CN115075265A - 一种管道施工的回填结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道施工的回填结构及施工方法，该种回填结构中管道铺设在开设于夯实路基表面的基坑坑底；基坑的坑底为弧形面；管道左右两侧肩部及底部位置铺设用于对管道直线度及水平度进行调整的垫块，管道与基坑内壁之间填充流态自密实速凝灌注介质。当管道置入基坑内后，由单侧向管道底部注入流态自密实速凝灌注介质，当流态自密实速凝灌注介质将管道底部和基坑坑底之间的间隙完全填充时，停止第一次浇注；待介质凝固后，再将流态自密实速凝灌注介质由管道两侧分次浇注，直至流态自密实速凝灌注介质将管道外表面完全包覆。该种回填结构及施工方法将管道周围的所有部位进行了密实回填，能够能充分发挥管道涵洞的优越性能。

Description

一种管道施工的回填结构及施工方法

技术领域

本发明属于涉及土木工程技术领域，具体涉及一种管道施工的回填结构及施工方法。

背景技术

管道的施工，其底部的回填作业及侧部的回填密实难以操作，回填密实度也难以达到要求，根据波纹钢管设计研究、制造及施工经验，波纹钢管因其装配式结构，重量轻、造价低、适应变形能力强、基础不需要特殊处理等优势，已在许多公路工程中得到应用，但因为钢波纹管涵洞是半柔性结构，受力原理是管土共同受力，需要周围的回填土能向钢波纹管涵洞提供均匀的压力或是反推力，这就需要周围回填土的密实度达到95％以上，并且回填料的强度基本一致，故该产品对周围回填土施工质量的依赖度非常高。

但是实际施工时，管底与地基形成的楔型部位的回填土很难夯实，并且如果强行使用木棒捣实，会造成管体上浮或者左右偏移，如果该部位不夯实，管体就会产生形变，所以在少数工程中，采用粗砂水密法密实该部位，但此方法的成本太高，粗砂来源也会受限，故很少使用。另外，管体两侧的回填，有大约20-30厘米的厚度无法密实，因为夯实机械需要与管体保持一定安全距离，以免伤及管体。另外管体的顶部要回填土厚度达到50厘米左右时，才允许使用小型夯实机械，以免对管体有冲击伤害，这个厚度的回填土的底层是无法达到密实度要求的。综上所述，实际工程使用中，很难达到设计要求的回填质量，常造成钢波纹管涵洞出现变形等质量问题。

现有技术中，公路工程中的小口径管涵洞使用的钢筋混凝土圆管涵洞口径一般为1米、1.5米或2米，该类圆形管涵洞因为每节长度较短(一般长度为2米)，重量重，不能适应基础沉降等原因，施工质量要求高、措施多、造价高，一般情况下其基础的承载力要大于周边承载力，再设置混凝土垫层，垫层上安装管体，管节之间要密封，然后支模浇注管体与基础垫层之间的楔形部位的混凝土，然后继续支模混凝土浇注管体两侧台背，待混凝土凝固后进行两侧的结构性回填直至管顶，该种涵洞结构及施工方法周期长、工序多、人工费用高、材料费用高，并且在公路运行一定时间后，管节之间因沉降而开裂漏水等工程病害非常普遍。

上述传统的施工方法，当相邻涵洞之间的距离较近且涵洞数量较多时，涵洞将路基分为若干段，施工机械在涵洞间的工作面不大，施工机械工作效率低，另外涵洞两侧的特别回填区因靠近涵管施工要求高，施工速度慢，不利于展开大面积夯实。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的在于提供一种管道施工的回填结构；本发明的第二目的在于提供一种管道的施工方法。

技术方案：本发明为实现上述发明目的，公开一种管道施工的回填结构，管道铺设在开设于夯实路基表面的基坑坑底；管道与基坑内壁之间填充流态自密实速凝灌注介质，流态自密实速凝灌注介质顶面高度高于管道管顶。

