0 引言

　　波形钢管涵又叫钢波纹管涵，常用于公路、铁路、水运管道施工。对于钢波纹管涵的施工，李健等对连接波纹钢片的螺栓垫片进行了改进，从而提高波纹钢片之间的密贴性，这对波形钢管涵的防漏有一定益处;杨志明结合工程实例浅谈钢波纹管涵的施工技术，并提出相关建议;安静洁结合实际施工对钢波纹管涵的施工工艺和技术要求进行了探讨;宋继峰以实际工程为例，就钢波纹管涵施工工艺控制以及质量检验评定标准进行了详细论述，并对比分析了钢波纹管涵的适用性及优缺点;冀玉魁探讨分析了钢波纹管涵施工的常见问题，并提出了质量管理对策。目前钢波纹管涵施工在工程实践中取得较多经验，而对波形钢管涵段路基防沉降施工技术的研究较少，因此，为保证钢波纹管涵两侧填土压实度，从源头上降低波形钢管涵段路基沉降病害的发生率尤为重要。

　　1 工程概况

　　北山(蒙甘界)—仙米寺(甘青界)一级公路既是国家公路网规划中的G569线(曼德拉—大通公路)，其部分也是甘肃省高速公路网规划的S55线以及规划的武威市绕城一级公路的组成部分。本项目施工一标为K58—K118段，路线总体基本呈南北走向，主线全长107.482km。全线共设计有221座钢波纹管涵，涵洞长度约为7 000m。

　　波纹管为圆形整体管，采用整管节拼装，法兰螺栓连接，洞口形式采用八字式，其构造和波形大样如图1～3所示，参数如表1所示。

　　

　　图1 波形钢管涵布置(单位:cm) 

　　 

　　

　　图2 整体波纹管节一般构造  

　　 

　　

　　图3 波纹管波形大样  

　　 

　　  

　　表1 整体波纹钢管参数 

　　 

　　 

　　

　　表1 整体波纹钢管参数

　　2 传统工艺控制难点

　　传统路基管涵施工步骤为:(1)测、放轴线并开挖基坑;(2)基底换填压实处理;(3)安装管节，洞口施工;(4)分层填筑。

　　按传统工艺，钢波纹管涵施工前，路基填筑时需分层预留台阶，预留钢波纹管涵的位置，待钢波纹管涵安装完成后分层进行涵背回填，从而形成完整的路基断面。该种方法虽简单便捷，但后期涵背回填工程量较大，管涵周围无法有效压实(压实盲区如图4所示)，易造成路基后期沉降病害，并且在碾压时，由于两侧土压力作用，易致使圆管“上浮”或“移位”，导致管底实际标高高出设计标高，管涵中心线偏出设计中心线。所以在实际施工过程中，不能使用大功率碾压设备，而小功率碾压设备由于功率不足难以达到压实效果，在施工时很难找到平衡点。

　　本项目路基线路长，钢波纹管数量多，钢波纹管涵涵侧路基施工难度大，管底楔形区域工作面狭小，难以压实，常规施工方法导致管底楔形区域虚空无法有效夯实，当涵背两侧路基压实度不足时，易造成不均匀沉降，后期运营后的维护保养成本较高。

　　

　　图4 管涵压实盲区示意  

　　 

　　3 路基防沉降施工工艺

　　3.1 工艺原理

　　针对传统工艺施工过程中的困难，并结合本工程路基线路长、钢波纹管数量多等特点，提出一种“反开挖”施工工艺，即先整体将路基填筑至管涵高度一半以上→确定管涵位置→开槽→安放钢波纹管→涵背回填。该工艺与传统工艺对比如表2所示。

　　  

　　表2 工艺对比 

　　 

　　 

　　

　　表2 工艺对比

　　“反开挖”工艺使用普通挖掘机开挖时，成槽为矩形且必须留设必要的工作宽度，管涵周围尤其管底位置仍无法有效压实，管涵周围施工后沉降依然未解决。在G569北仙高速公路项目路基施工中，面对大量的钢波纹管涵施工，为保证路基质量，经多次尝试后，将“反开挖”施工工艺进一步优化，利用特制挖斗进行反开挖，使开挖出的沟槽完美贴合管壁，最后经过注浆填隙，加固管壁周围，实现钢波纹管施工，达到路基一体成型，从源头遏制钢波纹管涵处路基病害。沟槽辅助开挖挖斗如图5所示，开挖弧形沟槽如图6所示。

　　3.2 工艺流程

　　优化后的施工工艺具体流程为:测量放样→基础开挖→基底换填→基坑回填(与相邻路基同步填)→压路机终压→二次放样→沟槽开挖→波纹管安装，管涵附属施工→管底基础注浆→涵侧路基填筑→质量验收。

　　

　　图5 沟槽辅助开挖挖斗与装置  

　　 

　　

　　图6 开挖弧形沟槽示意  

　　 

