葉志敏

（杭州長(zhǎng)虹路橋工程有限公司，浙江杭州 310000）

1 工程概況

仙居至慶元公路龍泉下莊兒至蘭頭段工程位于浙江省麗水市龍泉市，為一條山區(qū)公路，路線沿著緊水灘水庫(kù)北側(cè)山脈展線，路線全長(zhǎng)5.211km。項(xiàng)目按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路基寬12m。沿線共設(shè)置φ1.5m圓管涵10 道，圓管涵道數(shù)較多。

2 圓管涵施工工藝與施工方案

2.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備—測(cè)量放樣—基坑開(kāi)挖—地基處理—墊層施工—安裝模板—澆筑基礎(chǔ)混凝土—拆模養(yǎng)生—管節(jié)安裝—護(hù)管、防水處理—端墻支?！獫仓藟炷痢鹉ｐB(yǎng)生—圓管涵兩側(cè)夯實(shí)回填—圓管涵整體質(zhì)量檢查—其余圓管涵施工。

2.2 圓管涵施工方案

2.2.1 測(cè)量放樣

采用GPS，用坐標(biāo)法對(duì)圓管涵進(jìn)行具體定位，開(kāi)挖前放出開(kāi)挖邊線，具體開(kāi)挖高度，基礎(chǔ)寬度，涵洞進(jìn)出口軸線及進(jìn)出口八字墻等位置。

2.2.2 基礎(chǔ)開(kāi)挖及基礎(chǔ)處理

基坑的開(kāi)挖采用挖掘機(jī)和人工配合的方法進(jìn)行。挖掘機(jī)開(kāi)挖時(shí)，先預(yù)留基底10cm，留做人工整平在基底整平的過(guò)程中，隨時(shí)用水準(zhǔn)儀控制基底設(shè)計(jì)標(biāo)高?；娱_(kāi)挖好之后，必須對(duì)基坑進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的內(nèi)容包括：

（1）基坑的平面位置、尺寸和基底標(biāo)高。

（2）基底承載力是否滿足要求（圓管涵地基容許承載力不小于150kPa，用輕型觸探儀進(jìn)行檢測(cè)）。經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格之后，方可進(jìn)行基礎(chǔ)施工[1]。

2.2.3 墊層施工

經(jīng)工程師同意在已修整好的基底進(jìn)行鋪設(shè)砂墊層，墊層施工采用人工或人工配合機(jī)械的方式，砂礫墊層厚度不小于設(shè)計(jì)要求，并用平板振動(dòng)器或振動(dòng)打夯機(jī)進(jìn)行振實(shí)、找平，報(bào)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)。

2.2.4 管基施工

（1）根據(jù)涵洞基礎(chǔ)尺寸，將基坑底及兩側(cè)整理成型，支設(shè)管基模板。管基混凝土可分為兩次澆筑，先澆筑管底以下部分，此時(shí)應(yīng)注意預(yù)留管壁厚度及安放管節(jié)坐漿混凝土2～3cm；待安放管節(jié)后再澆筑管底以上部分，并保證新舊混凝土的結(jié)合以及管基混凝土與管壁的結(jié)合。第二次澆筑時(shí)管兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱澆筑，以防擠偏混凝土管?；A(chǔ)混凝土澆筑完成后要注意灑水養(yǎng)護(hù)。

（2）施工時(shí)注意涵洞全長(zhǎng)范圍內(nèi)，每4～6m 應(yīng)設(shè)置一道沉降縫，其沉降縫與涵洞中心線垂直。

2.2.5 管節(jié)安裝

（1）圓管涵管節(jié)委托周邊有資質(zhì)并經(jīng)監(jiān)理辦和業(yè)主同意的管涵廠家集中預(yù)制。管涵進(jìn)場(chǎng)后要認(rèn)真檢查其質(zhì)量，不允許有裂縫、掉角、蜂窩、露筋等質(zhì)量缺陷。對(duì)于質(zhì)量檢測(cè)不合格的管涵堅(jiān)決要求其退場(chǎng)。涵洞管節(jié)在運(yùn)輸、裝卸過(guò)程中，應(yīng)采取防碰措施，避免管節(jié)損壞[2]。

（2）管節(jié)安裝前應(yīng)放樣恢復(fù)涵洞中線，管節(jié)安裝時(shí)應(yīng)從一側(cè)開(kāi)始，用挖機(jī)或吊車吊裝到位，再用人工認(rèn)真準(zhǔn)確調(diào)整到設(shè)計(jì)位置。每節(jié)涵管應(yīng)緊貼于混凝土管基，若不能滿足要求時(shí)用砂漿找平，管節(jié)安設(shè)后，應(yīng)沉降縫位置準(zhǔn)確，軸線順直，內(nèi)壁平齊。

