公路工程大孔徑管型裝配式鋼筋混凝土涵洞 通道 公路工程大孔徑管型裝配式鋼筋混凝土涵洞 通道 施工工法施工工法 安徽水利開發股份有限公司 安徽省公路橋梁工程有限公司 侯帥 韋秀剛 艾思平 葉明林 吳先鋒 1 1 前言 當前 公路建設中涵洞 通道 施工大多采用現場澆筑砼方式 其弊端較多 如占用模板 支架等周轉材料周期長 施工質量不易控制 施工進度受地質條件 氣候影響大等 為此 我 公司工程技術人員相繼開展了涵洞 通道 裝配化的相關研究 2006 年以來 安徽水利開發股 份有限公司與相關單位合作 開發了大孔徑裝配式鋼筋混凝土管型涵洞 通道 施工技術 并 在北沿江高速公路馬鞍山至巢湖段等大量工程中進行應用 取得了顯著的經濟 社會效益 符 合工程建設領域向標準化 裝配化 工廠化 機械化施工方向發展的趨勢 我公司經總結 提煉 形成了大孔徑管型裝配式鋼筋混凝土涵洞 通道 施工工法 獲得 2011 年度安徽省級工法 工法編號 AHGF27 11 本工法應用混凝土構件的固定方法及專用緊固 件和大孔徑裝配式鋼筋混凝土涵洞構件申請了國家專利 其中大孔徑裝配式鋼筋混凝土涵洞構 件已得到國家專利局授權 專利授權號為 ZL 2013 2 0283683 7 混凝土構件的固定方法及專用 緊固件正處于實審階段 發明專利專利受理號為 201310152181 5 實用新型專利受理號為 201320223047 5 大孔徑裝配式鋼筋混凝土涵洞定型鋼模板正處于實審階段 專利受理號為 201320225188 0 工法關鍵技術于 2013 年 2 月 6 日通過安徽省住房和城鄉建設廳組織的科技鑒 定 技術水平達到國內領先水平 2 2 工法特點 2 0 1 采用工廠化現場集中預制構件 現場安裝方式替代了傳統的現場澆筑工藝 生產過程 構件質量易于控制 顯著提高構件內在質量和外觀質量 2 0 2 在施工現場采用汽車吊等機械作業 提高了機械化施工程度 從而提高了施工效率 節約了勞動力 2 0 3 裝配式管型涵洞 通道 施工受氣候影響較小 減少對路基施工的干擾 加快了整體 施工進度 2 0 4 各預制構件間采用規格 M25 強度等級為 5 8 級的專用緊固件進行環向和縱向連接 結構的整體性 牢固性得以加強 3 3 適用范圍 本工法適用于 1 5m 跨徑 8 0m 凈高 4 0m 以內 涵頂填土高度小于 11 0m 的三構件組 合涵洞 包括人機通道 過水涵洞 地下管道 地下通道 在公路 城市交通和地下工程建設 中具有廣泛的應用前景 4 4 工藝原理 裝配式管型涵洞 通道 采用三構件組合形式 采用統一規格的鋼筋混凝土標準節段 通 過工廠集中預制 養護 運至現場進行安裝 各預制構件間采用規格 M25 強度等級為 5 8 級 的專用緊固件進行環向和縱向連接 涵洞 通道 底板采用鋼筋混凝土現澆 使預制構件與底 板連接成整體 現澆底板達到設計強度后進行涵洞 通道 兩側臺背填土及頂部填土 從而形 成埋置于路堤或地下的通行 過水的管狀構造物 裝配式鋼筋混凝土管型通道示意圖如圖 4 1 所 示 圖 4 1 裝配式鋼筋混凝土管型通道示意圖 5 5 工藝流程及操作要點 5 1 構件預制 安裝施工工藝流程 圖 5 1 1 構件預制施工工藝流程圖 構件編號 登記 留置試塊 