涵洞施工方法

涵洞作为公路组成的重要部分之一，在排水结构上有着不可替代的地位。而涵洞的施工方法、洞口施工形式以及地基的基础选择，很多都取决于施工现场的环境条件限制。1概述一般来说，涵洞普遍具有如下特点：(1)满足排泄洪水能力，保证在50年一遇洪水的情况下，顺利快捷地排泄洪水。(2)具有足够的整体强度和稳定性，保证在设计荷载的作用下，构件不产生位移和变形。(3)具有较高的可靠性和耐久性，保证在自然环境中，长期完好，不发生破损。1.1涵洞分类与构造涵洞大致可以分为三个部分：基础、洞口、洞身。其中洞口又可分为端墙、翼墙、截水墙、缘石，主要作用是保证涵洞基础和两侧路基免受冲刷，使水流顺流顺畅。洞身则是分为圆管涵、盖板涵、拱涵、箱涵，作用是承受活载和土压力。1.1.1圆管涵圆管涵主要由管身、基础、接缝及防水层组成。1）管身：作为管涵的主要组成部分，管身通常由钢筋混凝土制作而成。管身多采用预制安装的方式，其预制长度通常有0.5m和1.0m两类；管径有0.50m、0.75m、1.00m、1.25m、1.50m、2.00m六种。管身的壁厚随管径大小和填土高度而异。2）基础：根据地基的强度的不同分为：混凝土或浆砌片石基础、垫层基础等几种类型。3）圆管涵的接口构造及防水层。1.1.2盖板涵盖板涵主要由盖板、涵台、基础、洞身铺底、沉降缝及防水层等部分组成。1）盖板：盖板是涵洞的承重结构部分，可分为石盖板或钢筋混凝土盖板。跨径在2m以下，并且石料丰富时，可采用石盖板。当跨径大于2m或在石料贫乏地区时，宜采用钢筋混凝土盖板。2）涵台、基础及洞身铺底：这些部位多采用浆砌块、片石构成，砂浆强度等级可为M2.5或M5.0。一般情况下，基础厚度60cm，铺底厚度30cm。3）沉降缝：一般沿洞身方向每隔3～6m设置一道沉降缝，具体位置需结合地质的变化情况及路堤的高度而定；同时在涵洞与急流槽、端墙、翼墙等结构分段处也应设置沉降缝，以免洞口的沉降影响洞身。沉降缝应当贯穿整个断面（包括基础），缝宽约2～3cm。1.1.3箱涵箱涵作为整体闭合式钢筋混凝土框架结构，具有良好的整体性和抗震性，在软土地基及高等级公路上应用广泛。主要组成部分有钢筋混凝土涵身、翼墙、基础、变形缝等。1）涵身由钢筋混凝土构成，洞口断面一般为长方形或正方形。箱涵常用的跨径有200cm、250cm、300cm、400cm、500cm等，壁厚一般为22～35cm。2）翼墙在涵身靠洞口侧的两端修建的钢筋混凝土薄壁结构，与洞身连成一个整体。壁厚一般为31～41cm。翼墙主要用于洞身与进出口锥坡的连接，起支挡路基填土的作用。3）基础箱涵基础一般为双层结构。上层为混凝土结构，厚10cm；下层为砂砾垫层，厚度为40～70cm。4）变形缝一般设在洞身中部，连同基础变形缝设置一道通缝。设于顶、底板的上面和侧墙的外面。1.1.4拱涵拱涵主要由拱圈、护拱、拱上侧墙、涵台（墩）、基础、铺底、沉降缝及排水设施等部分组成。1）拱圈拱圈是拱涵的承重结构部分，可由石料、混凝土、砖等材料构成。2）护拱主要作用是保护拱圈，防止荷载的冲击。通常用石灰砂浆或水泥砂浆砌片石构成，护拱高度一般为矢高的一半。3）涵台（墩）是支撑拱圈并传递荷载至地基的圬工构造物。4）沉降缝及排水设施沉降缝的设置方法与盖板涵相同。排水设施设于拱背及台背，其作用主要是排除路基的渗水，使拱圈免受水的浸蚀，确保路基稳定。1.1.5倒吸涵倒虹吸管涵是一种中段埋在地下的有压力管道。主要由进口段、水平段和出口段三部分组成。进口段主要由进水口沟渠、沉淀池、进水井等部分组成；水平段是倒虹吸管的主体，由基础、管身、接缝等部分组成；出口段主要由出水井及出水沟渠组成。