钢波纹管涵洞的特性是柔性与高强度,同时,由于其不但具有适应地基与基础变形的能力且由于轴向波纹的存在使其更具有更加强大的抵消外力的特征。造价低和设计简单以及施工快捷方便也是短波纹管涵的优点,作为新型的涵洞类型具有广泛的应用前景。通过对铁路钢波纹管涵洞的力学性能等分析,对波纹管涵洞的设计提出了建议,同时,也对钢波纹管涵洞的施工工艺进行了论证,这更今后为钢波纹管涵洞设计提供了数据上的技术支撑。
1前言钢波纹管涵与混凝土涵在结构上有着根本不同的特性。波纹管在结构上具有横向补偿位移的优良特性,可充分发挥钢材抗拉性能强、变形性能优越的特点,能够满足多年冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等因地基不均匀变形引起的涵洞结构应力的特殊需求,具有较为广泛的应用前景2公路钢波纹管涵洞设计概要钢结构具有良好的延性,抗拉、抗压、抗剪强度较高,构件结构断面小、自重轻,施工速度快,可提供大跨度结构。1996年我国钢产量首次突破亿吨大关,1998年我国钢产量已达11434万吨,而且每年增产300万吨,2005年钢产量达3.494亿吨。钢产量的增长为发展我国建筑钢结构事业创造了极好的时机。随着科学技术水平的不断提高和我国钢材工业的发展,空间钢结构越越得到人们的青昧。空间结构是指结构的形态呈三维状态,在荷载作用下具有三维受力特性并呈空间工作的结构。平板网架、网壳以及悬索结构等空间结构在我国得到了广泛的应用,已为人们所熟悉。钢波纹管材料就是一种典型的空间结构。公路涵洞中,涵洞的不均匀沉降是其破坏的主要形式之一。从材料与结构和功能的本质关系上分析,采用柔性、高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有适应地基与基础变形的能力,可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题;而且钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征,轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变,可以更大程度上分散荷载的效应,更好地发挥钢结构的优势。尤其在多年冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等不良工程岩土地区,利用钢波纹管结构修筑涵洞更具有优势,也更具有广阔的应用前景。对特殊岩土地区,如多年冻土、膨胀土、软土、湿陷性黄土等地区,一般情况下钢筋混凝土圆管涵或盖板涵在使用过程中均出现不同程度的损坏,较严重的病害为地基或基础不均匀沉降导致涵泂破坏。这些地区钢筋混凝土圆管涵或盖板涵的使用寿命有时低于20年。而应用铜波纹管涵洞则完全可以解决因地基变形导致的涵洞破坏,同时可以减小路面因地基沉降引起的应力集中。所以,钢波纹管涵洞在上述地区更具优越性。涵管为柔性结构,有利于改善软土地基结构物与路堤交界处的″错台现象",提高行车的舒适度与安全性。
3波纹管涵洞施工工艺波纹管涵为无基涵洞,涵底砂石换填、碾压、周围回填土等施工工艺要求很高,稍有不慎在后期的运营中将会出现严重病害,危及行车安全,因此,良好的安装施工是保障钢波纹管结构安全、可靠的重要条件。其施工工艺为施工前准备→施工放样→底座施工→钢波纹管的运输与安装→进出水口处理两侧回填。3.1施工放样对施工场地进行平整,安排布置各种材料堆放场地,组织所需机械设备施工前组织测量人员根据设计文件放出管涵轴线,打好中边桩,在涵管基础范围边缘撒上白色灰线,测出原地面高程。