構件場內存放 模板拆除 灑水養護 構件運輸 蒸汽養護 混凝土澆筑 模板拼裝 模板進場檢查模板現場修整 定型模板研制 施工準備 鋼筋加工 安裝 圖 5 1 2 構件安裝施工工藝流程圖 5 2 預制施工操作要點 5 2 1 模板制作及安裝 1 模板制作采用三維空間體系對鉸接曲面以及專用緊固件的槽口進行準確下料加工 如圖 5 2 1 1 圖 5 2 1 2 所示 2 模板采用 臥式 定型鋼模 鋼模面板采用 8mm 10mm 厚鋼板制作 為方便使用 在模板 制作時 將預制構件絞縫處的端模與模板底座的連接設計成鉸鏈式連接 環縫處的側模采用整 體式可水平移動 水平移動幅度 50mm 100mm 式組合模板 模板間連接采用螺栓固定 模板安 裝過程只對模板上蓋進行安 拆 3 模板每次使用前都要仔細清除模板上粘附的灰塵 銹跡及水泥漿等雜物 底座模板面涂刷 脫模劑 上蓋模板面粘貼模板布 4 模板拼縫采用雙面膠帶黏貼 預埋件位置縫隙采取泡沫膠封堵 在泡沫膠固化初期將預埋 件周圍的泡沫膠壓實 壓平 砼墊層施工 安裝前準備 單側側墻安裝 側墻 頂板安裝 聯接狀態檢查 節段接縫處理 澆筑底板砼 臺背分層對稱回填 洞口整形銜接 檢查驗收 構件運輸 20 10 絞縫端模 撐角 上蓋分塊模板 模板固定支架 固定內模 鉸鏈 環縫側模 圖 5 2 1 1 側墻模板構造示意圖 固定內模 模板固定支架 上蓋分塊模板 20 10 絞縫端模 絞縫端模 鉸鏈鉸鏈 鉸鏈 鉸鏈 上蓋分塊模板 環縫側模 圖 5 2 1 2 頂板模板構造示意圖 5 2 2 鋼筋加工制作 1 鋼筋樣架加工 鋼筋樣架的結構形式與構件預制模板相同 采用鋼板與角鋼加工 制作好的樣架作為鋼筋 成型的平臺 根據設計鋼筋數量和間距 焊接高度 20mm 左右的縱橫向的定位鋼筋樁 2 鋼筋加工 鋼筋加工是在鋼筋加工棚內由數控鋼筋加工機床統一加工 加工后 根據不同的規格 型 號進行分類碼放 并做好標識 3 鋼筋骨架成型 預制構件骨架縱 橫向鋼筋安裝依靠樣架上定位樁綁扎成型 骨架縱橫筋 箍筋 架立筋 之間的連接采用二氧化碳氣體保護焊點焊連接 4 鋼筋骨架安裝 鋼筋加工實行流水作業 經檢驗合格后 鋼筋骨架由叉車運至預制區整體入模安放 5 2 3 混凝土澆筑及蒸養 1 混凝土拌和之前 對拌和樓及各種計量設備進行安裝調試及標定 以確保計量準確 2 混凝土澆筑由模板兩側最低處開始分層連續澆筑 砼澆筑前先安裝第一塊上蓋模板 之后 邊澆筑邊安裝 直至澆筑至頂面 頂面最高處 0 5m 寬度作為最終下料口和澆筑口 澆筑完畢后 人工抹平收光 3 混凝土振搗采用插入式振搗棒 振搗棒移動間距不超過其作用半徑的 1 5 倍 振搗上層混 凝土時振搗棒要插到下層混凝土中 50 100mm 以保證上下層混凝土的均勻 注意振搗時振搗棒 距離模板保持在 50 100mm 避免損傷模板 對每一振動部位 振動到砼密實為止 4 混凝土振搗時 尤其要避免碰撞抽拔管 造成預留孔移位或偏位 緊固砼構件的預留孔 采用抽拔管造孔 抽拔管安裝前在表面涂抹一層隔離劑再黏貼一層塑料薄膜 便于抽拔管順利 拔出 5 混凝土澆筑后采用蒸汽養生 養護棚為推拉伸縮式養護棚 充入蒸氣養護時 控制蒸氣溫 度 由低溫到高溫逐步升溫 溫度提升至 60 