气囊法在公路隧道路面边沟中的应用

苏海峰，路 艳，崔文一

(中建市政建设有限公司，北京 100161)

0 引言

我国每年因公路排水设施不完善或使用年限不足引发的公路水毁现象非常严重，而边沟作为公路排水设施的主要组成部分，其施工质量直接影响到整条公路的排水效果。路面边沟是公路隧道路面排水的重要组成部分，可汇集隧道路面水流并排出隧道，能有效地保证隧道行车安全及隧道路面的耐用性能。文献［1］指出水的作用直接关系公路隧道施工的安全性、结构的耐久性及运营安全;文献［2］对地下工程的防水技术提出了“防、排、堵、截相结合，因地制宜、综合治理”的原则;文献［3］要求高速公路和一级公路以上的隧道应有可靠的防排水措施;文献［4］规定公路隧道应做到路面不冒水、不积水，排水沟不冻结。

在路面边沟施工过程中，常采用2种方法，一是预制法，二是气囊内模现浇法(以下简称“气囊法”)。因路面边沟属于隧道小型截面构件，很少受到施工技术研究人员的关注。针对其施工方法的研究，目前国内外相关文献较少。文献［4］明确了隧道路面边沟相关设计要求;文献［5］提出了边沟施工的相关技术措施，但并没有明确边沟施工的具体方法;文献［6-7］对隧道路面边沟的质量检验及构件耐久性作了具体要求;文献［8］提出了路面边沟适宜采用现浇法，但并没有明确具体的施工方法;文献［9］对隧道整体式水沟进行了分块模板法与气囊法对比，提出了气囊法的优越性;文献［10］分析了影响公路边沟质量的因素，提出边沟施工质量的控制措施和工艺控制要点。

以上这些并没有针对隧道边沟的具体施工方法展开深入研究，仅做了较为简单的叙述。本文针对内截面为圆形的隧道路面边沟施工方法进行探讨，对气囊法在某隧道工程中的应用进行阐述。

1 工程概况

某隧道位于山西省阳泉市平定县境内，是阳泉至娘子关一级公路(水峪至娘子关段)分离式长隧道，设计时速60km/h，双向四车道，双洞单向通车。左线全长1 450 m，右线全长1 415 m。主洞建筑限界为9．75 m×5．0m(宽 ×高)，净空断面面积为62．31m2。隧道路面设计横坡为2%，纵坡为-2．5%，汽车荷载等级为公路-Ⅰ级。因该公路行驶车辆多为运煤重车，这些重车刹车时在隧道路面上可能留有大量冷却水，造成路面上积水较多。这些积水主要依靠路面边沟汇集并导排，所以要必须保证边沟的施工质量，充分发挥其排水通畅的使用性能。

在本隧道路面边沟施工前，根据以往施工经验，对预制法和气囊法进行了比选。2种施工方案对比结果如表1所示。

表1 预制法与气囊法优缺点对比表Table 1 Comparison and contrast between pre-cast method and“balloon”method

通过表1对比分析，在路面边沟施工过程中选择了更为省工、省时和省材的气囊法。

2 气囊法的应用

该隧道路面边沟设计标高与路面标高相同，横坡和纵坡均与路面设计一致，内径为30 cm，为保证路面水能顺利流入边沟，施工时每隔5 m预留楔形泄水孔。为便于边沟后期检修及水流疏导，每隔50 m设置1个边沟沉砂井。路面边沟大样如图1所示。

图1 某隧道路面边沟设计大样图(单位:cm)Fig．1 Detailed design of side bitch(cm)

2．1 清理作业面

施工前要对边沟位置基底进行清理，并对边沟与电缆槽结合面进行凿毛处理，以此保证后施工的边沟混凝土与基底和电缆槽壁粘结牢固，不会产生裂缝或脱落。将电缆槽结合面凿毛后，再将边沟基底的松碴和杂物清理，并用高压水将凿毛后结合面和基底冲洗干净。

2．2 安放钢筋笼及气囊

经过测量放样，确定边沟位置及标高控制点。将预先绑扎好的边沟钢筋笼精确定位，并检查钢筋笼钢丝接头及轧丝头(不得朝内径方向弯曲，以免扎破气囊发生漏气)。在气囊外表上涂上脱模剂(质量比为1∶20的皂粉水)，对气囊进行测漏试验，没有异常后，人工将气囊牵引至钢筋笼内。拉入钢筋笼时要轻拉慢拽，防止气囊被钢筋刺破。气囊两端外露长度宜大于50 cm，一方面利于和已浇筑的边沟相衔接，另一方面便于混凝土初凝后气囊的撤出。气囊就位后，打开隧道内高压风管阀门充气到规定压力(0．05 MPa，-10～+90℃)时，即可关闭阀门，不得超压。将进入钢筋笼内的气囊上下左右加以固定，以克服浇筑混凝土时上浮或左右移动。

