装配式涵洞施工技术研究

詹群豪 舒 扬

(中铁四局集团第五工程有限公司技术中心 九江 332000)

装配式钢筋混凝土涵洞(prefabricated reinforced concrete channel)是一种采用工厂制造和现场拼装工艺建造的钢筋混凝土涵洞或小桥类构造物。按截面形状可分为装配式钢筋混凝土管形涵洞(本文简称管形涵洞)和装配式钢筋混凝土箱形涵洞(本文简称箱形涵洞)2种形式。装配式涵洞具有施工简便、高效、快捷等优点。

传统涵洞大多为现场浇筑施工，存在的主要问题是施工周期长、易出现错台、跑模、漏浆、蜂窝麻面、保护层厚度合格率较低等外观质量问题，受天气影响很大，质量较难控制[1]。装配式涵洞是通过集中生产预制涵节并采取现场拼装方法施工的涵洞,在现场仅需施工涵洞基础及底板钢筋混凝土,现场作业量小,可以减少对路基土石方施工的干扰，有利于提高工程质量，加快施工进度，节约成本经济[2]。本文以云茂高速某装配式涵洞为例，对装配工艺及施工技术难点进行分析研究。

1 工程概况

云茂高速公路TJ13标共设置装配式涵洞2座。分别为BK1+890管形涵洞和BK1+930箱形涵洞。其中BK1+930箱涵轴线与线路中线右前方夹角为110°，断面尺寸为6 m×4 m。BK1+890管型涵洞填土高度为1.56 m，孔径尺寸为4 m×4 m。具体断面示意见图1。

图1 涵洞1/2断面尺寸(单位：mm)

2 装配式涵洞施工工艺

2.1 施工工艺流程

装配式涵洞通过在工厂预制涵洞节段，运至现场进行拼装。工艺流程见图2。

图2 装配式涵洞施工工艺流程图

2.2 预制施工

装配式涵洞预制生产采用工厂化流水线作业，预制厂区设置钢筋加工区、半成品存放区、钢筋胎架绑扎整体吊装区、混凝土浇筑区、构件养护存放区、试拼检验区等6个区域。钢筋原材料、骨架、模板及质量养护处理方式如下。

1) 钢筋原材料。钢筋原材采用锯切机锯切，数控弯曲中心弯制半成品，较传统弯曲工艺大大提高了弯曲精度和施工效率。另根据钢筋大样图编号，设计不同的钢筋存放台架存放半成品，保证了现场材料的堆码整齐。

2) 钢筋骨架。钢筋骨架利用绑扎胎架成型，绑扎胎架与地面锚接牢固，防止胎架移位，胎架上刻有定型卡槽，有效确保钢筋定位精度。根据节段高度设有操作平台和可移动式爬梯，方便作业人员操作。采用多点钢筋吊装架吊装钢筋骨架入模。

3) 模板。模板设计为整体式，支垫横梁与地面通过地脚螺栓锚接牢固，采用铰接式支撑杆，方便加固和脱模。模板底部设置高频振动器振捣密实。浇筑完毕后通过自主研发的可移动式喷淋养护台车进行带模养护。

4) 质量养护。构件脱模后，吊装至构件存放区进行二次养生。构件底部通过预埋的地埋式管道实现自动喷淋养生，顶部通过喷淋台车养生。喷淋管道采用地埋并联、接头采用万向管和转换接头，喷淋头雾化设计，并采用湿度和时间双控，每个区域均独立控制，确保了养护质量和养护的及时性。

2.3 构件运输及拼装

为有效避免现场安装误差，提高拼装效率，构件出厂前在厂内进行试拼，试拼结束后利用卡车运输至施工现场。装配式管涵及箱涵主体分为3个构件：底板、侧墙、顶板[3]。其中侧墙及顶板在预制场集中预制，底板为拼装完成之后的后浇带，划分示意见图3。

