装配式箱涵在铁科高速公路工程中的应用_侯伟.pdf

NORTHERN ARCHITECTURE收稿日期：2022-06-15作者简介：侯伟（1985），男，山西省大同市人，工程师，从事高速公路施工方面工作。0引言装配式箱涵也被称为拼装式箱涵，是由钢筋混凝土预制而成的一种箱型构筑物，也是箱涵的一种快速施工工艺，具有标准化、集约化、规模化等特点，因此，该工艺目前主要用于要求施工进度快的工程项目中，尤其针对高速公路的建设，其应用更符合国家倡导的“绿色公路”发展理念和未来发展方向。1工程概况本项目地处我国北方，位于两省交界段的中心地带，为国家一级高速公路在建项目，GQ02 标段总长 35 km。项目在建期间，鉴于委托方施工周期短的要求，技术人员经过对比和分析，决定采用 3 种不同结构的箱涵予以辅助施工，并在施工场地内围设3 个拼装工作区，对不同形式结构的箱涵展开同步拼装作业。本次所用箱涵均为预制装配式，各箱涵两端提前预埋有橡胶止水带，利于加快工期进度和安全作业。工程中所应用的单构箱涵和四构箱涵设计参数分别见表 1表 2，箱涵构造见图 1。装配式箱涵在铁科高速公路工程中的应用侯伟（中交四公局第三工程有限公司，北京100000）摘要：本文以铁科高速公路工程为例，通过对装配式箱涵设计与施工的调研分析，结合装配式箱涵的施工工艺特点，对装配式箱涵施工准备进行了分析，就单构件及四构件装配式箱涵的吊装技术要点展开了详细的研究。提出了防水和台背回填的处理措施，为公路装配式箱涵工程逐步发展为模数化、标准化和工业化的模式提供技术支撑。关键词：高速公路；装配式；箱涵工艺；吊装作业中图分类号：U449.82文献标识码：A文章编号：2096-2118（2023）01-0010-04Application of Assembled Box Culvert in Tieke Expressway ProjectHOU Wei（CCCC Fourth Highway Third Engineering Co.，Ltd.，Beijing100000，China）Abstract：This paper takes Tieke Expressway project as an example，through the investigation and analysis of thedesign and construction of the assembled box culvert，combined with the construction process characteristics ofthe assembled box culvert，the construction preparation of the assembled box culvert is analyzed，and the keypoints of the lifting technology of the single-member and four-member assembled box culvert are studied in detail.The treatment measures of waterproofing and backfilling are put forward to provide technical support for themodular，standardized and industrialized mode of the highway prefabricated box culvert project.Keywords：expressway；fabricated；box culvert process；lifting job结构形式/m节段长/m吊重/tGQ01 标段用量/块GQ02 标段用量/块XTI-21.5314.9546849614.994336表 1单构箱涵设计参数北方建筑工程科技第 8 卷第 1 