左右時保持恒溫 待混凝土達到構件設計強度的 70 時停止蒸養 可以拆模 5 2 4 成品構件的堆放與養生 1 構件拆模后立即進行編號 編號后由預制場內的龍門吊運至構件存放區分類放置 構件頂 板全部水平疊放 單件重 10t 以下的構件疊放不得超過 5 層 單件重 10t 以上的構件疊放不得 超過 3 層 構件側墻直立排列放置 2 構件成品堆放在存放區繼續養生 常溫下采用噴淋 冬季采用覆蓋保溫 每批構件保證 7 14d 的養生時間 5 3 現場安裝操作要點 5 3 1 混凝土墊層施工 1 涵洞通道基坑土方開挖后應進行地基承載力試驗 地基承載力符合要求后對基底進行夯實 然后進行混凝土墊層施工 地基承載力不符合要求應進行換填或其他方案處理 直至滿足規范 及設計要求 2 墊層應采用不低于 C20 混凝土澆筑 厚度不宜小于 0 1m 寬度不小于設計值 墊層施工 后應進行防水層施工 3 嚴控墊層施工的標高 平整度 坡度 側墻安裝位置的墊層平整度偏差不大于 3mm 5 3 2 安裝前準備 1 構件安裝前現場做好道路 臨時存放點及吊車的作業空間的布置 整平碾壓工作 2 安裝前根據涵洞設計尺寸在墊層混凝土頂面彈出側板底面內 外側安裝控制線 沿側墻底 部內側控制線在墊層上植入 16 20mmHPB235 鋼筋 作為構件就位的定位樁 每片側墻構件 的定位樁不小于 2 根 3 對墊層進行標高 坡度 平面尺寸和軸線進行復測 確保安裝準確無誤 5 3 3 構件運輸 1 預制構件混凝土強度達到設計強度的 90 時方可進行運輸 安裝 運輸采用大型平板車 在預制場內利用龍門吊或履帶吊車直接移運 裝車 2 構件在運輸過程中采用鋼絲繩捆綁 各構件接觸部位采用方木或木板隔離 緩沖 防止構 件在運輸過程中損傷 5 3 4 構件現場安裝 1 管節吊裝宜采用噸位滿足要求的汽車吊或履帶吊進行 側墻安裝采用厚度 10mm 1 2 水 泥砂漿坐漿安裝 先將一側側墻逐節全部安裝完畢 另一側側墻與頂板配對對應已安裝側墻進 行逐節安裝 并及時安裝環向專用緊固件 如圖 5 3 4 1 單側側墻安裝時 以側墻頂承插槽 口線為控制基準線 相鄰側墻承插槽口錯臺控制在 3mm 以內 單側側墻拼裝結束經檢查合格后 采用規格 M25 強度等級為 5 8 級的專用緊固件進行縱向連接固定 如圖 5 3 4 2 圖 5 3 4 1 專用緊固件環向連接示意圖 圖 5 3 4 2 專用緊固件縱向連接示意圖 2 側墻安裝就位時避免磕碰 沿定位樁緩慢徐徐下落完成就位 頂板就位時 先將其一端對 準一側已安裝的側墻承插槽口落入 如圖 5 3 4 3 頂板另一端與另一側已預先向外微調 30mm 側墻的承插槽口慢慢找正咬合就位 3 安裝就位后 各預制構件間立即采用規格 M25 強度等級為 5 8 級的專用緊固件進行環向 和縱向連接 使各預制構件間結合更加牢固 如圖 5 3 4 4 圖 5 3 4 3 側墻與頂板銜接構造圖 圖 5 3 4 4 專用緊固件環向 縱向連接示意圖 5 3 5 安裝縫處理 1 首先將環縫及縱縫采用瀝青麻絮填塞縫隙 為提高觀感質量 內側采用強度不小于 M10 砂 漿勾凹縫 外側 填土側 勾平縫 2 勾縫后 將縫隙兩側清理干凈 在涵洞外側 填土側 采用 0 3m 寬 SBS 