2．3 合模浇筑混凝土

依据测量放样的控制点，精确定位并立设钢筋笼外围模板。合模后，对外围模板进行加固，防止混凝土浇筑时跑模。边沟混凝土标号为C25，混凝土坍落度不宜过小，必须保证混凝土具有良好的流动性。人工手持小型振捣棒进行振捣，振捣时振捣棒要沿气囊两侧同时振捣并插入钢筋笼底部，以保证气囊下部混凝土浇筑密实，且防止气囊左右移动。浇筑完毕后，人工对边沟混凝土进行抹面处理。边沟沉砂井每隔50 m为一组，施工时应按照设计要求进行预留。浇筑混凝土前，将楔形木塞固定在气囊顶部，待混凝土浇筑并初凝后拔出，即可形成楔形状的泄水孔。

2．4 撤出气囊及养护混凝土

在边沟混凝土初凝后，拧开气囊排气塞，排完气之后，人工将气囊缓慢拖出，不得用力过猛，防止气囊破坏边沟内壁混凝土结构。当边沟混凝土强度达到2．5 MPa时可将外围模板拆除，一般以混凝土表面不粘模且有光泽为宜。拆模后若发现蜂窝麻面和露筋，应及时进行修补，同时要进行洒水养护。

3 施工质量控制要点

3．1 气囊的定位和气压

本隧道所使用的气囊长度为13 m，采用分段浇筑。为保证相邻段边沟内部圆腔的中心轴线相一致，必须使气囊精准定位。首先要保证边沟钢筋笼加工的精确性，其次将气囊充气到规定压力，再对其进行调整、定位和加固。

为保证边沟内腔的大小一致且无错台，在给气囊充气时必须达到规定压力且不得超压。该压力值根据边沟尺寸等相关资料进行设计而得。在气囊的充气端加设气压表，以便于控制充气气压。

3．2 边沟内壁钢筋保护层

因边沟内部是排水通道，为保证边沟的耐久性，应控制内壁钢筋保护层厚度，这是气囊法施工的一个难点。为了解决此问题，在施工前预制了专用的M25砂浆小试块(尺寸为2 cm×2 cm×2 cm，试块一面预留钢筋凹槽)。在气囊定位时，每4个试块放置在(上、下、左、右)气囊和箍筋之间，且尽可能保证在同一个断面(每1 m设1个断面)，这样既可以保证钢筋保护层问题，又便于气囊的精确定位。

3．3 混凝土的振捣

在振捣边沟混凝土时，宜使用小型振捣棒，且按照“快插慢拔”原则在气囊两侧同时均匀振捣，以防止气囊上浮或者左右移动，从而保证边沟施工质量。

3．4 撤出气囊的时机

气囊的撤出时间过早，会导致边沟内壁混凝土脱落;撤出时间过晚，混凝土与气囊则粘接在一起，很难撤出。把握气囊撤出的最佳时机，是控制边沟质量的要点之一。气囊的撤出时间宜在混凝土初凝后，混凝土初凝时间依据实际施工情况而定。

4 气囊法与预制法应用效果比较

以气囊法在本隧道路面边沟中的应用为例，比较气囊法与预制法，比较结果见表2。

表2 2种方法比较结果Table 2 Application results of“balloon”method and precast method

5 结论与建议

1)路面边沟在隧道结构中属于小型截面构件，但其作用不可忽视，尤其是在本隧道项目地区，运煤重车流量较大，路面刹车积水较多，这对隧道路面边沟排水功能提出了更高的要求。

2)路面边沟排水功能取决于其施工质量。通过比较预制法和气囊法，气囊法不仅满足了设计要求，还有施工简便、省工、省时和省材等优点。

3)气囊法不仅解决了施工人员无法进入构件内拆模和难以控制构件内壁钢筋保护层厚度等施工难点，还避免了边沟预制法带来的后期安装问题。

4)气囊法安全、经济，并且有效地保证了路面边沟施工质量，宜在公路隧道中广泛应用。

气囊法在施工过程中亦存在一些问题，如边沟内轮廓质量控制以及气囊充气压力控制、拆模等，还需要进行更深入地研究。另外，气囊法还可以在桥梁工程中广泛应用，但就如何满足不同形状截面构件的施工需求以及施工质量控制等难题，还有待于进一步地讨论与研究。

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