采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于涵洞技术领域，具体是涉及一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]在国内公路铁路建设中，涵洞占有较大的比例。目前绝大部分涵洞设计采用钢筋混凝土或圬工结构。涵洞圬工量大，施工繁琐、工期长。在复杂的地质条件下，地基处理和基础工程所占工程量较大，施工困难。由于一些结构适应地基变形能力较差，当地基出现不均匀变形时，将引起混凝土结构的开裂和变形缝渗漏，影响涵洞的功能及寿命，严重者影响到路基的承载力和路面的使用性能，维修费用巨大。
[0003]波纹钢板桥涵技术在国内目前还是一个新的领域。与其他材料预制品相比，波纹钢板具有截面小、柔性好、重量轻、便于存放和运输、施工工艺简单、组装快捷、施工工期短等优点，是一种在桥涵建设中具有较大推广潜力的新型产品。从已公开的专利技术来看，现有研究大多是围绕解决波纹钢管涵洞(特别是大孔径波纹钢板涵洞)的拼接和组装方法方面的内容。
[0004]目前在国内，波纹钢板桥涵技术，特别是大孔径波纹管涵洞以及多孔波纹管涵洞工程技术还不十分成熟，在建造和使用方面，仍然存在许多问题:
[0005]1、采用波纹钢板与砂砾构筑而成的覆土波纹钢板桥涵，主要依靠柔性波纹钢板拱壳附近填土的被动土压力的支撑，实现结构的稳定。如果拱壳顶部或两侧土层厚度较小，拱壳周围填土由于缺乏足够的约束，抗剪强度较低，施工和运营期间，在拱壳挤出力作用较大的位置，拱壳结构将会发生较大的变形，甚至失稳。为扩散施工机械荷载及行车荷载产生的应力，防止波纹钢板拱壳产生过大的变形，保证施工和运营期间波纹钢板拱壳的稳定，美国和加拿大以及国内的规范或指南中规定，应根据桥涵跨径，满足一定的最小填土厚度的要求。然而最小填土厚度限制了波纹管和波纹钢板涵洞的应用范围。在一些路基填土高度受限地段的桥涵设计中，只能采用箱式涵洞或盖板明涵及小桥。美国专利US专利4563107公开一种波纹板拱壳-翼梁结构系统，试图通过在拱壳顶部布设翼板梁扩散行车荷载应力，防止钢板拱壳失稳。但是，由于普通砂石材料填筑的路堤下部地基承受的荷载远高于拱壳底部地基承受荷载，严重的路-桥差异沉降常常导致翼板与其下方的填土脱离，进而出现翼板脱空和折断病害，使用效果并不理想。
[0006]2、金属波纹管涵洞，特别是大孔径波纹钢板涵洞，顶部和两侧填土难以压实，采用一般压实机械接近涵管压实，会导致涵洞横断面发生较大的变形;如果涵洞两侧压实工艺不合理、压实度不均匀，涵洞纵轴线常常出现较大横向偏移;而采用小型机械夯实及人工夯实，施工效率较低。
[0007]3、从低路堤设计角度出发，对于宽浅季节性河流，许多设计者倾向于采用多孔涵洞代替中小桥梁。从泄洪角度考虑，多孔涵洞设计，应尽量缩小波纹管间的净间距，以保证排水畅通。从施工角度考虑，采用多孔涵洞显然增加了管间填料的施工难度。而从设计角度分析，对于大孔径涵洞，相邻钢板拱壳之间间距过小，钢板拱壳之间如果仍然采用土作为填充材料，当填料厚度过薄时，施工和运营期间，在施工机械和车辆荷载作用下，钢板拱壳变形对相邻钢板拱壳稳定性会造成不利影响。
[0008]4、从目前波纹管涵洞运营状况调查结果来看，波纹管两侧或地基中经常出现渗漏、土颗粒流失和脱空问题，影响到涵洞和路基的承载力。特别对于多孔涵洞，由于地基不均匀变形以及涵管之间变形不协调以及缺乏必要连接，常常导致涵管之间的填充材料出现开裂，并发生冲蚀破坏，内部缺陷和空洞不断扩展，使得渗漏问题进一步恶化。
[0009]5、通常认为，波纹管涵洞具有较强的适应地基变形能力，所以，在设计和施工中往往会忽略涵洞地基处理。在软弱地基或高路堤工况下，涵洞中部沉降量较大，由此会导致涵身“塌腰”病害和涵洞内积水及严重淤积问题，整治难度较大。特别是在寒冷地区，涵洞内部积水冻结成冰，使得春融季节路基上侧融化雪水不能顺利排除，影响到路基的稳定性。尽管一些工程在新建涵洞工程中采取地基换填和涵底预留拱度等技术措施，病害问题得以缓解，但是，涵洞不均匀沉降问题仍然没有得到根本解决，涵洞纵向顺直性较差。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构。该涵洞结构具有重量轻、对地基承载力要求低、适应地基变形能力强、力学稳定性好等优点，可有效解决在施工中涵洞波纹钢板周围填土难以压实的问题，适用于建造各种孔径的单孔、双孔或多孔涵洞。