2.2.6 接縫及防水處理

（1）管節(jié)拼接，徑向成直線，縱橫方向高低差小于10cm，禁止加大接縫寬度來(lái)滿足涵長(zhǎng)的要求。

（2）管壁內(nèi)側(cè)接縫用1∶3 的水泥砂漿勾縫，勾縫前將勾縫處的管壁鑿毛、清洗，確保勾縫牢固，沉降縫用瀝青麻絮填塞保證不滲水。

（3）管節(jié)的防水處理，管節(jié)外表面涂熱瀝青兩層，接頭處為1∶3 水泥砂漿抹帶。采用套管式接頭的管節(jié)，對(duì)于A 型剛性接頭管節(jié)與管箍之間用M10 砂漿填塞，對(duì)于B 型變形縫接頭用瀝青或?yàn)r青麻絮填塞，管節(jié)斷面接頭空隙應(yīng)用瀝青麻絮填塞。

2.2.7 護(hù)管

將安裝完畢的圓管涵進(jìn)行固定，防止軸線偏移，護(hù)管時(shí)應(yīng)兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑。護(hù)管完成后進(jìn)行養(yǎng)生，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)才能進(jìn)行回填。

2.2.8 端墻支模及混凝土施工

端墻采用優(yōu)質(zhì)竹膠板或鋼模板，在管涵護(hù)管澆筑完成后，即可進(jìn)行支模，支模時(shí)要嚴(yán)格控制其位置，混凝土一次澆筑成型。

2.2.9 管涵回填

管涵兩側(cè)分層對(duì)稱回填，每層厚度按設(shè)計(jì)要求不得大于15cm。并應(yīng)盡量采用小型夯實(shí)機(jī)夯實(shí)，回填范圍內(nèi)的密實(shí)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。回填過(guò)程中要與圓管涵流水面同坡度，以防止雨水沿構(gòu)造物的外壁滲透，影響回填質(zhì)量，回填到圓管涵頂上50cm 以上，再使用重型壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。

2.2.10 施工注意事項(xiàng)

（1）進(jìn)出口，為排水通暢，可做適當(dāng)開(kāi)挖。

（2）錐坡鋪砌要在路基成型后進(jìn)行。

（3）建筑在軟土地基上的涵洞，涵底地基與路基處理處理方法相同，用宕渣換填，并與路基處理同步進(jìn)行。

（4）圓管涵吊裝時(shí)，注意小心謹(jǐn)慎，鋼絲繩與圓管接觸處，用軟布包裹，輕吊輕放。

（5）施工過(guò)程中，當(dāng)洞頂覆土厚度小于0.5m 時(shí)，嚴(yán)禁任何重型機(jī)械和車輛通行。

（6）涵洞必須提前進(jìn)行施工，確保涵洞兩側(cè)回填和路堤填筑同步進(jìn)行。兩側(cè)回填要對(duì)稱，防止出現(xiàn)單側(cè)偏壓，擠壓圓管，導(dǎo)致軸線偏移。

（7）洞口鋪砌要和路基排水邊溝順接，采用適宜的配套工程，使涵洞的進(jìn)出口形成綜合排水系統(tǒng)。

3 圓管涵實(shí)際應(yīng)用及開(kāi)裂分析

在山區(qū)公路建設(shè)中，圓管涵以自身的特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。首先其造價(jià)只有同比例蓋板涵的1/3，其次施工時(shí)間只有蓋板涵的1/4，施工簡(jiǎn)單快捷，能夠保證山區(qū)雨水來(lái)臨時(shí)，滿足過(guò)水要求，相鄰路基不被雨水浸泡，保證路基填筑施工質(zhì)量。

但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，建成后圓管涵大部分都存在不同程度的開(kāi)裂現(xiàn)象，有些嚴(yán)重的甚至整個(gè)圓管涵出現(xiàn)變形，圓形變成了橢圓，導(dǎo)致不能通過(guò)驗(yàn)收。如果是高填方，更換的代價(jià)巨大。

根據(jù)多個(gè)山區(qū)公路項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)分析，圓管涵產(chǎn)生裂縫的原因主要有三個(gè)方面。

