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钢波纹管在公路工程中应用

2020-12-24 15:08 来源:公路工程论文 人参与在线咨询

摘要:钢波纹管涵凭借施工速度快,环境效益等优势,越来越多地在公路涵洞和通道建设中得到应用。结合顺邵高速公路钢波纹管涵应用实例,分析钢波纹管涵相对于传统结构涵洞的优、缺点和适用情况,总结钢波纹管涵施工工艺和质量控制要点,为后续钢波纹管在我市公路工程中的应用提供经验。

关键词:钢波纹管;施工工艺;优劣分析

1工程概况

顺邵高速公路顺昌互通,桩号CK0+130处,需设置一道过水涵,原设计采用5×5m的盖板涵,涵长27.4m。后设计变更为钢波纹管涵,钢波纹管采用标准化设计,工厂专业化集中生产,现场拼装。钢波纹管型号ZYHF-550-5.5,直径5.5m,壁厚5.5mm,波高64mm,波距230mm。管身采用Q235热轧钢板,钢板表面采用热浸镀锌处理,镀锌量不小于600g/m2,平均厚度不小于64μm。拼装管材每节长1.05m,每节分6片,片材之间采用M20,8.8级强度螺栓连接[1]。板片之间用泡沫密封垫密封。立面图及截面图如图1所示。

2施工技术和工艺要求

2.1工艺流程。材料设备就位→测量放样→基坑开挖→基底及砂垫层→管身安装→密封及防腐处理→回填→进出口处理。钢波纹管涵施工过程中材料设备就位,测量放样,基坑开挖,进出口处理几个阶段的施工工艺要求和盖板涵基本一致,本文不再赘述。钢波纹管涵施工在基底处理、管身安装、防腐、回填方面工艺有所不同,在此着重介绍工艺要点。

2.2基底及砂垫层。钢波纹管无须设置混凝土基础。基础采用80cm厚砂砾层,用装载机粗平,人工配合精平,分层铺设、分层压实,每层填料的虚铺厚度控制在25cm以下,用自重20t的振动压路机碾压密实。砂砾面层铺10cm厚的级配良好的粗砂。

2.3管身安装。(1)安装前,检查核对所需配件是否齐全;所用设备,工具是否齐全并状态良好;检验需安装的管节长度,直径是否符合设计要求;核对管底标高,中心轴线等。(2)底板拼装:以中心轴线中点为基准,第一张波纹板定位,以此为起点向两侧延伸,直至两端。(3)环向拼装:由下向上顺次拼装。搭接部分上板覆盖下板,搭接长度120mm,连接孔对正后,螺栓由内向外插入孔位,然后安装垫圈、螺母,预紧螺母。(4)纵向拼装:两节管节之间的拼装,上游管节的端头应放置在下游管节的内侧,不得反置。前后管节间的搭接50mm。前后管节的环向搭接缝必须要错缝设置,要避免纵向形成拼装通缝。接缝效果图见图2。(5)圆周向拼装满3片波纹板时,要测定1次截面形状,进行位置校正,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,拼装顶部板片。(6)拼装全部完成,检查线形,用定扭汽动扳手,按预紧力扭矩340±70N·m紧固所有螺栓,依次序,不得遗漏,紧固后底螺栓用红漆标示。所有螺栓(包括纵向和环向接缝)应在回填之前拧紧,保证波纹的重叠部分紧密地嵌套在一起。

2.4密封及防腐处理。接缝及螺栓连接位置放置密封垫和喷涂PVC泡沫密封胶。整个管身拼装完毕后,在管的内外壁均匀涂刷防腐乳化沥青2遍,厚度达0.4~0.5mm。

2.5回填。管底两侧楔形部位的填筑采用粗沙“水密法”振荡器密实。两侧的部位回填采用级配良好的级配碎石(最大粒径不超过3cm),用小型夯实机械斜向夯实。填筑时应分层填筑、分层压实,两侧同步对称进行,高差不得大于30cm。管顶填土厚度小于50cm时,不允许施工机械通行。控制填土完毕后涵洞形状与组装时的形状最大不超过±2%。

3钢波纹管涵工艺的特殊性及注意事项

拼装式钢波纹管涵与钢筋混凝土管涵最大的不同就是涵身材料的不同,因为是拼装式,其拼装的严密性,抗渗漏要求成为控制要点。

3.1原材料的质量把关。所用钢材其尺寸,外形、重量、厚度及允许偏差应符合GB/T2518的规定,抗拉强度不小于350MPa;所用高强螺栓,螺母应符合相关规定;镀锌厚度,密封材料的质量均应符合设计要求。材料进场时应严格把关,要求生产厂家提供出厂合格证,检验合格证等。

3.2施工注意事项。(1)管片在搬运,安装时不得滚动,碰撞,防止损坏。(2)拼装前要严格检查基底压实情况。拼装时,搭接孔位应对准,严禁强行敲打螺栓落位,螺栓紧固后,外漏丝扣不应少于2扣,不大于3cm。密封材料应嵌缝牢固,密实。环向拼装完成要检测截面变形量,以便及时调整。检测项目见表1。(3)在回填之前,随机抽取纵向接缝2%的螺栓,使用定扭扳手,以340±70N·m扭矩进行抽检,如果有任意实验值超过了给定值,则抽检比例加大至5%。如果上述试验90%以上合格,则认为安装质量合格。否则应重新复合设计,以确定得到的扭矩值是否满足要求。回填过程中亦要密切检测管道变形情况,保证管道线形符合要求。