[0011]为实现上述目的，本发明采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构采用的技术方案是:采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构，其特征在于:包括涵洞基础、由波纹钢板组装而成的多个过水结构、位于所述过水结构上方和两侧的填充体以及位于所述填充体上方的路面;所述过水结构包括沿水流方向布设的多个钢板拱壳单元，多个钢板拱壳单元依次搭接连接，所述钢板拱壳单元由多个单片波纹钢板依次搭接连接，相邻两个所述单片波纹钢板通过穿过其搭接部的第一连接件相连接，相邻两个所述钢板拱壳单元通过穿过其搭接部的第二连接件相连接;所述第一连接件包括第一锚固段和第一螺纹连接段，所述第一锚固段伸入所述填充体的一端设置有第一锚接弯钩，所述第一锚固段的另一端与所述第一螺纹连接段的一端相连接，所述第一螺纹连接段的另一端从相邻两个单片波纹钢板的搭接部穿出，所述填充体内设置有旋套在所述第一螺纹连接段上的第一内螺母，所述填充体的外侧设置有旋套在所述第一螺纹连接段上的第一外螺母，所述第一外螺母远离单片波纹钢板的一侧设置有旋套在所述第一螺纹连接段上的第一锁紧螺母。
[0012]上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构，其特征在于:所述第二连接件包括第二锚固段和第二螺纹连接段，所述第二锚固段伸入所述填充体的一端设置有第二锚接弯钩，所述第二锚固段的另一端与所述第二螺纹连接段的一端相连接，所述第二螺纹连接段的另一端从相邻两个钢板拱壳单元的搭接部穿出，所述填充体内设置有旋套在所述第二螺纹连接段上的第二内螺母，所述填充体的外侧设置有旋套在所述第二螺纹连接段上的第二外螺母，所述第二外螺母远离钢板拱壳单元的一侧设置有旋套在所述第二螺纹连接段上的第二锁紧螺母。
[0013]上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构，其特征在于:所述过水结构为管涵，所述涵洞基础的下部布设第一加强钢筋网。
[0014]上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构，其特征在于:所述涵洞基础和填充体均由泡沫混凝土分层浇筑而成，所述涵洞基础与填充体之间以及相邻两层填充体之间均布设有第二加强钢筋网。
[0015]上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构，其特征在于:所述涵洞基础下方设置有用于置换软土地基的泡沫混凝土基础，所述填充体伸入路基的长度由上向下逐渐增大形成台阶式过渡段。
[0016]上述的采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构，其特征在于:所述过水结构为拱涵或箱式涵洞，所述过水结构靠近填充体的一侧壁上设置有多个拱肋，多个所述拱肋沿过水结构的水流方向间隔布设。
[0017]为了快速、有效的完成上述涵洞结构的施工，本发明还提供了一种采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构的施工方法。本发明采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构的施工方法采用的技术方案是:一种如上述采用泡沫混凝土和波纹钢板的多孔涵洞结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一、涵洞基础施工:在地基上支模并浇筑泡沫混凝土以制成涵洞基础；
[0018]步骤二、过水结构施工:每个过水结构