优选的，基坑顶部设置阶梯状槽。

优选的，基坑的坑底为弧形面。

优选的，基坑宽度大于管道外径10厘米；所述的管道铺设在基坑坑底时，基坑顶部开口距离管顶高度不小于20厘米。

优选的，管道采用若干段管道段拼接制成。

优选的，流态自密实速凝灌注介质采用水泥土或发泡混凝土或混凝土砂浆。

优选的，水泥土原材料包括基坑弃土和水泥以及其他添加剂。

进一步的，当在夯实的路基表面挖掘形成的基坑的坑底为弧形面时，一般情况下基坑的竖直截面其坑底边缘为半圆形，坑底边缘所在的圆直径大于管道外径，当管道铺设在基坑坑底时，在重力作用下，管道和管道底部的垫块会自动滑至坑底的中心位置，有利于管道定位。向管道与基坑内壁之间注入的流态自密实速凝灌注介质能够自密实填充波纹管和基坑内壁之间的全部空隙，包括波纹管底部与基坑底面之间的楔形空隙。

进一步的，基坑的半圆形坑底相比与侧壁垂直的平直坑底结构更加稳定，不易坍塌。

进一步的，利用挖掘出的基坑弃土和高标号水泥制成的水泥土作为流态自密实速凝灌注介质能够极大降低材料成本和施工成本，经济环保。利用基坑弃土和高标号水泥制成的水泥土强度不小于0.6Mpa。

进一步的，管道在通过在工厂切割分段后运输至施工现场，通过在现场沿拼接缝按顺序原位焊接形成连续的管道后置入基坑内。

进一步的，流态自密实速凝灌注介质注入基坑后，流态自密实速凝灌注介质在顶部的厚度不小于20厘米，此时介质凝固后的强度能够保护管道在后续施工时免受大型夯实机械破坏。

进一步的，基坑的顶部侧壁为阶梯状，阶梯状的基坑顶部使浇注完成后管道上方的介质层宽度增加，管道上方的位于基坑阶梯状结构内的介质层下方有夯实路基支撑，有利于减少后续管道上方大型夯实机械对管道的冲击或损坏。基坑顶部阶梯深度根据基坑深度以及管道直径确定。

本发明公开了一种管道的施工方法，该方法包括步骤如下：

(1)在基坑规划路径旁将多节管道组装连接成一整条管道，管道结构应满足整体管道起吊所需的连接强度；

(2)在目标位置挖掘形成基坑，并在目标时间内将多节管道连接完成的整条管道一次性整体吊入基坑；

(3)在管道左右两侧肩部及底部位置铺设垫块，对管道的直线度及水平度进行调整；

(4)在管道上部设置抗上浮装置后，由单侧向管道与基坑侧壁缝隙注入流态自密实速凝灌注介质，流态自密实速凝灌注介质由管道底部向另一侧溢出，直至介质灌注高度超出管道肩部时，停止第一次浇注；

(5)当第一次浇注的流态自密实速凝灌注介质固化后，撤除抗上浮装置，将流态自密实速凝灌注介质浇注在管道顶部，直至流态自密实速凝灌注介质将管道外表面完全包覆。

优选的，步骤(2)完成基坑挖掘后，在4小时内将管道一次性整体吊入基坑。

优选的，抗上浮装置为限位钢架或铺设在管道管顶的沙土袋。

优选的，流态自密实速凝灌注介质将管道外表面完全包覆后，流态自密实速凝灌注介质在顶部的厚度不小于20厘米。。

优选的，当管道铺设在基坑内后，若基坑顶部距离管道管顶距离小于20厘米，则在基坑两侧支架用于在管道上方浇注流态自密实速凝灌注介质的模板。

进一步的，与传统的施工方式不同，当路基施工到管道的设计位置的底部时，不进行管道的施工，而是继续向上施工并夯实路基，当夯实路基高度超过涵洞顶部设计位置至少20厘米时，使用专用挖沟机械开挖管道基坑。挖沟机械挖出的底面为圆弧形的基坑后对基坑侧壁和底面进行清理并压实，基坑按照设定长度一次性挖通；挖通的基坑深度超过管道直径至少20厘米，基坑宽度大于管道直径不超过10厘米。底面为圆弧形的基坑可以减少对周围土体的扰动，减少周围土体的松动。基坑挖掘后，在4小时内将管道吊入基坑并浇注流态自密实速凝灌注介质，能够防止基坑长时间空置后土体松动或塌陷。

