技术领域
[0001] 本
发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种新型逆作法装配式无压涵洞及其施工方法。
背景技术
[0002] 近年来，随着我国综合国
力的日渐强盛及政府在各类
基础设施、重要
建筑材料研发等方面投入力度的加大，我国市政、
水利等行业基础设施建设实现了跨越式的飞速发展。其中，涵洞作为市政公路、
铁路工程及水利工程中的常用的一种结构类型，在工程建设中占有较大比例。据有关资料统计，我国涵洞工程数量约占基础设施建设总数的60％～70％，平原地区平均每公里1～3座，山岭重丘区平均每公里4～6座；涵洞工程造价约占到总投资额的40％左右。常规涵洞根据不同标准，可分为多种型式。如按建筑材料可分为砖涵、石涵、
混凝土涵、
钢筋混凝土涵；按内部构造可分圆管涵、拱涵、盖板涵、箱涵。按填土情况可分为明涵和暗涵。按水利特性可分为无压涵、半压力涵及有压涵等。
[0003] 现我国各类常规涵洞结构型式多采用现浇整体式，工法多为明挖施工。该类传统涵洞在实践应用中存在开挖量大、受地质条件影响大(大部分需处理地基)、结构整体
稳定性较差、涵洞两侧回填土不易
压实、主体沉降量不易控等缺点。同时施工作业对周边环境影响较大、工期较长、建设成本较高。现该种涵洞结构型式及工法在我国工程建设领域长期使用多年，不利于国家产业政策及绿色建筑的未来发展方向,正处于生命周期的末端。为此，针对涵洞工程设计创新及施工工艺研究和改进，寻求更为经济适用的替代方案变得尤为重要。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种新型逆作法装配式无压涵洞及其施工方法。
[0005] 本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种新型逆作法装配式无压涵洞，其特征在于：包括预
应力预制桩侧墙、上部顶板以及下部
底板；所述预应力预制桩侧墙由并排设置的预制桩并排组成，在所述预制桩桩头上预埋有桩头钢板，所述桩头钢板与所述上部顶板内部的受力
钢筋焊接；所述预制桩的下方设置有
键槽，所述键槽内设置预埋钢板，预埋钢板与预制桩内部受力钢筋连接，预埋钢板上预留有机械连接接头，所述机械连接接头与底板的受力钢筋连接。
[0006] 优选地，所述预制桩内部为空心，预制桩内部靠上
位置固定有钢制底托板，钢制底托板中间开孔，钢制底托板的上部设有四
角钢筋
支架以及箍筋并用细石混凝土填充。
[0007] 优选地，所述预制桩之间的缝隙内填充有柔性止水材料。
[0008] 优选地，所上部顶板和下部底板采用现场浇筑或者预制式结构。
[0009] 一种新型逆作法装配式无压涵洞的施工方法，包括以下步骤：(1)在具备施工条件的前提下，根据已确定设计高程，首先在地
面层开挖土方至桩顶建基面；
[0010] (2)在建基面密排打入预制桩，并根据工程要求灌入桩间止水材料，顶部按照桩承台做法处理桩头并埋设后浇层及锚固钢筋及钢板；
[0011] (3)结合桩顶位置及顶板高程，进行顶板施工作业，其中，顶板与预制桩采用刚性连接，做法为将顶板受力钢筋与预制桩桩头钢板焊接，或与桩头钢筋焊接并锚固于顶板内；
[0012] (4)待预制桩及顶板形成整体结构，具备挡土条件后，采用逆作法对顶板下土方进行洞挖施工，直至设计底板基底高程，同时配合施工降水；
[0013] (5)对底板进行现场施工作业，底板与预制桩亦采用刚性连接；
[0014] (6)完成底板施工后，结合涵洞使用功能对内部进行装修；
[0015] (7)整个施工过程完毕。