3.2底座施工基础垫层的厚度要根据实际地质特点来确定,同时要满足地基承载力的设计要求。当埋置地点为软弱地基时,可以按路基处理的相关办法进行处理后,按正常地基埋置钢波纹管结构方法进行施工底座一般是平坦的,要求底座由相对松散的材料组成,以使钢波纹管和底座材料有效结合。与钢波纹管直接接触的材料中不能含有粒径大于75m的砾石,也不能含有冻土、高塑土和腐殖质土等。当基底土为淤泥等不良土层时,应予以换填处理。基础垫层材料采用厚50—010cm天然砂砾,密实度达到95%。涵管基础顶面采用天然砂砾找平,并按照涵管安装要求预留0.2-0.6%的预拱度。以确保管道中部不出现凹陷或逆坡。
3.3钢波纹管的运输与安装安装时,为了保护表层镀锌层,不能将钢波纹管直接从卡车上翻拉下来而应用吊车装卸或慢慢滚下来。安装前工作:检査波纹钢板管涵底部平整度、水平、标高、核对基准,确定涵管的位置、中心轴线、中点。拼装底板以中心轴线、中点为基准,第一张波纹板定位,以此为起点向两侧延伸,直至两端。圆周向搭接长度为50mm,第二张板叠在第一张板上面,对正连接孔,用套筒扳手预紧螺母。拼装环形圈:由下向上顺次拼装。轴向搭接宽度为120m,搭接部分上板覆盖下板,圆周向连接采用阶梯形即上面两块板的连接叠缝与下面两块板的叠缝错位,对正连接孔,用套筒扳手预紧螺母两侧波纹板对称安装。圆周向拼装满3片波纹板时,要测定一次截面形状,每安装5m进行一次管节的位置校正。如出现偏位,采用千斤顶在偏位的方向向上顶管节进行纠偏。管节全部拼装完成后,应检查管节位置是否符合设计要求。并在管身内侧所有钢板拼缝采用密封材料进行密封防止泄漏。最后检测其结构尺寸及防腐是否达到要求,必要时需对镀锌涂层表面涂沥青或其他防腐材料。3.4进出水口处理进出洞口管节直接加工成与路基边坡坡率相同的斜开口形式在其与河床接头处进出口地面设边坡防护,在一定范围内应采用双层浆砌片石铺砌,以防冲刷。涵管进出水口与护坡接触部位用膨胀橡胶材料止水,防止水流在涵管进、出水口与护坡接触部位漫入。洞口铺砌及护坡防护为M7.5浆砌片石,应选择几何尺寸相对长和短的石块交错在同一层使之形成错锁结构保证错缝砌筑,不得出现竖缝、通缝。
3.5两侧回填钢波纹管两侧回填质量直接关系到土体与结构相互作用体系形成受力的好坏,因此,对结构物回填必须从严要求,并重视施工过程。通常影响回填质量的主要因素包括回填材料、回填方式及压实度,钢波纹管周围的回填材料和回填方式的选择在很多方面与路基填筑基本一致,不同的是由于钢波纹管结构会对周围土体产生侧压力,所以要求结构两侧各一倍直径、上部30cm且不小于1/6直径的区域回填材料需更加密实。回填时,优先选用颗粒状材料,尽量避免选用粘性材料。为保证管底的回填质量,管底楔形块处的填筑材料采用级配良好的天然砂砾,人工用木棒在管身外向内侧进行夯实,木棒作用点必须紧贴管身,每个凹槽部位都必须夯实到位然后用小型夯实机械斜向夯实,确保管底的回填质量。结语钢波纹管涵洞不仅仅适用于多年冻土地区,而且由于其柔性好,强度高,具有很好的适应地基与地基变形的能力,所以可以解决因地基不均匀沉降导致的涵洞破坏问题。钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在,可以更大程度上分散荷载的应力集中,并且造价低,设计简单,施工工期短、费用少、有利于环保,在软土、膨胀土、湿陷性黄土等不良工程岩土地区也充分发挥钢波纹管涵洞的性质,所以具有广阔的应用前景。参考文献[1]高速公路涵洞设计浅谈,赵江辉,《山西建筑》2010年第8期.[2]熊斌辉.浅谈YTHG拼装金属波纹涵管施工工艺.中国西部科技2008(13)