　　3.3 主要施工方法

　　1)测量放样根据图纸放出波纹管基坑(含涵背回填部位)开挖部位，撒上白灰线。

　　2)基础开挖按白灰线撒出的位置开挖，挖至设计标高处进行基底处理，注意基坑四周设置排水沟，以防止雨水浸泡基坑。

　　3)基底换填采用级配良好的粗砂分层填筑，碾压夯实。预计地基有一定沉降的情况，考虑到水流的要求和结构的整体性，应设置基础的纵向预拱。基础在涵管纵向预拱度一般为0.5%～1%。

　　4)涵背回填基础换填经检验合格后方可施工涵背回填，涵背回填需级配良好的路基填料，填筑与管涵两侧相邻路基同步进行。为保证涵洞涵背回填部位压实度，涵洞周边填筑材料使用涵背回填材料填筑，填土至管涵中部标高位置。

　　5)二次放样用全站仪放出波纹管的中心轴线位置及管涵开挖位置，撒上白灰线。

　　6)沟槽开挖使用挖斗经改装后的挖掘机进行“反开挖”施工，用挖斗上的限位卡槽进行标高控制。

　　7)波纹管安装波纹管安装以中心轴线为基准向两侧延伸，轴向搭接宽度为12cm，法兰螺栓连接。管涵拼装完成后，用定扭电动扳手紧固所有螺栓，紧固后用红油漆标记，不得遗漏。在回填前随机抽取2%的螺栓，用定预紧力扭矩(340±70) N·m进行抽检，如有超出给定的扭矩范围，则抽检5%，如果90%以上满足要求，则认为安装合格。合格后，可用专用密封胶或环氧树脂砂浆封堵，以防连接处漏水。

　　8)管底基础注浆在距离管涵两侧50cm位置设置注浆孔，压浆管分段长度设为1.5m，管口与压浆泵采用高压胶管连接;用振动沉管在预先埋好的孔位中将带活络管堵头的压浆管振动至设计标高;按水灰比0.5制备水泥浆。开始压浆时，首先在压浆管上装好球阀，球阀呈工作状态，然后将注浆管预拔500mm，再开启压浆泵进行吸收、输浆。通过高压管将浆液压入注浆管内，此时应配合调节注浆压力、流量，以便浆液顺利压入土体，在每一压浆段内压入预估的浆量后，应停止压浆，关闭球阀，接着压其他注浆点，待其浆液稳定后，再将注浆管提起50cm，重复上述工作，拔管至设计标高。

　　9)涵身、涵背回填管涵回填必须满足以下要求:回填料应倾倒在结构两侧1倍直径(1.5m)以外。结构两侧回填应对称进行，分层回填，每层需铺设厚度≤20cm，从两端向结构中心进行回填，压实度≥96%。回填过程中、回填结束都要测量截面形状。组装完毕后，开始回填前的截面大小不超过设计的±2%，如超出，应重新组装校正。从开始回填到涵顶填土结束，各层碾压密实后，立刻测量截面大小(不同位置3处)，最终允许变形为±5%D(D为截面面积)，如截面变形量超过范围，应立即终止施工，查明原因，采取措施将变形量控制在标准范围内。用机械填土时，除应按上述规定办理外，涵洞顶上填土厚度必须在0.5～1.0m时才允许机械通过。

　　3.4 控制要点

　　1)在施工过程中使用了一种沟槽开挖辅助装置，使得在钢波纹管涵开挖过程中能直接形成贴合波纹管壁的弧形槽，大大减少了人工修整沟槽的时间和成本，减少了灌浆料浪费。

　　2)在钢波纹管涵周边分层填筑时，波纹管涵附近必须使用涵背回填材料回填，以防因材料原因使得压实度不能达标。

　　3)波纹管安装后必须进行注浆，使波纹管稳固，注浆时必须由中间向两边、由管底向两侧注浆，以防产生空洞。

　　4)波纹管注浆前必须测量圆管的变形量，合格后再进行注浆。

　　4 实施效果

　　为了对传统工艺施工涵背和经过改良后的工艺回填涵背进行对比分析，并避免因地质状况对结果的影响，对分离式路基段同一涵洞左、右幅进行了不同工艺施工，每个不同桩号涵洞施工队伍不同，共3组，对比结果如表3～5所示。

　　  

　　表3 施工时长对比 

　　 

　　 

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　　表3 施工时长对比

　　  

　　表4 回填后流水面标高对比 

　　 

　　 

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　　表4 回填后流水面标高对比

　　  

　　表5 路基成型后沉降观测对比 

　　 

　　 

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　　表5 路基成型后沉降观测对比

　　与传统施工工艺相比，用改良后的“反开挖”注浆法进行波纹管涵施工，施工时长略有缩短，而管底流水面标高及路基成型后沉降量则明显得到控制。

　　5 结语

　　1)结合辅助成槽设备，采用“反开挖+涵底注浆”施工工艺，解决了传统工艺成槽速度慢、涵背难以回填密实的问题。

　　2)“反开挖”注浆法高效地实现了钢波纹管涵安装，有效保证了钢波纹管涵底部楔形区域及管涵周边土的压实度。

　　3)该工艺有效防止了钢波纹管涵段路基沉降病害，提升了路面施工质量。

　　4)研发的快速成槽装置使得成槽阶段施工高效便捷，相比于传统施工工艺缩短工期。