）：468-478.3 黄明溪，李自坤，李连生，等.超大直径覆塑热镀锌钢波纹管通道涵施工技术J.筑路机械与施工机械化，2020，37（9）：35-39，75.4 范鹤，庞垚.上埋式高填土涵洞模型地基应力分布数值模拟分析J.沈阳工业大学学报，2020，42（1）：103-108.5 李建平，汤恺.盾构正穿灰岩区上软下硬层高速涵洞桩基加固技术J.隧道建设（中英文），2021，41（S2）：533-541.垂直沉降累积量/mm117