1.2洞口建筑洞口是洞身、路基、河道三者的连接构造物。洞口建筑一般由进水口、出水口和沟床加固三部分组成。其作用是平顺连接涵洞与河道，使水流进出顺畅，还起着保护路基边坡免受水流冲刷的作用。1.2.1正交涵洞洞口建筑a端墙式；b八字式；c)走廊式；d平头式1.2.2斜交涵洞洞口建筑2涵洞施工公路工程中的管涵多为钢筋混凝土圆管涵，一般采用在工厂预制管节，然后运往现场安装的施工方法。其施工工艺一般为：管节预制、管节运输和管涵的安装等。2.1管节预制和运输圆管涵管节预制时可采用振动制管器法、离心法、悬辊法、立式制管法等。成品圆管涵的尺寸应满足设计要求，管节的端面与其轴线应满足相应的角度关系，管节的端面和管壁内侧等部位应平滑、直顺，管节的强度应符合设计要求。2.2管涵基础修筑1）岩石地基：地基土为岩石时，管节下可采用无圬工基础，管节下清除风化层或挖除软土层后，填筑0.4m厚的砂垫层；出入口两端的端墙、翼墙下，在岩石层上用C15混凝土作基础，其深度应埋置在风化层以下0.15～0.25m，并且最小等于管壁厚加5cm。当风化层过深时，可改采用片石圬工基础，最深不大于1m。管节下为硬岩时，可用混凝土抹成与管节密贴的垫层。2）砾土地基：地基土为砾石土、卵石土或砂砾、粗砂、中砂、细砂或匀质粘性土时，管节下一般将采用无圬工基础。3）黏土地基：管节下应采用0.5m厚的圬工基础，出入口两端的端墙、翼墙基础埋置深度为1.0～1.5m；当地下水的冻结深度较浅时，埋深应不少于冻结深度；当冻结深度大于1.5m时，可在圬工基础下用卵石和砂换填至冻结深度。（4）软土地基：根据软土层的厚度进行相应的处理。2.2.1有圬工基础管涵①挖基坑并准备修筑管涵基础的材料；②砌筑圬工基础或浇筑混凝土基础；③安装涵洞管节，修筑涵管出人口端墙、翼墙及涵底(端墙外涵底铺装)；④铺设管涵防水层及修整；⑤铺设管涵顶部防水粘土(设计需要时)，填筑涵洞缺口填土及修建加固工程。2.2.2无圬工基础管涵①挖基与备料与单孔有圬工基础管涵相同。②在捣固夯实的天然土表层或矿砂垫层上，修筑截面为圆弧状的管座，其深度等于管壁的厚度。③在圆弧管座上铺设垫层的防水层，然后安装管节，管节间接缝宜留lcm宽。④在管节的下侧再用天然土或砂砾垫层材料作培填料，并捣实至设计高程(如图所示)，再将防水层向上包裹管节，防水层外再铺设粘质土，并保证其与管节密贴。在严寒地区这部分特别填土必须填筑不冻胀土料。⑤修筑管涵出人口端墙、翼墙及两端涵底和进行整修工作。2.2.3涵底陡坡台阶式基础管涵沟底纵坡很陡时，为防止涵洞基础和管节向下滑移，每段长度一般为3～5m，台阶高差一般不超过相邻涵节最小壁厚的3/4。如破度较大可按2～3m分段或加大台阶高度，但不应大于0.34m，且台阶处的净空高度不小于1.0m此时在低处的涵顶上应设挡墙，以掩盖可能产生的缝隙。无圬工基础的陡坡管涵，只可采用管节斜置的办法，斜置的坡度不得大于5％。2.3管节安装管节安装应从下游开始，使接头面向上游；每节涵管应紧贴在垫层或基座上，使涵管受力均匀；所有管节应准确地按设计坡度敷设。如管壁厚度不一致，应使内壁齐平。在敷设过程中，要保持管内清洁，无多余的砂浆及其它杂物。管节安装可根据地形及设备条件，采用滚动安装法、滚木安装法、压绳下管法、龙门架安装法和吊车安装法等。管节安装的施工要点如下：（1）管座混凝土应与管身紧密相贴，使圆管受力均匀。无基圆管的基底应夯填密实，并做好弧形管座。（2）管座接头采用对头拼接，接缝不应大于1cm，并用沥青麻絮或其它具有弹性的不透水材料填塞。（3）管节沉降必须与基础沉降一致。