3.1 圓管涵自身結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定

目前公路圓管涵的結(jié)構(gòu)大多采用如圖1（120o護(hù)管）所示，一般采用120o的護(hù)管基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)該圖的受力分析不難看出，對(duì)于側(cè)向推力限制不足的圓管涵，在上部荷載作用下，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在管頂和管底的內(nèi)壁處以及管涵兩側(cè)的外壁處。當(dāng)壓應(yīng)力過(guò)大時(shí)，管頂內(nèi)壁和管側(cè)外壁都將開(kāi)裂。

圖1 120o 護(hù)管

在實(shí)際施工過(guò)程中檢查發(fā)現(xiàn)，管涵裂縫發(fā)生部位與理論最大壓應(yīng)力區(qū)域也高度吻合。這樣的管涵設(shè)計(jì)，側(cè)向推力完全由涵背回填承擔(dān)，如果涵背回填質(zhì)量控制不嚴(yán)，不管是在高填方地段還是在低填方地段，裂縫產(chǎn)生是早晚的事，因?yàn)楦咛罘降囟瓮翂毫Υ?、低填方地段施工后期運(yùn)營(yíng)車輛的動(dòng)載荷較大，都將產(chǎn)生較大豎向壓力，所以圓管涵在這種情況下受力最差。

3.2 圓管涵涵背回填質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求

圓管涵臺(tái)背回填，設(shè)計(jì)圖紙中明確了相關(guān)要求，一是兩側(cè)對(duì)稱填筑，每層厚度不得大于15cm；二是壓實(shí)度達(dá)到96%，使用夯實(shí)機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，在管涵兩側(cè)施加對(duì)稱側(cè)向壓力，增加側(cè)向約束。

但是在實(shí)際施工過(guò)程中，很難做到這樣的臺(tái)背回填效果，主要原因有以下幾點(diǎn)：

3.2.1 由于圓管涵本身結(jié)構(gòu)單薄，在涵背回填壓實(shí)過(guò)程中，按照常規(guī)施工方法填筑，特別是山區(qū)道路填方回填料還是宕渣，使用大型壓路機(jī)壓實(shí)，尖銳的石頭，容易造成局部應(yīng)力的集中，管節(jié)開(kāi)裂。

3.2.2 返開(kāi)挖施工，即先行把路基統(tǒng)一填筑到一定高度，再行開(kāi)挖圓管涵基坑，一般開(kāi)挖基坑寬度只比管涵寬60～100cm，臺(tái)背回填的壓實(shí)質(zhì)量根本無(wú)法保證，涵管開(kāi)裂是必然的。

3.2.3 規(guī)范中有規(guī)定，涵洞頂上填土厚度必須大于0.5m，才允許機(jī)械通行，但在實(shí)際過(guò)程中，有時(shí)未達(dá)到這個(gè)高度，頂上重型運(yùn)渣車就可以通行，造成荷載未向兩邊傳遞，直接作用于涵管頂部，導(dǎo)致涵洞在填筑施工中出現(xiàn)開(kāi)裂。

3.3 涵管管節(jié)質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求

目前圓管涵多數(shù)為離心法生產(chǎn)，工藝制作特殊，一般都是委托專門單位定制生產(chǎn)，該生產(chǎn)工藝技術(shù)難度較大，容易出現(xiàn)離析。圓管涵管壁混凝土分層明顯，內(nèi)層為細(xì)集料，中層為中集料，外層為粗集料，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不均勻，特別是抗剪能力降低。

4 防治措施及實(shí)際工程中的應(yīng)用

4.1 改善圓管涵護(hù)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)以上圓管涵主要原因分析之后，如何改進(jìn)圓管涵受力結(jié)構(gòu)是當(dāng)務(wù)之急，改進(jìn)后的圓管受力應(yīng)充分發(fā)揮拱形物體受力特點(diǎn)。如果設(shè)計(jì)一個(gè)能充分增加側(cè)向約束的剛性基座，圓管上半部相當(dāng)于拱形結(jié)構(gòu)，如此一來(lái)可以大幅度降低圓管頂部的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，從而大幅度提高圓管承載能力。

針對(duì)圖2 的結(jié)構(gòu)形式，為充分知曉護(hù)管包封對(duì)圓管涵的影響，選取常規(guī)1.5m 的圓管涵為樣表分析對(duì)象，采用軟件Matlab，分別對(duì)其包封前后的受力情況進(jìn)行數(shù)值模擬和對(duì)比分析，如表1所示。

圖2 改進(jìn)后斷面形式

表1 選取說(shuō)明

建模時(shí)，參考規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)值，各類尺寸和參數(shù)按照如下情況直接或近視取值：