进一步的，通过在夯实路基上开挖基坑代替现有技术中的回填土回填有利于提高以管道高度为厚度部分的路基的施工速度，也有利于该厚度路基施工时施工机械工作面的展开。

进一步的，可以将工厂预制的若干管道段沿拼接缝焊接形成连续的整条管道，整条管道的长度达到该道管道设计的总长度，利用多台起重设备一次性将连接完成的整条管道置入基坑内，完成管道的铺设，拼接形成连续的整条管道其管道连接处的强度应该能够满足整条管道起吊的吊装要求。

进一步的，管道铺设完成后，第一次浇注阶段可以由管道单侧浇注流态自密实速凝灌注介质，直至流态自密实速凝灌注介质将管道底部与基坑之间的楔形空间完全密实填充，同时凝固后的流态自密实速凝灌注介质与管道紧密结合，对管道初步限位同时增加了其配重。

当管道采用钢波纹管时，由于钢波纹管外壁呈螺旋波纹状，且管道下方设置有垫块，此时管道与基坑底面之间存在间隙，从一侧浇注的流态自密实速凝灌注介质会通过间隙溢流至另一侧，直至钢波纹管涵洞另一侧液面能够完全覆盖钢波纹管涵洞底部外壁与基坑底面之间的间隙，等流态自密实速凝灌注介质凝固后完成与波纹管的紧密结合。通过单侧注入、由下至上溢流填充的方法可以使灌注介质内部不会产生气泡以及空洞。

后续的浇筑过程可以由管道两侧分次浇注，两侧依次浇注能够防止同侧一次浇注过多对管道产生挤压，造成浇注质量下降。最终浇注至超过管道管顶20厘米处停止。凝固后的流态自密实速凝灌注介质与周围已夯实的回填土一起，形成对管体的整体包覆，结构的顶部可以直接摊铺一层路基层，并可使用大型夯实机械夯实。底面为弧形的基坑能够减少流态自密实速凝灌注介质的使用量和工程量。

当基坑深度无法满足基坑深度超过管道直径20厘米时，可以通过在基坑上方两侧支架模板，并向支架的模板内浇注流态自密实速凝灌注介质，当流态自密实速凝灌注介质凝固后，可以在管道上方形成足够厚度的介质层，完成对管道的保护，在基坑上方两侧支架的模板高度可以根据基坑深度以及管道直径确定，保证管道上方的介质层厚度大于20厘米。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明所述技术方法通过在夯实路基上直接挖掘形成基坑，将管道置于底面为圆弧形的基坑内，并向管道周围注入流态自密实速凝灌注介质，待其凝固后，完成对管道周围所有部位的密实回填，尤其是管道底部与基坑之间的楔形空间。凝固后的流态自密实速凝灌注介质将管道整体包覆，能够对管道整体进行保护，充分发挥管道的优越性能。另外，基坑内流态自密实速凝灌注介质的灌注方法可以保证灌注介质内部不会有气泡以及空洞。

附图说明

图1是本发明中管道铺设在基坑内的竖直截面结构示意图；

图2是图1中A-A截面结构示意图；

图3是本发明中第一次浇注后流态自密实速凝灌注介质位置示意图；

图4是本发明中流态自密实速凝灌注介质浇注至设定高度时的结构示意图；

图5是本发明中基坑侧壁阶梯状结构示意图；

图6是本发明中基坑上方支架模板结构示意图；

图7是现有技术中利用回填土对管道回填的结构示意图；

图8是现有技术中钢筋混凝土圆管涵洞回填结构示意图。

具体实施方式

现有技术中，对于管道涵洞通过周围的回填土进行回填施工，如图7所示，但是实际施工时，管道4和路基1之间的楔型结构7内的回填土8很难夯实，会导致施工难度和施工成本极大提高，施工质量难以保证。而混凝土圆管涵洞12由于重量重、不能适应基础沉降的原因，需要预先铺设混凝土垫层9，在混凝土垫层9上铺设混凝土圆管涵洞12，将各节混凝土圆管连接处密封后，支模浇注混凝土圆管涵洞12底部与混凝土垫层9之间的楔型部位浇注砼10，待其凝固后，继续支模混凝土浇注混凝土圆管涵洞12管体两侧的混凝土台背11，待混凝土凝固后利用回填土8进行两侧的结构性回填直至管顶，如图8所示。