沉降缝宽一般为2～3cm，采用沥青麻絮或其它具有弹性的不透水材料填塞。（4）各管节应顺流水坡度安装平顺，当管壁的厚度不一致时，应调整高度使内壁齐平，将管节垫稳坐实，清除管道内部的遗留泥土等杂物。2.4拱涵、盖板涵和箱涵施工混凝土和钢筋混凝土拱涵、盖板涵的施工，可分成就地浇筑和在工地预制安装两大类。2.4.1就地浇筑拱涵图示为钢轨制成的跨径1.5～3.0m拱涵的钢拱架。支立牢固、拆卸方便、纵向连接稳定、拱架外弧平顺。拆卸要求：a.拱圈圬工强度达到设计值的340％时，拆除拱架后方可填土。b.拱涵拆除拱架可用木楔。c.拆卸拱架时应沿桥涵整个宽度上将拱架同时均匀降落，从跨径中点开始逐步向边拆除。2.4.2就地浇筑箱涵箱涵又称矩形涵，它与盖板涵的区别是盖板涵的台身与盖板是分开浇筑的（台身也可以采用砌石圬工），构成的是简支结构。而箱涵则是上顶板、下底板与左、右两侧的墙身是连续浇筑的，构成了刚性结构。现场浇筑应连续进行，尽量避免施工缝，当涵身较长时，可沿涵长方向分段进行，每段应连续一次浇筑完成，施工缝应设在涵身沉降缝处。2.4.3装配式拱涵、盖板涵和箱涵可以分为三个步骤：（1）预制构件的模板：预制构件的模板可分为土模、木模、钢丝网水泥模板、翻转模板、拼装式模板等。（2）构件运输：构件必须达到设计强度后，经过检查质量和大小符合要求，才能进行搬运。搬运时应注意吊点或支撑点的设置，务必使构件在搬运过程中保持平衡、受力合理，确保搬运过程中的安全。（3）施工和安装。三附属工程涵洞主要附属工程施工主要是指防水层与沉降缝的设置、进出水口处理和涵洞缺口填土等。3.1防水层施工目的：防止水分侵入混凝土内，使钢筋锈蚀，缩短结构寿命。北方严寒地区的无筋混凝土结构需要设置防水层，防止侵入混凝土内的水分冻胀造成结构破坏。设置部位：①各式钢筋混凝土涵洞(不包括圆管涵)的洞身及端墙在基础以上被土掩埋的部分，须涂以热沥青两道每道厚1～1.5mm，不另抹砂浆。②混凝土及石砌涵洞的洞身、端墙和翼墙的被土掩埋部分，只需将圬工表面凿平，无凹入存水部分，可不设防水层。但北方严寒地区的混凝土结构仍需设防水层。③钢筋混凝土盖板明涵的盖板部分表面可先涂抹热沥青两次，再于其上设2cm厚的防水水泥砂浆或4～6cm厚的防水混凝土。其上可按照设计铺设路面。3.2沉降缝施工目的：避免结构物因荷载或地基承载力不均匀而发生不均匀沉陷，产生不规则的多处裂缝，而使结构物破坏。设置部位：涵洞洞身、洞身与端墙、翼墙、进出水口急流槽交接处必须设置沉降缝，但无圬工基础的圆管涵仅于交接处设置沉降缝，洞身范围不设。3.3涵洞进出水口涵洞进出水口是指涵洞端墙、翼墙以外的部分，如沟底铺砌和其它进出水口处理等。其施工要点如下：（1）平原区的涵洞出入口的沟床应整理顺直，与上、下系统（天沟、路基边沟、排水沟、取土坑等）连接应圆顺、稳固，保证流水顺畅，避免损害路堤、村舍、农田、道路等。（2）山岭和丘陵区的涵洞纵坡超过5%时，除进行上述整理外，还应对沟床使用干砌或浆砌片石铺砌，当翼墙以外沟床的坡度较大时，也应进行铺砌防护。3.4涵洞缺口填土建成的涵洞，在主体圬工强度达到规定的强度后，即可回填。回填施工要点如下：（1）回填涵洞缺口时，应将已成路堤土方挖出台阶。（2）填土路堤在涵洞每侧不小于两倍孔径的宽度及高出洞顶1m范围内，应采用透水性良好的材料、改良土或非膨胀性素土由涵洞的两侧对称水平分层回填，仔细夯实，达到规定的压实度要求。（3）使用机械填筑涵洞缺口时，须待涵洞圬工强度达到容许强度，才可在涵身的两侧及涵顶运用人工或小型机具对称夯填，高出涵顶至少0.5m，然后再用机械填筑。