一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于涵洞加固技术领域，具体涉及一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法。
【背景技术】
[0002]在环境、荷载和不良地质条件等外在因素的作用下，并随着涵洞运营年限的增加，涵洞将会出现不同程度的结构变形、构件开裂和材料性能劣化等现象，影响到涵洞的正常使用和长期性能。一些病害较为严重的涵洞，进一步影响到路基的承载力和路面使用性能，需要及时采取措施进行修复和加固。
[0003]对于因地基承载力不足造成的涵洞结构病害，往往采取注浆等技术措施进行加固。对于因承重构件承载能力不足造成的涵洞结构病害，可采用增大结构断面尺寸(例如，增加涵台厚度、盖板涵钢筋混凝土盖板厚度和拱涵拱圈厚度)和在涵内设置支撑构件等措施进行加固；也可以通过更换或补强破损构件(例如，更换或补强钢筋混凝土盖板或涵管)或减小涵顶荷载(例如，用轻质材料或模量较小的材料置换部分涵顶填土)等方法进行修复。但是，采用更换或补强破损构件方案，对于交通繁忙路段可能会影响道路正常通行，有时还需要修筑临时通行便道;而对于涵顶填土高度较大的涵洞，需要开挖涵顶和涵侧路基，施工难度较大。因此，对于这些工况，应尽可能在涵洞内采取技术措施对涵洞进行修复加固。
[0004]近年来，波纹钢板或波纹钢管在国内新建涵洞工程中得到了一定程度的应用。由于波纹钢板或波纹钢管涵洞具有安装方便、适应地基变形能力较强等优点，并且造价适中，因而受到公路工程界的广泛欢迎。
[0005]将波纹钢板或波纹钢管用于涵洞修复与加固的技术关键在于应使波纹钢板构件与涵洞旧结构共同承受荷载作用，并协同工作。如果采用波纹钢管对既有涵洞进行加固，并考虑涵洞新旧构件共同承担荷载作用，则需要在涵台和盖板与波纹钢管之间填充具有传递荷载能力的材料。混凝土或砂浆可以作为填充材料，但是可能会造成结构设计偏于保守和不经济。如果采用成本较低、强度和稳定性较好的的砂砾作为填充材料，则需要解决填充工艺和填充材料密实性的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法。该方法以具有一定承载能力、且均匀密实的固结和固化砂作为固结砂填筑体，使波纹钢管与涵洞既有结构共同承受荷载作用，协同工作，有效地利用并提高了涵洞的承载力，达到了良好的加固效果。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0008]步骤一、在涵洞底部铺设透水垫层:在涵洞底部铺设砂砾从而形成透水垫层；
[0009]步骤二、安装补强涵管:将多个波纹钢管逐次连接形成补强涵管，并将所述补强涵管移至涵洞内，使所述补强涵管安装在所述透水垫层上，在所述补强涵管与拟加固涵洞之间形成空腔；
[0010]步骤三、砌筑内封堵墙:在所述透水垫层上位于所述补强涵管的一端砌筑第一内封堵墙，在所述透水垫层上位于所述补强涵管的另一端砌筑第二内封堵墙；
[0011]步骤四、在所述补强涵管内安装多个振动器；
[0012]步骤五、向空腔内灌注饱水砂:向所述空腔内灌注饱水砂形成固结砂填筑体，并在灌注饱水砂的过程中启动所述振动器对饱水砂进行振动，随着所述固结砂填筑体高度的增高，并将第一内封堵墙和第二内封堵墙砌筑至涵洞顶部，在砌筑第一内封堵墙和第二内封堵墙时，在所述第一内封堵墙和第二内封堵墙均预留排水孔；
[0013]步骤六、当所述固结砂填筑体的高度达到所述补强涵管的高度时，向填充补强涵管以上的空腔内灌注添加有膨胀剂的水泥砂浆，并同时启动振动器；
[0014]步骤七、砌筑外封堵墙:当所述第一内封堵墙上的排水孔无水流排出时，在第一内封堵墙的外侧设置第一外封堵墙堵第一内封堵墙上的排水孔;当所述第二内封堵墙上的排水孔无水流排出时，在第二内封堵墙的外侧设置第二外封堵墙封堵第二内封堵墙上的排水孔。
[0015]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:所述排水孔为圆孔且数量为多个，多个所述圆孔沿第一内封堵墙和第二内封堵墙的高度方向间隔布设，排水管由所述圆孔引出。
[0016]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:所述排水管与真空栗相连接。