针对上述现有技术中的缺陷，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

一种管道施工的回填结构，如图1所示，在已经预先夯实路基1上按照设定的延伸方向挖掘形成基坑2，路基1的厚度超过管道4的外径。基坑2的坑底面为半圆形的弧形面3，基坑2的最深深度大于管道4外径20厘米，基坑2的宽度大于管道4外径10厘米。

管道4铺设在基坑2的底部，管道4的外壁与基坑2的内壁之间填充流态自密实速凝灌注介质5，填充于基坑2内的流态自密实速凝灌注介质5的顶面高度高于波纹管4管顶20厘米。流态自密实速凝灌注介质5凝固后与周围已经夯实的路基结构，对管道4完成整体包覆。

本实施例中，管道4采用在工厂预制的方式制造，为了方便运输，管道在工厂中截成设定长度的管道段，并按照顺序标注，运输到现场后按照设计长度和延伸方向，将管道按切割顺序排列，并沿拼接缝13原位焊接形成连续的整条的管道4，将连续的整条波纹管4铺设在基坑2的底部，如图2所示。

进一步的，流态自密实速凝灌注介质5可以采用水泥土或发泡混凝土或混凝土砂浆。本实施例中流态自密实速凝灌注介质5采用水泥土，所述的水泥土制造原料包括高标号水泥和基坑2挖掘产生的泥土以及其他添加剂，所得的水泥土强度不低于0.6MPa。

本实施例中，管道4被流态自密实速凝灌注介质5整体包覆后，利用回填土将基坑2的剩余空间进行回填，直接使用大型夯实机械夯实后，在路基1表面铺设路面6。

进一步的，如图5所示，基坑的顶部侧壁设置阶梯状槽14，阶梯状槽14的宽度大于基坑2底部的宽度，设置有阶梯状槽14的基坑2使浇注完成后管道4上方的介质层宽度增加，管道4上方的位于阶梯状槽14内的介质层下方有夯实路基1支撑，有利于减少后续管道4上方大型夯实机械对管道的冲击或损坏。基坑2顶部阶梯状槽14深度根据基坑2深度以及管道4直径确定。

本实施例进一步公开了一种管道的施工方法，该方法包括步骤如下：

(1)当路基施工到管道铺设的设计位置的底部时，不进行管道的铺设施工，而是继续向上施工并夯实路基，直至路基高度超过管道位置20厘米时，停止路基增厚作业，开挖基坑前，在基坑设计位置周围将工厂预制的若干管道段沿拼接缝焊接形成连续的整条管道，完成管道拼装后，利用带有弧形挖刀的专用挖掘机对在路基表面挖掘形成基坑，基坑底面为半圆形的弧形面，基坑2的最深深度大于管道4外径20厘米，基坑2的宽度大于管道4外径10厘米；对基坑弧形底面和侧壁进行清理并压实。基坑挖掘一次性挖通，并按照设计延伸方向达到设计长度。

(2)完成基坑挖掘4小时内，利用多台起重设备一次性将连接完成的整条管道吊入基坑，通过在管道左右两侧肩部及底部位置铺设垫块，对管道的直线度及水平度进行调整。

(3)在管道上部设置抗上浮装置后，由单侧向管道与基坑侧壁缝隙注入流态自密实速凝灌注介质，流态自密实速凝灌注介质由管道底部向另一侧溢出，直至介质灌注高度超出管道肩部时，停止第一次浇注，如图3所示。

(4)当第一次浇注的流态自密实速凝灌注介质固化后，撤除抗上浮装置，将流态自密实速凝灌注介质由管道两侧分次浇注，每次没侧浇注高度20厘米，直至流态自密实速凝灌注介质将管道外表面完全包覆，如图4所示。

(5)向管道上方继续浇注介质，直至超过管道管顶20厘米，停止浇注，待其凝固后，如果基坑上方还存在未填充空间，利用回填土对剩余空间进行填充并夯实。

(6)在路基表面铺设形成路面。

本实施例中，抗上浮装置为限位钢架或铺设在管道的沙土袋，无论是采用限位钢架还是沙土带，均是为管道提供向下的压力，防止在注入流态自密实速凝灌注介质后管道管体上浮。

当挖掘的基坑底面为圆弧面时，使基坑结构更稳定、不易坍塌，减少了挖掘量的同时，减少了对周围土体的扰动，圆弧的基坑底面还有利于管道的定位。利用流态自密实速凝灌注介质对管道整体包覆后，该结构的顶部可以直接摊铺路基层，并可使用大型夯实机械夯实。