期 2023 年 2 月10NORTHERN ARCHITECTURE图 1箱涵构造图（cm）2预制装配式箱涵工艺优势分析2.1作业周期短常规的混凝土箱涵施工作业惯用现场浇筑的方式，或者是在临时搭建的工厂里借助离心或振捣的方式浇筑成型，随即整体运输至施工场地，上述方法均存在作业周期长、劳动强度大及效率低等问题，还会受到天气及现场条件等因素制约，会给周边地区的环境带来粉尘和有害气体污染，不仅施工质量无法得到保障，还会增加工程的资金投入，不利于降低成本，尤其是在后期吊装期间，受制于整体箱涵的运输困难和自身重量等局限条件，影响在建工程的作业安全和施工进度。为了解决以上问题，预制装配式箱涵工艺应运而生，该工艺具有结构合理、施工速度快等优势，市场应用前景广泛，其采用的大片预制混凝土板状构件形式，在后期的运输、吊装和拼装方面均便于操作，还可实现工厂化生产，在高速公路项目中具有重要作用。2.2稳固性能好普通的箱涵作业是借助现场绑扎钢筋、支模及浇筑混凝土的方式进行施工，受限于自然天气和周边环境，其稳固性随时可能发生变化。为保证预制装配式箱涵的排水性能，预制期间可在箱涵的两端预埋足够数量的橡胶止水带，再配以专业的钢筋焊接方式将各箱涵予以固定，控制各箱涵之间漏水的同时，增强了整体结构的稳定性。此外，预制工厂作为专业的现代化企业，在箱涵预制过程中应用科技手段对箱涵制作所用材料进行特定的配比和检测工作，能够确保一次成型的预制箱涵质量，便于作业现场拼装和直接使用。2.3耗材数量少箱涵预制期间，所应用的混凝土原材料需借助专业的机械设备+人工的方式同步开展。预制所用设备的先进性为后期箱涵的整体养护和病害修复作业提供了便利条件。此外，在相同的状态下，预制而成的箱涵混凝土强度等级可达到 C50 标准，相比普通的现浇箱涵混凝土强度值较高，所承受的压力值和汽车行走的荷载值与前者相比也更接近甚至超出预定的标准值，耗材少，节约特性明显。2.4对周边环境施工影响率不大高速公路项目涵盖分项作业种类繁多，在不同的施工阶段所应用的工艺也不同。本项目中，在道路基础和路面承载结构部位，特选用预制装配式箱涵技术辅助施工。所选箱涵全部由专业的预制厂统一制作，最终以成品形态运输至施工场地进行现场拼装和处理，避免现浇箱涵制作时造成环境污染和噪声、粉尘等现象的产生，便于后期路面的维护、保养工作及箱涵后期出现的内部病垢处理工作，同时简化了现浇箱涵工艺的复杂程序，有利于保证工期。2.5适用性广常规的箱涵是指洞身为钢筋混凝土箱型的管节涵洞，其自身由 1 个或多个方形、矩形断面拼装而成，通常情况下由钢筋混凝土或圬工制作而成，同时为实现施工进度快、工程质量佳、施工费用投入低等效果，预制装配式混凝土箱涵被广泛应用于地下人行通道、隧道及小型车库中，也适用于大型的高速公路建设中。预制装配式混凝土箱涵主要组成部分涵盖钢筋混凝土涵身、翼墙、基础及变形缝等构件，涵身为过渡涵节、非标准涵节及标准涵节结构形式/m节段长/m单件重/tGQ01 标段用量/块GQ02 标段用量/块顶板侧墙顶板侧墙顶板侧墙XTI-32.2311.76.32546387513.682.12.5448XTI-43317.08.4008016015.62.800918表 2四构箱涵设计参数2482002424242419615055555555第1期侯伟：装配式箱涵在铁科高速公路工程中的应用11NORTHERN ARCHITECTURE图 2装配式箱涵运输（图片来源：作者自摄）组合而成的整体闭合式钢筋混凝土框架结构。此次所用的预制装配式箱涵由预制厂提前制作，成型后运输至作业现场集中拼装。不同结构的预制箱涵选用不同的拼装制作方式，其中，单构件的箱涵依据实际情况运用了立式姿态制作，并在最后将其外模板调整为垂直 90方向，便于后期安装和吊运；四构件箱涵运用了卧式姿态制作，为提升各箱涵的整体稳定性能，将质量控制在 17 t 以内。