波形钢板桥涵的施工工艺探讨

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摘要：近年来,由于波形钢板具有力学性能好、施工方便、经济耐用等优越性, 被广泛应用于交通建设工程及其他工程建设领域。例如，在道路交通、地下暗渠、小跨度桥梁、洞涵等方面都得到了广泛的应用。本文从施工实践出发,介绍波形钢板在桥涵工程中的应用现状,重点对波形钢板桥涵的施工工艺及施工控制技术进行探讨。

关键词：波形钢板；桥涵；施工工艺

中图分类号： TU511 文献标识码： A 文章编号：

一、概述

在公路桥涵工程中，一些较小桥涵通常为钢筋混凝土结构，这类结构物在使用中，适应地质能力较差，易出现病害，尤其是在软土、冻土地区，其病害更为严重。因此，探索运用波形钢板新型结构，取代混凝土洞涵，成为工程建设单位普遍关注的问题。自美国、加拿大、北欧等国家将波形钢板广泛应用于公路工程以来，我国先后进行了波形钢板桥涵工程建设的试验研究。因其良好的适应变形能力及优良的力学性能，得到工程建设单位的认可。本文从施工实践出发结合波形钢板桥涵的施工要求，重点对施工工艺进行探讨。

二、波形钢板桥涵施工工艺实例探讨

波形钢板是一种新型建筑材料,波形钢板桥涵采用波形钢板组装的结构设计形式,主要优点是施工简易、环保。目前我国已有少量工程采用了这一工程结构。本承建合同段内，某地段桥涵采用了波形钢板施工技术，其跨度为10 m,基础采用扩大基础,上部结构为大波形钢板安装成型的金属结构，在国内尚无成熟工程经验的情况下,借鉴国外的施工技术,并结合当地的实际工程条件摸索出一套完整的施工工艺,顺利地完成了合同段的施工建设,成为全国为数不多的波形钢板桥涵之一。

1、设计原理

波形钢板拱桥是采用波形钢板组装的结构设计形式,其结构设计采用容许应力设计法,对于压缩破坏和屈曲破坏的安全系数取3.0(施工阶段)和2.0(运营阶段)。力学分析采用钢板桥涵和土体的耦合作用模型,将波纹钢板桥涵简化为固支拱结构,按平面应变问题进行计算。

2、施工工艺流程及操作要点

（1） 施工工艺流程施工工艺为:准备工作基底处理基础混凝土浇筑钢管支架搭设平台钢板安装防水处理及端墙施工台背回填。

（2）主要技术要点

1)基础混凝土浇筑,预埋件测量控制。

2)波形钢板安装及其施工过程中的质量控制。

3)钢板连接防水处理技术,端墙防水处理技术。

4)台背回填施工工艺。

3、承建合同段施工工艺关键技术

(1)地基处理及基础混凝土浇筑

波形钢板结构物通过钢板与基础墙身间连接的相互作用发挥结构性能。结构物基础要放置在能够承受一定重力的原状地基上,不能因沉降而引发过度的沉陷,基地承载力应满足设计要求。因此,施工前应实测地基承载力值,若地基承载力不能满足设计要求,应在必要的范围内用优质的材料进行换填。开挖基坑时,基底宽度要大于基础宽度1.0 m以上,以保证进行基础施工时的工作面。对于软基等基础承载力不能满足设计要求的,在进行加固后采用优质砂垫层或C25混凝土进行换填,并夯实紧密,换填深度根据现场测得的地基承载力进行确定,保证地基承载力达到设计要求。该处地质地层从上到下依次是0.5 m厚的耕植土、3.7 m厚的卵石、4.3 m厚的全风化砾岩和4.7 m厚的强风化砾岩。除表层耕植土的地基容许承载力为130 kPa外,其余地层的容许承载力均不小于280 kPa。该波形钢板拱桥的地基承载力要求不小于255 kPa,施工时清除表土,回填合格土并压实,压实度在90%以上。

(2)结构物基础部位。

在基底换填混凝土强度达到要求后,可浇筑基础和桥台混凝土,混凝土采用C30混凝土。

上部结构的钢板和桥台混凝土预埋的槽钢进行连接。施工中除了保证桥台的位置准确外,还必须保证预埋槽钢的位置准确,才能保证在钢板安装后螺栓的受力良好和钢板的变形量满足要求。槽钢通过L形锚钉螺栓安装在槽钢上，L形锚钉螺栓焊接在墙身钢筋上,从而精确定位槽钢,现场控制好角度,保证槽钢倾斜5.65°。在焊接螺栓前,先在基础两端精确定位基础中线,严格控制钢板拱桥跨径和L钢的位置,槽钢定位预埋的槽钢不得有弯曲。

