一种采煤塌陷区抗塌陷农田圆管涵洞的制作方法

本发明涉及一种采煤塌陷区抗塌陷农田圆管涵洞，主要用于北方山丘区采煤形成的沉陷区内的农田排水。

背景技术：

我国是世界上生产和消耗煤炭最多的国家，采煤方式可以分为：露天开采和井工开采，其中井工开采占总产量的90％左右。井工开采可能导致地表出现裂缝、塌陷等土地破坏，在采空区形成采煤塌陷地。据统计，我国重点煤矿出现塌陷的面积约占矿区含煤面积的十分之一。仅对地处晋东煤炭基地中心的山西省晋城市进行初步调查显示，含煤面积占土地总面积的49.5％，村庄压占煤炭资源30％左右。

塌陷造成采空区内的建筑物出现裂缝或倒塌、地下水位下降、农田被毁、道路破坏等，需要通过土地综合整治以恢复耕地生产潜力，解决人地矛盾，实现土地的可持续利用。在农田整治工程中，渠系建筑物数量众多、分布广泛，涵洞是农田渠系中常用的一种交叉建筑物。小型混凝土圆管涵由于具有受力情况良好，运输装载方便，造价较低的优点，在农田灌排体系中被广泛应用。

井工煤矿开采多为多煤层开采，这种开采方式具有塌陷次数多、稳定时间长的特点。但目前土地整治中农田渠系建筑物设计主要是套用现有的建筑物规格，并无建筑物抗塌陷设计的考虑。因而，急需研究一种新型的抗塌陷农田涵洞。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种采煤塌陷区抗塌陷农田圆管涵洞，具有适应地基沉降能力强、成本低、应用方便等特点，适用于北方山丘区采煤形成的沉陷区内的农田排水。

本发明采取的技术方案如下：

一种采煤塌陷区抗塌陷农田圆管涵洞，包括涵管基础和位于涵管基础之上的多个首尾依次拼接的钢筋混凝土管体，所述涵管基础和管体周围填充回填土，所述管体由多个弧形的管片围制而成，相邻的管片拼接在一起；所述管片内设置有第一钢筋网，所述第一钢筋网沿管体轴向被设置成中间宽两端窄的结构。

进一步的，所述第一钢筋网包括多对沿管体轴向设置的轴向钢筋，每对所述轴向钢筋被弯制成结构且互相对称设置，使得第一钢筋网沿管体轴向呈中间宽两端窄的结构。

进一步的，所述第一钢筋网还包括沿管体径向设置的径向钢筋和周向环绕管片设置的环向钢筋。

进一步的，在管片两端，所述轴向钢筋位于环向钢筋内侧；在管片中部，所述轴向钢筋位于环向钢筋外侧。

进一步的，两相邻所述管体的拼接端为相互配合的柔性曲折面。

进一步的，所述管体外部的拼接端下方设有柔性垫层，所述柔性垫层从上到下依次为pe膜层、沥青麻布层和第二钢筋网。

进一步的，两相邻所述管片的拼接端为相互配合的弧形面，两弧形面之间夹置有包覆薄铜片的铅板。

进一步的，两弧形面一个为凸面，一个为凹面，所述凸面半径小于凹面半径。

进一步的，所述涵管基础为粗砂垫层，所述涵管基础内埋设有土工格栅，所述土工格栅的两端向下回折返压并用u形钉与粗砂垫层固定。

进一步的，所述涵管基础底面上设有滑动层，所述滑动层由上下两层沥青油毡以及中间的云母片或滑石粉构成。

本发明的管体采用分体设计，有效增加了涵管抵抗垂直其轴向的地基沉陷能力；管体内通过采用特殊钢筋设计，增加了管体的抗塌陷能力；所述第一钢筋网沿管体轴向呈中间宽两头窄的结构，不仅增加了管体两头的配筋率，还可以将管体两头的受力传递到管体中部，增大管体两头的抗压能力。

本发明的圆管涵洞通过柔性设计，比如在管体外部的拼接端下方设置柔性垫层，用粗砂垫层作为涵管基础，在涵管基础内设置土工格栅，涵管基础底部设置滑动层等，使本发明的圆管涵洞可以适应一定的地基沉降，克服了现有采煤塌陷地圆管涵洞抗塌陷能力弱的缺陷。