[0017]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:当采用排水板疏干饱水砂中的水分时，所述排水孔为条形孔，当所述固结砂填筑体的高度达到所述补强涵管中部时，在所述固结砂填筑体上引出穿过所述排水孔的排水板，并在所述排水板上包裹排水土工织物。
[0018]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:所述透水垫层顶面铺设有一层透水土工织物。
[0019]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:所述第一内封堵墙的顶部和第二内封堵墙的顶部均设置有排气孔。
[0020]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:多个所述振动器两个一组沿所述补强涵管的长度方向间隔布设，每组振动器中的两个振动器均位于补强涵管内壁的下部且呈左右对称;每组振动器通过定位装置固定在所述补强涵管上。
[0021]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:所述定位装置包括第一螺纹支撑装置、第二螺纹支撑装置、第三螺纹支撑装置、第四螺纹支撑装置和第五螺纹支撑装置，以及设置在补强涵管底壁上的底壁弧形支座、设置在补强涵管顶壁上的顶壁弧形支座、设置在补强涵管左侧壁上的左弧形支座和设置在补强涵管右侧壁上的右弧形支座，每组振动器中一个振动器安装在左弧形支座上，每组振动器中另一个振动器安装在右弧形支座上，所述第一螺纹支撑装置的一端与安装在所述左弧形支座上的振动器相铰接，所述第一螺纹支撑装置的另一端与底壁弧形支座相铰接，所述第二螺纹支撑装置的一端与安装在所述左弧形支座上的振动器相铰接，所述第二螺纹支撑装置的另一端与底壁弧形支座相铰接，所述第三螺纹支撑装置的一端与安装在所述左弧形支座上的振动器相铰接，所述第四螺纹支撑装置的一端与安装在所述右弧形支座上的振动器相铰接，所述第五螺纹支撑装置的一端与顶壁弧形支座相铰接，所述第三螺纹支撑装置的另一端、所述第四螺纹支撑装置的另一端和第五螺纹支撑装置的另一端相铰接。
[0022]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:所述第一螺纹支撑装置、所述第二螺纹支撑装置、所述第三螺纹支撑装置、所述第四螺纹支撑装置和所述第五螺纹支撑装置均包括第一螺杆、第二螺杆和套管，所述套管的一端设置有用于与所述第一螺杆螺纹配合的第一螺母，所述套管的另一端设置有用于与所述第二螺杆螺纹配合的第二螺母，所述第一螺杆的螺纹旋转方向和第二螺杆的螺纹旋转方向相反，所述第一螺杆的外端和第二螺杆的外端均设置有铰接孔，所述套管上开设有便于插入杆件以驱动动套管旋转的通孔。
[0023]上述的一种用波纹钢管和固结砂加固涵洞的方法，其特征在于:步骤五中向所述空腔内灌注饱水砂时，将灌注导管从预先竖直布设在涵洞顶部路基填土上的灌注孔伸入所述空腔，然后将灌注导管与用于盛装饱水砂的容器相连接。
[0024]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0025]1、本发明以公路沿线来源丰富的砂、砾为主要加固材料作为填充材料，减少了水泥等胶凝材料的使用，降低了工程成本。该方法不必在旧涵洞构件上植筋，避免了对既有结构的损伤，并且取消了植筋、绑扎钢筋、支立模板和拆除模板等施工环节，提高了施工效率。加之，该方法是在涵洞内对涵洞进行修复加固，对现有交通影响较小，并避免了修筑便道、开挖路基等繁琐施工过程。
[0026]2、本发明通过采用振动器对补强涵管施加振动力，即通过振动器带动波纹钢管振动，使波纹钢管周围填充的饱水砂的孔隙水压力增大和液化，加速饱水砂的排水固结进程。
[0027]3、水泥浆液通过自重或注浆栗施加的压力以及真空栗施加的负压入渗到填充体内，与砂发生物理化学作用及化学作用，使填充体顶层松散材料(砂)黏结为整体，并通过膨胀砂浆的膨胀作用进一步增强填充体的密实性和承载力。
[0028]4、本发明通过在第一内封堵墙的外侧设置第一外封堵墙，同时在第二内封堵墙的外侧设置第二外封堵墙，这样能够有效的将第一内封堵墙和第二内封堵墙上的排水孔封闭，避免外界水通过所述排水孔渗入固结砂填筑体内，从而有效的保护了固结砂填筑体。