图3 主要构件图

现场拼装时，预先通过测量定位，利用汽车吊吊装，辅以牵引定位。拼装结束进行底板预留部位钢筋绑扎及混凝土浇筑施工。各构件连接处利用高黏稠水泥砂浆和止水带止水，防水层施工完毕对涵背进行分层填筑。

3 装配式涵洞施工技术难点及解决措施

3.1 构件预制施工技术难点及解决措施

1) 箱涵顶板横向钢筋分为上下2层，跨度大，绑扎时钢筋不易固定，且影响后续箍筋绑扎。

解决措施：调整钢筋绑扎顺序，先进行箍筋绑扎，后进行主筋绑扎。利用胎架上的定位槽进行箍筋定位，辅以定位钢筋进行加固，对钢筋主筋采取水平穿入后垂直翻转的方式绑扎。

2) 混凝土外观质量较难控制、色泽较差，出现较多蜂窝麻面。

解决措施：进行大量试验进行对比，选择较优方案。①脱模剂的选择，对模板脱模剂分别选用脱模剂、模板漆、机油+柴油组合这3种方式进行试验块制作，根据成型效果最终选择采用脱模剂。②对混凝土坍落度进行比选，分别制作了160，180，200，220 mm坍落度的水泥进行试验块制作，最终发现坍落度在180 mm下结构成型色泽和外观质量最佳。③对混凝土振捣方式和浇筑方量进行比选：根据运距和混凝土浇筑方量，充分考虑混凝土坍落度损失，最终确定了选用混凝土罐车浇筑方量为每车4 m3。④振捣方式根据部位确定，在顶板混凝土浇筑时不进行高频振捣器振捣，在腹板混凝土振动时采用高频混凝土辅以人工振捣方式，高频振捣器时间控制在30 s为宜。

3) 钢筋保护层厚度控制难度较大，保护层厚度合格率要求≥90%。

解决措施：①钢筋保护层厚度采用滚轮垫块控制。传统工艺采用梅花形垫块，对梅花形垫块的绑扎难以控制，存在扎丝外露和垫块倾斜现象，严重影响保护层厚度检测结果，往往造成保护层厚度合格率较低，不能满足要求。采用滚轮垫块可以辅以钢筋穿入滚轮中心，有效调整不同主筋的保护层厚度，且不受扎丝外露影响，确保保护层厚度。②采用游标卡尺进行钢筋保护层厚度量测可有效获取真实数据，满足保护层厚度检测数值要求。③加强自检控制，严格执行三检制度，合格后方可浇筑混凝土。同时对已经浇筑的混凝土进行保护层厚度检测，根据检测数据分析改进方法，对不满足要求的构件部位加强后续控制。

4) 构件养生及吊装控制。一般模板内混凝土需要养生4～5 d方能达到吊装条件，因此，占据了较多时间，模板周转效率较低。

解决措施：①对混凝土浇筑完成后采用喷淋台车养生，缩短混凝土强度增长时间，提高模板使用效率；②设计图纸吊环位置为拼装之后的位置，预制混凝土模板摆放位置与设计不同，需要对吊环位置重新埋设。构件为异形构件，根据设计图纸对该构件起吊重心重新计算，根据实际预制位置对吊环埋设位置对称布置。

5) 构件运输过程中容易损坏。

解决措施：①采用平板车运输，车上安装构件存放胎架，将构件吊装至存放胎架上;②构件与胎架接触处设置橡胶支垫，防止构件碰撞或损伤;③胎架与平板车之间安装楔形块等防撞措施，防止因弯道过多或急刹车等造成构件破损。