3.3特殊处理。(1)钢管管身与连接螺栓等均须做防腐处理。现场施工时如导致局部防腐涂层出现损坏,应及时采取补救措施,如增加涂层。(2)在内外层分别涂抹乳化沥青两遍,防止管内水渗入基底和路基的水渗入管内,影响耐久性,而且要在沥青晾干后,方可进行回填作业。(3)如地下水位高于涵底标高,应采取锚固设施防止管涵因浮力影响在回填中上浮。(4)波纹钢管涵的涵底纵坡大于5%时,应采用必要的防滑移措施。

4优劣总结

在施工完成后,我们对钢波纹管涵与盖板涵两个方案进行比较,结果总结如下。

4.1钢波纹管涵的优点。(1)适用性强。《公路钢波纹管涵洞技术规范》DB61T中提到,公路波纹钢管(板)涵洞适用地基条件广泛,一般涵洞处均可设置公路波纹钢管(板)涵洞。下列情况宜优先考虑钢波纹管涵[2]:①承载力低,会有较大沉降与变形的地基;②地形条件复杂地区;③工期较紧,不能满足钢筋混凝土涵洞或圬工涵洞施工要求的,更能适用。由此可以看出,钢波纹管涵对地基的适用性更广。而且从材料上来说钢波纹管是柔性结构,钢材抗拉强度大,其特有的波纹构造使其抗压强度较同管径的钢筋混凝土管大,可以有效避免因不均匀沉降造成的上部构造物破坏,同时又可以有效减少管涵自身因不均匀沉降产生的开裂问题。施工过程中无需设置沉降缝,可以很好的适应地基的沉降和变形而不破坏。同时钢波纹管经过专业化化生产,表面热浸镀锌,安装完成后又涂抹沥青,没有混凝土开裂病害,使其可以达到一个很好的使用寿命。钢波纹管涵比同等跨径的钢筋混凝土结构或圬工结构涵洞综合适用性更强。(2)施工速度快,节约工期。钢波纹管涵的主要工程量是管节的拼装,减少了大量混凝土浇筑,养护等时间。就本项目而言,若采用盖板涵,需要浇筑各类混凝土总量约569.8m3,计划工期是65d,而采用钢波纹管涵,需要拼接管节28节,共168片,实际工期31d完成,可节约工期一半。(3)节约造价。本项目采用盖板涵总造价67.2万元,平均约24500元/m,实际钢波纹管涵价格约60万元,平均约22000元/m,节约造价约10%。有其他地区的施工经验,钢波纹管涵在管径2.5m以下时,钢波纹管涵与圬工结构管涵在造价上基本持平;管径大于2.5m时,钢波纹管涵的造价比圬工结构的涵洞会低10%~30%。本项目实践经验与其他地区的经验吻合。(4)行车舒适度高。钢波纹管涵台背回填填土宽度是渐变式的,加之其特有的波纹结构,可以有效减少台背沉降,能够使“错台跳车”的现象得到有效的改善,从而使行车的舒适度和安全性得到有效的提高。(5)节能环保,社会效益高。钢波纹管涵无需用到大量的沙石,水泥等材料,减少了对环境的破坏,也减少了建筑垃圾的产生,是一种更为环保的材料[3]。

4.2钢波纹管涵的缺点。(1)钢材制品,其耐腐蚀,耐火性能较差。(2)用钢量大,其价格可能受到市场波动影响大。

5维养注意事项

由钢板制成的钢波纹管具有耐腐蚀性差,耐火性差的缺点,使其会发生锈蚀,腐蚀,变形等病害。因此维护时要注意:①定期检查其外表变形、异常、防护层脱落,锈蚀等情况,发现异常及时采取措施;②禁止在钢波纹管涵区域10m内钻探施工以及打桩、强夯、挖土等操作;③严禁在钢波纹涵内有任何切割,开口等破坏整体性的行为。

6结语

鉴于钢波纹管涵在节约工期,造价,环保等方面的优势,项目公司将尚未施工的YK1+231,DK0+716.5,DK0+454.5处共3道管涵,均变更成钢波纹管涵。顺邵项目钢波纹管涵洞已运营2年,涵洞的使用情况良好,运营养护单位反馈钢波纹管涵养护维护费用低,耐久性好。由于我市地处山区,石料资源丰富,传统圬工材料的涵洞使用率仍占绝大部分,相信随着对钢波纹管材料优势的认识,对该种结构物的耐久性的认可,钢波纹管涵在我市公路行业将有更广阔的应用前景。

参考文献

[1]JTT791-2010,公路涵洞通道用波纹钢管(板)[S].

[2]DB61T,公路钢波纹管涵洞技术规范[S].

[3]毛鹏飞.钢波纹管涵在南方高速上的应用[J].公路交通科技:应用技术版,2020,16(2):36-37.

作者:郑明 单位:南平市高速公路有限责任公司

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