本实施例中，由于路基厚度不足等缺陷造成基坑深度无法满足基坑深度超过管道直径20厘米时，在基坑上方两侧支架模板15，并向支架的模板15内浇注流态自密实速凝灌注介质，如图6所示，当流态自密实速凝灌注介质凝固后，可以在管道4上方形成足够厚度的介质层，完成对管道的保护，在基坑上方两侧支架的模板高度可以根据基坑深度以及管道直径确定，保证管道上方的介质层厚度大于20厘米。

综上可知，本发明所述的管道施工的回填结构及施工方法能够保证圆形管道周围所有部位的回填密实度，特别能够保证管道底部楔形结构空间内的回填密实度，对管道进行周密的保护，使管道的优越性能得到充分发挥。在路基上直接挖掘形成基坑铺设管道相比与回填土整体回填，能够提高施工速度和施工质量，有利于施工时机械工作面展开。同时挖掘基坑产生的弃土能够作为流态自密实速凝灌注介质的原材料，实现就地取材，即环保，又能降低材料成本和施工成本。

Claims (12)

1.一种管道施工的回填结构，其特征在于：管道(4)铺设在开设于夯实路基(1)表面的基坑(2)坑底；管道(4)与基坑(2)内壁之间填充流态自密实速凝灌注介质(5)，流态自密实速凝灌注介质(5)顶面高度高于管道(4)管顶。

2.根据权利要求1所述的一种管道施工的回填结构，其特征在于：所述的基坑(2)顶部设置阶梯状槽(14)。

3.根据权利要求1所述的一种管道施工的回填结构，其特征在于：所述的基坑(2)的坑底为弧形面。

4.根据权利要求1所述的一种管道施工的回填结构，其特征在于：所述的基坑(2)宽度大于管道(4)外径10厘米；所述的管道(4)铺设在基坑(2)坑底时，基坑(2)顶部开口距离管顶高度不小于20厘米。

5.根据权利要求1所述的一种管道施工的回填结构，其特征在于：所述的管道(4)采用若干段管道段拼接制成。

6.根据权利要求1所述的一种管道施工的回填结构，其特征在于：所述的流态自密实速凝灌注介质(5)采用水泥土或发泡混凝土或混凝土砂浆。

7.根据权利要求6所述的一种管道施工的回填结构，其特征在于：所述的水泥土原材料包括基坑(2)弃土和水泥。

8.一种管道的施工方法，其特征在于：该方法包括步骤如下：

(1)在基坑规划路径旁将多节管道组装连接成一整条管道，管道结构应满足整体管道起吊所需的连接强度；

(2)在目标位置挖掘形成基坑，并在目标时间内将多节管道连接完成的整条管道一次性整体吊入基坑；

(3)在管道左右两侧肩部及底部位置铺设垫块，对管道的直线度及水平度进行调整；

(4)在管道上部设置抗上浮装置后，由单侧向管道与基坑侧壁缝隙注入流态自密实速凝灌注介质，流态自密实速凝灌注介质由管道底部向另一侧溢出，直至介质灌注高度超出管道肩部时，停止第一次浇注；

(5)当第一次浇注的流态自密实速凝灌注介质固化后，撤除抗上浮装置，将流态自密实速凝灌注介质浇注在管道顶部，直至流态自密实速凝灌注介质将管道外表面完全包覆。

9.根据权利要求8所述的一种管道的施工方法，其特征在于：所述的步骤(2)完成基坑挖掘后，在4小时内将管道一次性整体吊入基坑。

10.根据权利要求8所述的一种管道的施工方法，其特征在于：所述的抗上浮装置为限位钢架或铺设在管道管顶的沙土袋。

11.根据权利要求8所述的一种管道的施工方法，其特征在于：流态自密实速凝灌注介质将管道外表面完全包覆后，流态自密实速凝灌注介质在顶部的厚度不小于20厘米。

12.根据权利要求11所述的一种管道的施工方法，其特征在于：当管道铺设在基坑内后，若基坑顶部距离管道管顶距离小于20厘米，则在基坑两侧支架用于在管道上方浇注流态自密实速凝灌注介质的模板(15)。

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