附图说明

图1为本发明的采煤塌陷区抗塌陷农田圆管涵洞的横向剖面图；

图2为本发明的抗塌陷农田圆管涵洞的纵向剖面图；

图3为本发明的抗塌陷农田圆管涵洞内第一钢筋网的横向剖面图；

图4为本发明的抗塌陷农田圆管涵洞内第一钢筋网的纵向剖面图；

图5为本发明的抗塌陷农田圆管涵洞中柔性承插口的结构示意图；

图6为本发明的的抗塌陷农田圆管涵洞中管片拼接端的结构示意图；

图7为本发明的抗塌陷农田圆管涵洞中土工格栅与u形钉的结构示意图。

附图标记说明：1—涵管基础；11—基底；2—管体；21—管片；22—凸面；23—凹面；31—轴向钢筋；32—径向钢筋；33—环向钢筋；4—柔性承插口；41—o形胶圈；51—pe膜层；52—沥青麻布层；53—第二钢筋网；6—土工格栅；61—u形钉；7—滑动层；8—回填土；9—地面；10—水泥砂浆；20—沥青砂浆。

具体实施方式

以下将结合附图来详细说明本发明的实施方式，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种采煤塌陷区抗塌陷农田圆管涵洞，如图1和2所示，包括涵管基础1和位于涵管基础1之上的多个首尾依次拼接的钢筋混凝土管体2，所述涵管基础1和管体2周围填充回填土8，所述管体2由多个弧形的管片21围制而成，相邻的管片21拼接在一起；所述管体2内设置有第一钢筋网，所述第一钢筋网沿管体2轴向被设置成中间宽两端窄的结构。

具体的，本发明的管体2为进行了特别配筋设计的钢筋混凝土圆管，本发明的管体2放置于涵管基础1之上并部分嵌入涵管基础1内，所述涵管基础1为进行了柔性处理的地基，将管体2放置于涵管基础1上之后，用回填土8填充涵管基础1和管体2的四周至与地面9齐平。本发明的管体2为圆柱形管体，多个圆柱形管体首尾依次拼接形成具有一定长度的农田排水涵管。本发明的管体2为分体设计，由多个弧形的管片21围制而成，具体而言，可由2个、3个或4个弧形管片21围成，优选4个弧形管片21，相邻管片21拼接形成管体2，分体设计的管体相比整体管体来说，有效的增加了涵管抵抗垂直其轴向的地基沉陷能力。管体2轴向平行于地表下沉等值线，可以提高管体2对地表下沉的适应力。本发明的管体2内，即管片21上设置有轴向钢筋31、径向钢筋32和环向钢筋33组成的第一钢筋网，增加了管体2的抗塌陷能力。所述轴向钢筋31平行于管体2的轴向，所述径向钢筋32沿管体2的半径方向，所述环向钢筋33围绕管体2。沿管体2轴向方向上，所述钢筋被弯制成结构且两两互相对称设置使得沿管体2轴向形成中间宽两端窄的钢筋骨架，如此一来，不仅可以增加管体2两端的配筋率，还可以将管体2两端的受力传递到管体2中段，增大管体2两端的抗压能力。

在一种实施方式中，如图3和4所示，由于轴向钢筋31被弯制成结构，在管片21两端，所述轴向钢筋31位于环向钢筋33内侧，在管片21中部，所述轴向钢筋31位于环向钢筋33外侧。以环向钢筋33为支点形成力矩将管体2两端的受力传递到管体2中段，增加涵管两端的抗压能力。

如图5所示，两相邻所述管体2的拼接端为相互配合的柔性曲折面，该相互配合的柔性曲折面成“z”字形。具体的，两相邻所述管体2采用柔性承插口4连接方式，插口壁厚6～12cm、承口坡角α为15～21°，内设止胶台用于放置o形胶圈41，减少承口土压力，提高接头防漏水性能。

如图1所示，所述管体2外部的拼接端下方设有柔性垫层，此处下方是指与涵管基础接触的管体拼接端处。所述柔性垫层紧贴管体2，从上到下依次为pe膜层51、沥青麻布层52和第二钢筋网53。所述pe膜层51为两层，每层厚度为0.3mm，沥青麻布层52为三层，第二钢筋网53的规格为所述柔性垫层可以减少管体2拼接处的纵向剪切力。所述管体2除柔性垫层外的其他拼接端处采用水泥砂浆10密封防水，水泥砂浆10位于管体2的内部和外部。