[0016] 在步骤(6)中，对涵洞内部做防
水处理，防水可采用内防内贴刚性或柔性防水层，外设防水帷幕等措施，完善涵洞结构与周边配套条件，使之具备使用功能。
[0017] 本发明的有益效果是:1)本结构受力明确，整体稳定性强，无需基础处理，沉降量小。2)采用装配式预制侧墙和逆作法施工，工期短，减小模板和
支撑的使用量，较常规涵洞造价降低约30％以上。3)结合涵洞结构型式，创新采用逆作法施工工艺，可大大节约施工成本，明显缩减施工工期，有效避免施工开挖及支护作业对环境、自然
水体的影响，减少征迁及水土流失，
预防社会不稳定因素产生。4)响应国家政策，紧跟形势，综合各行业内涵洞工程特点，充分发挥装配式建筑的优势，符合绿色建筑技术的未来发展方向，为可持续发展发挥作用。5)运用灵活多变，可根据各地区不同行业内各类涵洞工程特点进行变化调整，可适性较强，具有一定的社会推广性及经济价值。
附图说明
[0018] 图1是本发明剖视图；
[0019] 图2是本发明中预制桩的俯视图。
具体实施方式
[0020] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被
定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0021] 本方案在深入研究涵洞作用机理的同时，在结构型式创新及施工工法的研究和改进等方面投入大量技术关注。项目方案研发基于目前国家普遍推广的装配式技术，对现有涵洞结构型式加以有效创新和改进，并参考地下工程(基坑)逆作工法原理，实现综合运用。与传统同规模涵洞对比，提供了一种投资更为经济、施工周期短、结构简单、施工便利、利于环保、符合推广政策并具有较强适用性的技术方案，以适应各类无压涵洞工程建设的需要。
[0022] 如图1所示，一种新型逆作法装配式无压涵洞，包括预应力预制桩侧墙1、上部顶板2以及下部底板3；所述预应力预制桩侧墙由并排设置的预制桩并排组成，在所述预制桩桩头上预埋有桩头钢板4，所述桩头钢板与所述上部顶板内部的受力钢筋5焊接；所述预制桩的下方设置有键槽6，所述键槽内设置预埋钢板7，预埋钢板与预制桩内部受力钢筋连接，预埋钢板上预留有机械连接接头8，所述机械连接接头与底板的受力钢筋9连接。
[0023] 如图2所示，本方案中，所述预制桩内部为空心，预制桩内部靠上位置固定有钢制底托板10，钢制底托板中间开孔，钢制底托板的上部设有四角钢筋支架11以及箍筋12并用细石混凝土13填充。
[0024] 所述预制桩之间的缝隙内填充有柔性止水材料14。防水可采用内防内贴刚性或柔性防水层，外设防水帷幕等措施。完善涵洞结构与周边配套条件，使之具备使用功能。此时预制桩作为建筑主体围护结构长期使用。
[0025] 本方案涵洞结构
侧壁围护结构采用预应力
钢筋混凝土预制桩，为厂家标准预制构件，可根据工程需要调整形状、长度等。涵洞顶板根据工程跨度、上部荷载分布情况分为现浇和预制结构两种，底板一般为现浇钢筋混凝土结构。涵洞底板、墙身及顶板的连接均为刚接，通过预制桩预留机械连接接头、预留键槽及焊接钢板、受力钢筋锚固焊接及内部填芯等方式实现。
[0026] 本方案的工作流程为：结合涵洞兴建场地位置，摸清周边场地及地质情况，联合主体工程预制桩打射，一并确定支护、施工及降水方案。
[0027] (1)在具备施工条件的前提下，根据已确定设计高程，首先在地面层开挖土方至桩顶高程(建基面)。
[0028] (2)建基面密排打入预制桩，并根据工程要求灌入桩间止水材料，顶部按照桩承台做法处理桩头并埋设后浇层及锚固钢筋及钢板等(桩顶可根据工程具体情况截断和补强)。