6) 涵长、涵洞交角、路况等因素使得节段布置不可能全部使用标准节。

解决措施：①基本节段类型有3个，分别为3 m标准节段、1 m标准节段及3 m非标准节段。3 m标准节段是主要节段，使用量最大；1 m标准节段用于调整结构的纵向长度，一般设于结构两端最后一个3 m标准节段内侧；3 m非标准节段是管型通道特有，主要用于结构端口，由3 m标准节段去除顶板，切去部分侧墙形成；②通道总长(除去端口翼墙)为3N(N为节段数)m时，则采用N节3 m标准节段即可满足要求；若通道总长为3N+1 m，则采用N节3 m标准节段和1节1 m标准节段；若通道总长为3N+2 m，则采用N节3 m标准节段和2节1 m标准节段。这样的节段划分设计，既满足了任意总长的通道设计，同时也最大程度地减少了预制节段的类型，体现了标准化设计、工业化生产的理念和要求。将每个节段在横向划分为顶板、底板、两侧墙4个构件的方法，则进一步降低了预制的难度，并大大减轻单件吊装重量，进一步为施工提供了便利；③同时3 m节段布置能更好地适应地基沉降、复杂地区运输吊装能力，方便现场施工。

3.2 构件安装施工技术难点及解决措施

1) 装配式涵洞基础标高控制严格，平整度要求高，不易控制，安装后易造成接缝过大。

解决措施：施工装配式涵洞基础时，严格控制基础标高。基础施工前技术组测量放线，用水准仪精确测量各点标高，混凝土施工完成后，对基础进行复核，超高的地方采用水磨机磨平，不足的地方采用环氧树脂砂浆进行找平，确保平整度误差不得大于3 mm。

2) 构件拼装就位难度较大，混凝土拼装误差较大。

解决措施：①构件安装前先在基础上放出安装控制边线，边线外侧用槽钢固定，槽钢内边线与实际定位位置密贴，槽钢要确保无变形，外侧要固定牢固。安装时构件要紧贴槽钢内侧放置，防止偏离设计位置。②侧墙安装后进行顶板安装时，侧墙顶部铰缝暂不灌注混凝土，当全部构件拼装完成后，采用汽车吊稍微提起顶板至高出铰缝位置后，对铰缝进行灌注高标高水泥砂浆后，再将顶板落下至铰缝位置，利用重力挤压铰缝混凝土，拼装完成。

3) 构件安装后在构件连接处存在一定缝隙。

解决措施：①内侧接缝处理，a.以泡沫塑料板塞缝后用钢丝刷、抹布将缝内缝边清除干净，拉毛处理；b.洒水湿润接缝，待晾干后再填塞M7.5高黏稠水泥砂浆；c.填塞后约2 h，用泡沫板将接缝处砂浆搓刮，并进行修平处理，用铁抹子进行收光，用铝合金尺检查平整度；d.用喷雾器洒水养生。②外侧接缝处理，a.以泡沫塑料板塞缝后用钢丝刷、抹布将缝内及缝边清除干净，拉毛处理；b.用M7.5高黏稠水泥砂浆将接缝填满抹平，待砂浆具有一定强度时洒水养生；c.砂浆养生7 d后，沿接缝先涂一层25 cm宽的911聚氨酯防水涂料，再粘贴25 cm宽的背贴式橡胶止水带，以专用胶水粘贴；d.橡胶止水带安装应注意：止水带粘贴的混凝土基面平整、洁净、干燥、无裂缝，其平整度允许偏差为3 mm。为使止水带固定牢固，可每隔1 m用高强钢钉固定；止水带与节段接缝界面粘贴要紧密，沿接缝方向不得留断点，不能被浮渣尘土等阻隔；止水带存放及运输时应避免潮湿和挤压，防水工程完成前，应避免止水带被雨水或施工用水浸泡。在通道外侧进行回填施工时应注意对背贴式止水带的保护。橡胶止水带应向专业厂家采购，技术指标需符合相关国家标准，并具备耐低温、耐腐蚀性能，正式使用前需进行试验以检验其遇水膨胀性能，并提供检验合格证方可使用。