在不同的预制区分别借助专业的机械设备以龙门吊的方式展开各分部构件的拼装工作，这期间箱涵与其他结构因摩擦和碰撞或接触产生的强度及刚度要以人工的方式随时观测，确保各参数值在规定范围之内，由此判定箱涵制作是否合格。3装配式箱涵施工技术应用解析3.1施工准备1）施工前应对地质条件、涵洞位置及标高开展全面调查。如果发现现场情况与设计图纸不符，应及早采取措施妥善解决，在确保没有问题的情况下开始组织施工。2）对构件预制场、养护区、成品堆放区进行合理安排，便于施工集约化管理。3）根据设计要求，结合地形、地貌特征，对施工便道进行合理部署。构件预制场选址与工区项目人员驻地、预制梁场均在主干道路左右，各临建、场站设施距离1 km，交通便利。4）在涵洞开挖前做好防水、排水措施。同时，调动施工人员的积极性，并配备相关机械设施，确保施工按计划进行。3.2基坑开挖及垫层施工基坑开挖是箱涵施工的关键环节，开挖前要查看地质资料，由测量人员设置基坑开口线的 4 个角桩，安排作业人员及时设置开口白灰线。开挖基坑时坡率采用 1:1 放坡开挖，并按结构物基坑宽度周边各加 50 cm，采用机械开挖。由于地下水的存在和雨季施工的影响，在基坑底一角处设置 1 个 50 cm50 cm 矩形集水井，井深 60 cm，集水井内积水用口径 50 mm100 mm、抽水量 7 m3/h300 m3/h、扬程 2m42 m、功率 0.75 kW 的潜水排污泵，将地下水汇集至排水沟内再排出坑外。为了确保边坡坡度在规定范围内，当开挖到边坡边界或设计基底标高30 cm 时，需进行人工修坡和找平处理，并检验地基承载力是否满足要求，合格后再进行砂砾垫层回填，垫层高度 2 m。按设计及规范要求进行分层夯填。3.3运输箱涵预制完成后，开展箱涵的运输工作。此项作业需工作人员依据现场的实际情况，借助专业的运输设备，按之前标记好的顺序依次完成（见图 2）。需要注意的是，在运输期间，对所吊运的预制箱涵要根据其自身的质量采取固定措施，确保其在运输过程中不会发生掉落、碰触及损伤的情况1-2。3.4拼装3.4.1试拼装在正式拼装预制箱涵之前，开展试拼装作业，通过试拼装调整现有预制箱涵的结构和位置，为后续的正式拼装提供有力的数据支撑及合理的拼装方案。3.4.2具体安装1）顶面处理。鉴于箱涵自身体积庞大、质量过重等因素，在拼装前要借助人工的方式检查预制箱涵的表面，确定箱涵的整体标高及平稳度，遇到偏差现象要因地制宜进行处理。2）设备安排。在吊运阶段，为确保各流程高效衔接，在实际吊装前期，工作人员要根据各箱涵的结构和质量配置相应的吊运设备，并检查该设备的工作状态，确保其使用正常，以提升吊运的施工安全性能。3）拼装处理。在吊运至指定位置后，工作人员检查每一个箱涵的构件及表面整体情况，如发现不合格情况要及时反馈和处理，同时，与预制厂核对构件数量。在起吊和拼装期间，随时监测箱涵的标高和扎实度，严格按照要求进行拼装处理。3.5单构件吊装连接单构件吊装就位后，在节段之间设置连接缝、沉降缝。涵身范围每 4 m6 m 设置 1 道沉降缝。连接缝北方建筑第8卷12NORTHERN ARCHITECTURE图 3单构件弯螺栓连接图 4四构件组合构造示意图与沉降缝相间设置，连接缝采用 LS1M25 弯螺栓连接（见图 3）。槽口用 M15 砂浆填塞密实、抹平。3.6四构件吊装3.6.1顶板、侧墙铰接四构件组合装配式箱涵包括：XTI-3 m2.2 m，XTI-4 m3 m。四构件组合结构下部以全现浇混凝土底板连接，上部顶板与侧墙两接头为肘形自由铰接。顶板吊装就位前于侧墙凹槽内涂设粘稠状态的M15 水泥砂浆，用以顶板就位时的铰缝自行填塞。四构件组合拼装顺序如下。1）精准放样，安装两边侧墙。2）安装顶板。顶板与两侧墙接头为肘形自由铰接，顶板吊装就位前于侧墙凹槽内涂设粘稠状态的M15 水泥砂浆，用以顶板就位时的铰缝自行填塞。3）现浇底板。浇筑底板混凝土时，应将两侧墙的与底板接触面混凝土浮浆凿掉、凿毛，以便于现浇底板实现良好接合。图 4 为四构件组合构造示意图。3.6.2节段连接预制节段，用连接缝及沉