[0029] (3)结合桩顶位置及顶板高程，进行顶板施工作业。其中，顶板与预制桩采用刚性连接，做法为将顶板受力钢筋与预制桩桩头钢板焊接，或与桩头钢筋焊接并锚固于顶板内。
[0030] (4)待预制桩及顶板形成整体结构，具备挡土条件后，采用逆作法对顶板下土方进行洞挖施工，直至设计底板基底高程，同时配合施工降水。此时预制桩发挥支护桩作用。
[0031] (5)对底板进行现场施工作业，底板与预制桩亦采用刚性连接，做法为在预制桩厂家加工过程中对底板一侧设置键槽并于槽内设置预埋钢板(钢板与桩身受力钢筋连接)，在底板受力钢筋位置预留机械连接接头，待底板施工绑筋的同时，与底板部分受力钢筋连接。
[0032] (6)完成底板施工后，结合涵洞使用功能对内部进行装修或防水处理(或不处理)，防水可采用内防内贴刚性或柔性防水层，外设防水帷幕等措施。完善涵洞结构与周边配套条件，使之具备使用功能。此时预制桩作为建筑主体围护结构长期使用。
[0033] (7)整个施工过程完毕。
[0034] 本方案中涵洞侧墙采用预应力预制桩侧墙，可减小侧墙厚度，逆作法施工时预制桩侧墙可承受桩侧土压力，运行时由于侧墙部分埋入土中抵抗负弯距，使结构受力更加合理，可减小底板及侧墙厚度，涵洞基础可视为桩侧墙与墙间土共同作用的
深基础，可增大涵洞的承载力和稳定性，对基础土层要求较低，无需基础处理，另外，由于施工对原状土扰动较小，施工涵洞后较施工前基底上部荷载减小，故涵洞本身沉降量较小。
[0035] 常规传统涵洞多为整体式，一般采用钢筋混凝土或砌石结构，施工需对兴建范围内进行相对规模的开挖，同时施工周期及建设过程对周边环境影响较大，进而增加整体造价。本方案提供独特的装配式涵洞结构基于涵洞作用机理，创新采用预应力钢筋混凝土预制桩作为涵洞侧壁围护结构。该材料具耐久性好，强度高，造价低，制安周期短等特点。同时，基于其独特的材料力学性能，应用于涵洞工程可同时发挥支护及围护双重作用，充分发挥其使用价值。另外采用本方案可减小模板和支撑的用量，工期短。该方案充分发挥新型结构的特性，永久工程与临时工程结合，较常规涵洞建造具明显优势，同时节省大量工期及可观的工程投资。
[0036] 本方案提供的新型涵洞结构型式及工法，施工作业面小，可最大程度维持周边环境自然状态，用于市政公路、铁路及水利行业，可有效保证路面及水面宽度及整体景观效果，避免施工开挖作业对环境、水体的影响，减少征迁及水土流失。确保施工区水环境、空气
质量、声环境、区域人群健康及沿线景区生态环境。有效预防社会不稳定因素的产生。
[0037] 结合国家产业政策，本着可持续发展的理念，本方案提供的新型涵洞方案充分保留了装配式建筑的各种优势，如利用装配式构件替代原有现浇作业，提高生产效率。施工周期短，同时减少现场湿作业量，节省人力和物力，降低建筑成本，提高工作效率。工厂规模化生产，减少现场垃圾产生，同时减少对周边环境的影响等。该方案提供的相应技术方案符合绿色建造技术和装配式建筑的未来发展方向，颇具应用前景。
[0038] 本方案提供的新型涵洞结构型式及工法，侧壁围护结构由于采用打入式预制桩，截面及长度可根据地基条件进行设计并生产。同时基于预制桩的力学特性，又可作为支护结构使用，因此不受场地及环境的制约，可在山区及平原等各类地形
地貌使用。布置可根据不同工程需求在直段、转弯段、拱型、箱型等不同形式中相互转换，功能可在明设、暗埋等不同运行条件下切换。可广泛应用于市政行业公路、铁路工程及水利行业各类工程，具有较强的适应性及一定社会推广性及经济价值。
[0039] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