两个桥台的槽钢位置应保证平行对称,错开距离不能过大,不得大于15 mm,否则会影响后续钢板的安装工作。因此,测量精度对钢板的后期受力影响很大。

（3）钢管支架搭设平台

采用48钢管搭设支架平台,支架宽度700 cm,延桥向长度500 cm,高度根据实际的波形钢板安装后的实际位置确定,搭设成中间高两侧低的工作平台。

（4）钢板安装施工现场指导

钢板安装施工过程中要派专人现场指导施工，钢板安装前,对整个工作场地进行整理,使施工有序进行。

1)材料现场验收和现场准备,检查波纹钢平整度和水平标高,核对土建基准,确定波纹钢位置、中心轴线和中点。

2)钢板安装。首先在地面上整体拼装3环,采用整体吊装的形式进行安装。因搬入现场的钢板一般规格和曲率都不同,组装时必须按设计图来组装,注意不要弄错顺序和位置。相互折叠钢板时一定要有最小化空隙,4张以上的钢板不能折叠在同一处。在钢板连接处可使用衬垫。在进行钢板吊装时,吊车支在桥跨范围内,钢板放在吊车臂的旋转半径内。拼装底板时,以中心轴线和中点为基准定位第一张波纹钢板,然后以此为起点向两侧延伸,直至两端。第二张板叠在第一张板上面,对中连接孔、人工装上螺栓、套上垫圈、旋上螺母,然后用套筒扳手预紧螺母。

（5）防水处理及端墙施工

1)钢板间夹缝防水是通过粘贴密封胶垫来实现的,在钢板吊装前,将密封条粘在钢板外边上,可以使钢板在安好螺栓后钢板间密封良好,不浸水。

2)端墙设计中主要考虑了对钢板的加固稳定、桥台后回填土较高起到挡土作用,以及建成后的结构物美观的作用。施工中端墙基础与钢板拱部基础施工方式一致,对原地基换填混凝土,保证承载力能满足要求。端墙墙身钢筋一次性绑扎,混凝土一次性浇筑。台背回填覆盖部位涂沥青防水,外侧待台背回填完毕后,对混凝土表面贴瓷砖装修。

4、台背回填及钢板变形观测分析

施工的最后一道工序为填土。填土要选择好回填土种类,对于不同的施工情况,采用正确的填土工艺。拱形波纹管在组装铺设完成后,回填时不需要特殊的填土材料。砾类土、砂类土固然是最理想的回填材料,一般土、碎石或砾、卵石与细砾土的混合料也都可以。在距离波纹钢30 cm范围内的填土不得有大边尺寸超过8 cm的石块、混凝土块、高塑性黏土块或其他有害物质。

台后填土应在两侧保持保持对称且均匀的原则下分层压实,压实后每层厚度不得超过20 cm,压实度不得小于96%。在台后距波形钢板壁0.6 m以内,在没有达到最小填土厚度前,禁止除压实设备以外的重装设备运行。压实钢板侧面时,压实设备与构造物长度方向平行行驶,加固钢板上方时,在垂直构造物长度方向行驶。压实设备垂直于构造物长度方向行驶时,在达到最小填土厚度前,不能采用振动压实。填土时,构造物两侧同时填筑,两侧的填土高度差小于一层填土厚度。当由于两侧填土高度差较大,引起构造物变形时,及时清除填土较高一侧的土方,并矫正截面形状后再重新填土压实。

5、防锈和除锈

对于钢结构而言,防锈和除锈是一项非常重要的工作。一般波纹钢涵管、螺栓、螺母和钩栓等附件出厂时,已做镀锌或镀铝处理,其镀锌量达4.25 g/m2,在没有盐碱水或有害工业废水浸泡,以及涵管内经常有流水的情况下,这种镀膜即可以防止锈蚀。否则,可在管节内外常水位以下管壁涂上或喷上一道含有石棉纤维的石油沥青,或涂刷两遍沥青和石油的拌和物,以加强防腐作用。

6、质量控制

质量标准波形钢板拱桥是一种新材料的新型桥梁。按照我国《公路桥涵施工技术规范》及参考韩国《波形钢板结构物设计及施工指南》进行施工。设计时,基础设计地基承载力不小于255 kPa。施工时,对原基坑进行轻型动力触探测试地基承载力试验,承载力不足的地基层进行换填,保证地基承载力要求及换填材料的强度要求。波形钢板安装在桥台混凝土顶面的预埋件上,预埋件为17.5 cm宽槽钢。槽钢底模与水平面夹角5.655°,确保波形钢板安装后与钢板轴线垂直。钢板弧线采用圆弧进行过渡,施工中控制好两台间预埋件的距离至关重要,设计量测钢板中心距离为996.6 cm。开始安装钢板时为保证第一、二、三环钢板的整体稳定性,以及前三环钢板悬空操作方便,现场先拼装三环为一个整体,再用吊车进行整体吊装。

四、综述波形钢板桥涵特点

通过该合同段施工实践并结合以往经验，综合评价波形钢板桥涵具有：（1）良好的力学性能；（2）方便快捷的施工优点；（3）不太高的技术开发成本；（4）利于环保的环境适应性等特点。随着工程实践的不断探索，我国波形钢板拱桥涵的工程应用，必将拥有更为广阔的发展前景。

参考文献

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