改性瀝青防水卷 材沿縫隙粘貼 防水卷材接頭搭接長度應滿足設計及規范要求 5 3 6 底板混凝土澆筑等 1 側墻和頂板安裝并緊固完成后 對側墻底部與底板結合面進行打毛處理 開始底板鋼筋施 工 橫向鋼筋采用搭接焊連接 焊縫長度滿足單面焊不小于 10d 雙面焊不小于 5d 2 混凝土澆筑前需對墊層混凝土表面清洗干凈 混凝土采用與預制構件同強度的泵送混凝土 澆筑 混凝土由低處向高處進行澆筑 澆筑過程中需采取覆蓋或擦拭等措施防止混凝土濺槳對 側墻的污染 5 4 臺背回填 5 4 1 結構周邊回填應在底板混凝土強度達到設計規定的強度后進行 填土對稱分層壓實 壓實厚度不大于 0 15m 壓實度不小于 96 5 4 2 側墻外回填時 靠近側墻 1m 范圍內采用砂或碎石等透水性材料回填 振動夯夯實 5 4 3 涵洞頂面填土高度小于 0 5m 時嚴禁重型設備通過頂部 嚴禁堆放重物 6 材料設備 6 1 預制 安裝主要材料 6 1 1 水泥采用 P O42 5 級普通硅酸鹽水泥 石子宜采用顆粒形狀較好的 5 31 5mm 連續級 配石子 砂應選用潔凈的中粗砂 6 1 2 專用緊固件采用規格為 M25 強度等級 5 8 級 性能等級為 C 級別 采用鋅基鉻酸鹽 涂層防腐 專用緊固件弧度加工需滿足設計參數要求 6 1 3 現場安裝環縫及縱縫處理的水泥砂漿 瀝青麻絮及縫隙外側黏貼的 SBS 改性瀝青防水 卷材符合設計要求 6 1 4 鋼筋采用 HRB335 熱軋螺紋鋼 其各項指標均要符合國標要求 表 6 1 預制 安裝主要材料 序號材料名稱材料規格主要參數備 注 1 水泥 P O42 5 符合國標要求 2 鋼筋 HRB335 符合國標要求熱軋螺紋鋼 3 專用緊固件 M25 強度等級 5 8 級 性能等級為 C 級別鋅基鉻酸鹽涂層防腐 4 水泥砂漿 M10 稠度 5 7cm中粗砂 5 瀝青麻絮符合設計要求 6 SBS 改性瀝青防水卷材 型聚酯胎 PE 膜 鍍鋁膜 厚度 3mm適用環境 25 100 6 2 預制 安裝設備 器具需求 表 6 2 1 構件預制機械設備配置一覽表 序 號名 稱型 號用 途備 注 1 電焊機 D WF 200 鋼筋加工二氧化碳保護焊 2 彎弧機 WH 32 鋼筋加工用于專用緊固件制造 3 彎曲機 GW40 鋼筋加工 4 切斷機 QCX8 12 鋼筋加工 5 32 彎箍機 GF20 鋼筋加工 6 大型調直機HY2 60鋼筋加工 7 鋼筋骨架樣架每種規格構件鋼筋骨架定型 焊接根據模板數量配套 8 龍門吊20t 10t構件移 運根據最大起吊重量選取 9 龍門吊 5t 模板安拆 混凝土澆筑與大門吊同軌道布設 10 叉車 3t 鋼筋骨架轉場根據骨架重量選用 11 鍋爐4m3蒸汽養生根據模板數量選擇 12 定型鋼模板每種規格構件構件預制按每天周轉 1 次配置 表 6 2 2 裝配式管型涵洞現場安裝設備 器具一覽表 序 號名 稱數 量型 號用 途備 注 1 汽車吊 325t 安裝 構件裝 卸車根據構件重量和安裝距離選用 2 平板車 3 4 17mX3m 荷載 35t構件運輸根據運輸距離調整數量 3 千斤頂 210t 調整側墻頂口距離備用一個 5 圓木 2 直徑 20cm支撐頂板安裝時微調側墻 7 木梯 4 爬高 