如图6所示，两相邻所述管片21的拼接端为相互配合的弧形面，两弧形面之间夹置有薄铜片包覆的铅板。两弧形面一个为凸面22，一个为凹面23，即一个管体2的尾部/头部为向外凸的弧形面，另一个管体2的头部/尾部为向内凹的弧形面，两弧形面紧密抵接在一起，当填充回填土8后，使得各管片21被压实，各管片21在回填土8的作用下，形成一个牢固的整体，不会松散。所述凸面22半径小于凹面23半径，由此使得具有凸面22的管体2与具有凹面23的管体2可以有小角度的相对转动。当地基发生沿管体切线方向的沉降时，可以通过小角度的转动传递荷载，同时可以避免管顶和管侧发生裂缝而漏水。在本发明中，凸面22半径r1为0.006～0.01m，凹面23半径r2为0.007～0.013m，在两个弧形面之间夹置有4～6mm薄铜片包覆的铅板，铅板具有较强的硬度和抗腐蚀性，可以作为转动支点。薄铜片具有较低的硬度，可以起到缓冲和适应转动变形的作用。两相邻管片21的拼接端采用上述结构，有效增加了涵管抵抗沿管体切线方向地基沉陷的能力。此外，在两相邻管片21的拼接处设置有沥青砂浆20，沥青砂浆20设置于涵管的内壁和外壁上，防止排水过程中水从拼接端的缝隙渗入涵管内。

本发明对所述涵管基础1进行了柔性处理，所述涵管基础1采用粗砂垫层，并分层压实，密实系数为0.93-0.96，这样可以减少地基沉降对管体的影响。所述涵管基础1内距离其基底11每15-30cm铺设一层双向拉伸刚塑土工格栅6，所述土工格栅6采用5cm×5cm网格尺寸、幅宽6m,两端向下回折返压，返压长度为2m，并用钢筋制作的u形钉61与粗砂垫层固定，u形钉61间距为50-75cm，按正方形布置(如图7所示，其中另一端的向下回折返压未显示出来)。通过设置土工格栅6，提高地基承载力，减少地基的不均匀沉降。

所述涵管基础1的基底11上设置一滑动层7，所述滑动层7上下两层为沥青油毡，沥青油毡之间夹置有云母片或滑石粉，滑动层7的施工方法为：先将涵管基础1的底面整平并碾压，然后用50mm厚水泥砂浆找平、压光，其平整度为1‰，找平层充分凝固硬化后，上铺两层沥青油毡，中间夹云母片或滑石粉，形成水平滑动层7，这样可以提高涵管适应地基水平变形的能力。

施工时，先将开挖好的基坑的底部整平并碾压，然后用50mm厚水泥砂浆找平、压光，其平整度为1‰，找平层充分凝固硬化后，上铺两层沥青油毡，中间夹云母片或滑石粉，形成水平滑动层7；然后在基坑中回填粗砂,采用分层压实，形成涵管基础1；同时在涵管基础1内部，距离其基底11每15-30cm铺设一层双向拉伸钢塑土工格栅6。土工格栅6的规格为5cm×5cm网格尺寸、幅宽6m,两头回折返压,反压长度2m,端部向内侧回折2cm，并采用钢筋制作的u形钉61将其与粗砂垫层固定,u形钉61间距为50cm,按正方形布置；随后在其上铺设由0.3mmpe膜2层、沥青麻布3层、第二钢筋网53形成的柔性垫层；其后吊装预制好的具有特殊配筋的涵管管体2，并对管片21拼接端周围涂抹3cm厚m10水泥砂浆10，做好密封防水处理；最后填充回填土8掩埋该结构至与地面9齐平。

本发明在现有的钢筋混凝土涵洞基础上进行了柔性处理，本发明的管体2为进行了特别配筋设计的钢筋混凝土圆管，管体2由四个管片21拼接而成，管片21拼接端凹面23和凸面22相互配合，可以相对转动，管体2与管体2之间由柔性承插口4连接，涵管基础1为采用分层夯实的柔性地基，在涵管基础1内部铺设土工格栅6，在涵管基础1底部铺设一道滑动层7，在管体2与管体2接头下方设置柔性垫层，预制涵管安放在涵管基础1和柔性垫层之上。本发明的钢筋混凝土涵洞为一种预制装配式钢筋混凝土涵洞，它的管体2是在工厂预制，现场将其吊装装配，然后现浇混凝土挡土墙形成整体。从而实现了预制构件预先在工厂生产好，应用方便、成本低，同时适应一定的地基沉降的目的，克服了现有技术的不足，适用于北方山丘区采煤形成的沉陷区内的农田排水涵洞。

采用本发明的方法设计的小型圆管涵，经监测地表塌陷高差25cm，小型圆管涵结构未受破坏，已经达到了抵抗25cm不均匀塌陷的水平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。