一是圓管涵及其他結(jié)構(gòu)尺寸參考設(shè)計(jì)圖紙對(duì)應(yīng)設(shè)置；

二是覆土厚度＜4m 以3m 代替，覆土厚度＞4m 以8m 代替；

三是覆土E=50MPa，C20 混凝土E=2550MPa，鋼筋混凝土E=30000MPa，砂礫墊層E=150MPa，底層土E=100MPa；

四是土泊松比0.3，混凝土泊松比0.2；

五是覆土容重取20kN/m3，考慮管涵上方為回填土，參考相關(guān)規(guī)范，荷載按照下式（1）取值：

式（1）中：Qv——垂直均布土壓力（kPa）；γ——回填土容重（kN/m3）；H——埋深（m）。

以下按方案對(duì)上述4 種工況圓管涵的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分類對(duì)比分析：

形成管涵的最大壓應(yīng)力、最大拉應(yīng)力和最大豎向位移3 項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)行整理，并分析前后兩種包封形式引起的指標(biāo)變化幅度，匯總形成表2。

表2 數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)對(duì)不同指標(biāo)在縱橫的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)圓管涵具有以下特征和現(xiàn)象：

一是應(yīng)力對(duì)比：覆土越深，管涵應(yīng)力值越大（開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)越高），壓應(yīng)力和拉應(yīng)力在護(hù)管之后均有不同程度的下降，且360o護(hù)管的應(yīng)力值下降幅度較180o的更大。

二是結(jié)論：對(duì)于回填土中的鋼筋混凝土圓管涵，埋深越大回填土引起的圓管涵各項(xiàng)應(yīng)力和豎向位移越大，開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)越大。護(hù)管混凝土一定程度能減少鋼筋混凝土圓管涵的應(yīng)力，且一般情況下，護(hù)管程度越大效果越明顯。因此，通常為保證不同埋深下圓管涵應(yīng)力處于安全范圍的較小值，埋深越深護(hù)管應(yīng)更充分。

4.2 加強(qiáng)圓管涵管節(jié)質(zhì)量控制

4.2.1 圓管涵廠家各單位一起考察，選出有能力、有資質(zhì)、設(shè)備先進(jìn)的廠家進(jìn)行定點(diǎn)委托生產(chǎn)。

4.2.2 嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行配筋，鋼筋間距、數(shù)量符合圖紙要求，并派相關(guān)人員到場(chǎng)監(jiān)督施工質(zhì)量。

4.2.3 圓管到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，隨機(jī)進(jìn)行破壞性檢查，如遇鋼筋數(shù)量、間距不符合要求的，進(jìn)行清退處理?，F(xiàn)場(chǎng)每根進(jìn)行混凝土強(qiáng)度回彈，并逐根仔細(xì)檢查有無(wú)細(xì)微裂縫及缺邊掉角的情況，有則進(jìn)行清場(chǎng)處理。

4.3 施工及實(shí)際應(yīng)用

如果按圖2所示的結(jié)構(gòu)形式修建圓管涵，圓管涵外側(cè)管壁包裹混凝土，側(cè)向約束絕大部分由剛性側(cè)墻承擔(dān)，180o包封填土頂面要注意用細(xì)粒土填筑，360o包封回填壓實(shí)無(wú)特殊要求，這樣一來(lái)雖然增加了護(hù)壁混凝土，但也減少了回填級(jí)配碎石等工程數(shù)量，加快了回填速度。但在施工過(guò)程中需要注意以下方面：

4.3.1 由于加大了基礎(chǔ)及側(cè)墻混凝土體積，整個(gè)圓管涵剛性更強(qiáng)，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求設(shè)置沉降縫，否則地基下沉過(guò)程中會(huì)發(fā)生不規(guī)則開(kāi)裂，影響涵管質(zhì)量。

4.3.2 對(duì)于180o包封圓管涵，側(cè)墻將受到水平推力，為了保證側(cè)墻和基礎(chǔ)的施工縫處結(jié)合緊密，在保證結(jié)合面清洗干凈和鑿毛的情況下，最好加點(diǎn)適當(dāng)?shù)倪B接鋼筋，確保連接成一個(gè)整體，頂部50cm 范圍內(nèi)要用細(xì)土進(jìn)行回填，起到保護(hù)管節(jié)的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，為了更好地保障圓管涵的施工質(zhì)量，必須要采取積極的應(yīng)對(duì)措施，本文中采取的護(hù)壁包封在實(shí)際工程中已取得相應(yīng)效果，希望能為山區(qū)公路圓管涵裂縫防治提供參考。