8 鋼卷尺 26m 測量 9 吊錘 1 側構件垂直度 10 扳手 2 螺母緊固電動 11 靠尺 3m 墊層找平 12 全站儀 1 索佳安裝控制線放樣 13 水準儀 1DS2 墊層高程測量 7 質量控制 7 1 施工過程中應執行下列規范及標準 公路橋涵施工技術規范 JTG T F50 2011 公路工程質量檢驗評定標準 JTG F80 1 2004 7 2 預制施工質量控制 7 2 1 預制構件的強度 幾何尺寸 鋼筋加工尺寸 保護層厚度 外觀質量需滿足表 7 3 2 及設計要求 7 2 2 預制構件蒸汽養生的溫度最高不得超過 80 養護的升 降溫速度需滿足 公路橋涵 施工技術規范 中關于蒸汽養生的相關規定 養護時應安排專人定時測溫并做好記錄 7 2 3 在混凝土澆筑前仔細檢查構件緊固預留孔抽拔管定位情況 防止在混凝土澆筑時出現 抽拔管轉動 位移導致預留孔位置不準確引起專用緊固件無法安裝 根據蒸養時的混凝土凝結 時間確定抽拔預留孔的合適時間 確保專用緊固件預留孔的孔道質量滿足設計要求 7 2 4 構件脫模時需滿足其強度達到設計值的 70 以上 施工過程中需通過總結養護溫度 養護時間 構件強度三者間的關系 從而確定構件脫模的最佳時間 7 2 5 為消除或減少構件外露面氣泡 對其上蓋模板采用粘貼模板布工藝處理 1 模板布黏貼前仔細將模板清除干凈 并將模板表面擦干 或采用吹風機吹干 2 噴膠應均勻 不宜過厚 防止膠水滲透到模板布中 影響模板布的排水效果 3 同一塊模板如須兩塊模板布搭接時 將模板布重疊 50mm 并在重疊中間位置割開 去掉 割下的部分 在搭接部位噴膠的用量要適當加大 確保拼縫平整 不漏漿 4 模板布黏貼完畢后檢查是否平整 是否存在褶皺和氣泡 如存在上述問題需及時處理 在 混凝土澆筑過程中 防止振搗棒及保護層墊塊碰撞模板布使模板布產生扭曲 5 模板布周轉次數不大于 3 次 6 側墻構件預制時由于撐角處模板構造原因 拆模時容易出現撐角處 掉角 施工時在撐 角處增加一道細鋼絲網片可有效避免此現象 7 3 現場安裝施工質量標準 7 3 1 裝配式涵洞基坑地基承載力應滿足設計要求 7 3 2 側墻安裝時采用吊錘檢查側墻頂與側墻底的豎直度 確保墻身與墊層豎直 7 3 3 底板墊層的尺寸 標高需滿足設計要求 底板墊層平整不應大于 3mm 相鄰板錯臺不 應大于 3mm 安裝環縫間隙不得大于 20mm 7 3 4 專用緊固件性能指標應滿足設計要求 表 7 3 1 加工鋼筋的允許偏差 項 目允許偏差 mm 受力鋼筋順長度方向加工后的全長 10 彎起鋼筋各部尺寸 20 箍筋 螺旋筋各部分尺寸 5 表 7 3 2 裝配式構件預制允許偏差 編 號項 目允許偏差 1 混凝土強度 MPa 不小于設計值 2 構件長度 mm 0 5 3 壁厚 mm 3 5 4 緊固件預埋孔軸線偏差 mm 5 表 7 3 3 裝配式構件安裝允許偏差 編 號項 目允許偏差 1 軸線偏位 mm 50 2 結構長度 mm 50 50 3 底面高程 mm 10 10 4 墊層寬度 厚度 mm 不小于設計值 5 內 外輪廓線形偏離設計線形 mm 20 20 5 相鄰節段內輪廓線錯口 mm 3 8 安全措施 8 0 1 現場臨時用電 吊裝 蒸汽養護應符合 