4 与传统涵洞对比分析

4.1 进度对比分析

1) 传统涵洞和装配式涵洞的工期对比分析结果见表1。

表1 传统涵洞和装配式涵洞的工期对比表 d

由表1可见，对于同样长度的涵洞，同种模板配置下，传统涵洞的施工周期约为装配式涵洞施工工期的2倍，若考虑当地雨季施工影响，则相差更大。与传统涵洞施工相比，装配式涵洞施工速度快，可有力保障施工周期。

2) 传统涵洞和装配式涵洞每循环工期对比分析结果见表2。由表2可见，装配式涵洞每循环周期时间为3 d左右，传统涵洞的每循环周期为7 d。

表2 传统涵洞和装配式涵洞每循环工期对比表 d

由表2可知，传统涵洞的工期主要为钢筋绑扎、钢筋调整、模板加固及养护、拆模，而影响装配式涵洞的工期主要为带模养生时间。装配式涵洞因工厂化作业，各道工序可以平行作业，在混凝土带模养生期间，可同步完成钢筋绑扎、绑扎成型钢筋存放工作。相对于传统涵洞施工，每循环周期大大缩短。

4.2 质量对比分析

1) 传统涵洞。传统涵洞施工往往受制于现场地形条件而采用钢筋现场加工和绑扎，精度无法有效保证，模板加固不牢固导致变形，传统式捣固棒振捣不到位产生气泡过多或蜂窝麻面。保护层垫块设置留有死角和绑扎不牢导致保护层厚度不合要求，养生不及时。

2) 装配式涵洞。通过钢筋数控弯曲机、钢筋锯切机等先进的机械设备使钢筋半成品精度得到有效保证。半成品钢筋存放在专门的胎架平台上，以防止钢筋变形影响绑扎精度。设置专门的钢筋绑扎胎具和定位卡槽有效确保钢筋间距。全方位设置保护层垫块，有效确保了钢筋保护层厚度。采用整体铰接式钢模板，通过地脚螺栓及工字钢固定、牢固不变形。设置高频振捣器振捣和自动喷淋养护系统，有效确保了混凝土质量。

通过与广东省近期传统涵洞的回弹强度、保护层厚度、构件尺寸及钢筋间距的合格率和装配式涵洞构件相比，装配式涵洞的上述检验项目均能达到100%合格，远远高于传统涵洞，有效地保证了涵洞的质量。

4.3 经济性对比分析

以安徽省交通规划设计总院标准图中管形涵洞为例进行经济性对比分析，以35 m长4 m×4 m为例，结果见表3。

表3 装配式管形通道与现浇箱涵、盖板涵对比表

从材料数量来看，由于管形涵洞合理受力，配筋量得以减少，材料数量明显降低。综合单价比现浇箱涵低12.2%，比盖板涵低15.5%。因而装配式涵洞造价优于传统涵洞。

4.4 安全性对比

1) 传统涵洞。由于传统涵洞施工受限于露天作业，风险源多，安全压力大，安全事故发生频率远高于场内施工。

2) 装配式涵洞。装配式涵洞为工厂化施工，在预制厂内施工，可降低高空作业、中暑、雷雨、物体坠落与打击的风险。场内施工用电有效连接，通过线槽避免线路外露，减少了安全隐患。

4.5 适用性对比

1) 传统涵洞。传统涵洞适用于全部涵洞类型。

2) 装配式涵洞。装配式涵洞无法适用于填土16 m以上情况，否则经济性明显降低。且对于交通运输不便地段具有局限性。

3) 装配式涵洞在转运、吊装、固定、防水等方面还存在诸多不足需要改进[4-5]。

5 结语

装配式涵洞将施工所需构件在工厂制作完成后再在现场进行拼装，改善了现场浇筑施工技术的不足，是涵洞施工的新方向。本文针对装配式涵洞的施工工艺、施工主要问题及解决措施、与传统涵洞的对比等方面进行了阐述及分析。结果表明，装配式涵洞具有进度快、质量高、经济性优、安全性好、外观美观等优点。文中对装配式涵洞的施工工装设备、施工工艺进行了详细的说明，可为后续装配式涵洞的应用提供参考。