施工現場臨時用電安全技術規程 JGJ46 2005 起重機械安全規程 GB6067 1 2010 蒸汽鍋爐安全技術監察規程 勞部發 1996 276 號的相關規定 8 0 2 施工現場電線電纜及蒸汽管道采用地溝敷設 蒸汽管道采用隔熱保溫材料包裹 蒸汽 閥門設置醒目警示標志 8 0 3 安裝前對運輸便道進行修整 消除坑洞 高坡 防止車輛行駛時產生較大晃動 對道 路轉彎半徑較小處增加便道寬度 以滿足車輛運輸要求 構件運輸前對運輸車輛 吊車 吊繩 吊具進行全面檢查 確保設備 器具的完好 8 0 4 吊裝作業由專人指揮 經常檢查 維護門吊的限位 限載裝置及配電系統確保設備的 完好性 8 0 5 構件在運輸過程中采用鋼絲繩捆綁 各構件接觸部位采用方木或木板隔離 緩沖 防 止構件在運輸過程中損傷 8 0 6 安裝現場場地必須保證車輛停放及吊車就位處的地面密實 平坦 地面需采用 18 21t 壓路機碾壓 壓實度不小于 90 8 0 7 構件吊裝時 吊車作業半徑內不得有作業人員逗留 在構件采用專用緊固件連接前 安裝作業人員不得停留在待安裝的管節內部 8 0 8 為確保構件安裝安全 每節頂板與兩側墻咬合就位 經檢查無誤后用專用緊固件實施 環向連接固定 8 0 9 為防止安裝后涵洞內部滲水 應確保各承插槽榫貫漿密實 8 0 10 吊車安裝駕駛員必須持證上崗 8 0 11 遇 6 級及以上大風或雨 雪天氣 停止構件安裝作業 9 環保措施 9 0 1 預制場地周圍設置環形排水溝 末端設置沉淀池 施工用水經沉淀處理后用于構件存 放區內構件的二次養護 9 0 2 施工區設置廢品存放池 鋼筋加工廢料回收利用 施工過程中控制噪音 9 0 3 預制場設專人清理道路 場地上的廢物 場地經常灑水保濕 防止揚塵 保持場地清 潔 9 0 4 預制場地選址需綜合考慮運輸的前提下 盡量遠離村鎮生活集中區 且選擇在村鎮下 風口 10 效益分析 10 0 1 經濟效益 以一通道長度 58m 通道凈空尺寸 4 0m 3 5m 兼排水 為例 對兩種方案進行經濟性比較 采用大孔徑裝配式鋼筋混凝土管型涵洞 通道 方案 通道長度 58m 通道凈空尺寸 4 0m 3 5m 兼排水 預制造價 604823 元 安裝造價 276476 元 總造價 881299 元 每延米工 程造價 15194 8 元 采用蓋板式通道方案 通道長度 58m 通道凈空尺寸 4 0m 3 5m 兼排水 總造價 1033077 元 每延米工程造價 17811 7 元 通過比較可知 大孔徑裝配式鋼筋混凝土管型涵洞 通道 相對蓋板式通道每延米綜合造 價可節約 15 左右 10 0 2 社會效益 裝配式大孔徑鋼筋混凝土管型涵洞 通道 采用工廠化集中預制 生產過程 生產質量易 于控制 實行流水作業 生產方式簡單 且結構內在質量和外觀質量都有較大的提高 管節安 裝需時短且可及時進行臺背回填 節省了施工時間 縮短了工程建設周期 采用裝配式鋼筋混凝土結構 蓋板式涵洞 通道 圬工體積大大降低 減少了對水泥 砂 石等材料的需求 減少了對自然環境的破壞 工廠化預制的方式 消除了現澆施工帶來的混凝 土原材料及建筑垃圾在現場廢棄 現場無需灑水養護 減少覆蓋薄膜引起的 白色 污染 本工法的形成對裝配式大孔徑鋼