采用hdpe缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于涵洞结构技术领域，具体是涉及一种采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构和施工方法。
【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。圆管涵虽然具有横断面受力条件好、整体性强等优点，但是，在涵洞纵向接头多，适应地基变形能力较差，当地基出现不均匀变形时，将引起管节脱开或错牙，进而导致渗漏问题，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，出现病害后维修难度较大。
[0003]金属波纹管涵洞由于具有安装方便，适应地基变形能力强等优点，近年来在国内一些地区得到一定程度的应用。但是，钢材的锈蚀问题一直是制约波纹钢管涵洞在高等级公路及干线铁路上推广应用的重要因素。尽管工厂在波纹钢板或钢管制作过程中已经采用镀锌技术措施对管壁表面做了防腐处理，一些工程在涵管安装时又在涵管表面涂刷了涂料和沥青防腐层，但是，由于涵洞使用环境较为潮湿，一些地区河流及土壤中易溶盐等腐蚀性物质含量较高，常常导致涵洞钢板严重锈蚀，影响到涵洞的长期性能。而一些河流泥沙含量较高，对涵洞内壁产生了强烈的磨损作用，部分运营多年涵洞的底部已经磨穿，出现渗漏和冲蚀病害，影响了涵洞的承载力性能。
[0004]高密度聚乙烯(HDPE)缠绕增强管具有柔韧性好、耐老化、寿命长、抗震性能好、重量轻、运输和安装便捷等优点，其环刚度等级可达10KN/m2以上，近年来在市政建设领域给水排水工程中已经得到了一定程度的应用。如果将其应用于公路涵洞工程领域，与钢筋混凝土圆管涵洞相比，高密度聚乙烯增强管具有接头少、适应地基变形能力强等优点，可有效地避免钢筋混凝土圆管涵洞管节之间的脱开、错牙、渗漏等病害，另外，由于重量轻，便于运输和安装，是替代传统涵洞产品的优良选择;与金属波纹管涵洞相比，高密度聚乙烯增强管内壁光滑，对于液体流动的阻力小，并且更适合于在侵蚀-磨蚀环境条件下使用。
[0005]公路涵洞管径较大，与市政给水排水管道在管材受力条件和回填材料密实度及变形要求等方面均有一定差别。如果涵管在路基和行车荷载作用下产生较大的变形，则会对路基路面的性能产生不利影响。所以，将高密度聚乙烯增强管用于公路桥涵工程领域，若直接采用市政工程的在高密度聚乙烯增强管周围填筑普通砂砾做法，还存在一些技术问题。应采取措施着重解决高密度聚乙烯增强管周围填料承载力及高密度聚乙烯增强管环刚度等方面的问题，特别应解决在大孔径涵洞以及多孔涵洞工况条件下涵管结构的稳定性问题。
[0006](I)高密度聚乙烯增强管和金属波纹管都属于柔性管，高密度聚乙烯增强管环刚度还低于金属波纹管。对于采用柔性管与砂砾构筑而成的覆土涵洞，当柔性管受外压荷载作用时，柔性管在破坏前，先横向外扩。如果在柔性管周围回填土具有足够的强度和刚度，能够阻止柔性管的变形，就对柔性管产生横向压力，同时外压荷载就可以传递和分散到周围的回填材料中去;这样柔性管和周围的回填土可以共同在承受负载(管土共同作用)。由于柔性管结构的稳定或周围回填土的强度和刚度取决于填土的密实程度和被动土压力大小，如果拱壳顶部或两侧土层厚度较小或压实不均匀，拱壳周围填土局部位置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或密实度较低的位置，拱壳结构将会发生较大的变形或产生较大的弯曲应力，甚至失稳。另外，如果采用砂砾材料作为柔性管周围的回填材料，利用砂砾材料的被动土压力实现柔性管的结构稳定，往往会导致在排水构筑物在施工和运营期间产生较大的变形。市政工程给水、排水柔性管道设计规程要求，管道在外压荷载作用下的竖向变形不得大于管截面计算直径的5%。公路涵洞，特别对于涵顶填土高度较小的大孔径涵洞，如果竖向变形率达到这个数量，将会严重影响路基路面的使用性能。
[0007](2)柔性管，特别是大孔径柔性管的顶部和两侧填土难以压实，采用一般压实机械靠近涵管压实，会导致涵管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。
[0008](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，应尽量缩小涵管间的净间距，以保证排水通畅。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。发明专利201410141379.8公开了一种小净距多孔大直径圆管涵洞管周填料夯实机具。从该专利的设备组成和机械原理来推测，仅能用于相邻管壁间距大于0.4m宽度的(小孔径)涵洞的填土夯实。而从设计角度分析，对于大孔径涵洞，相邻涵管之间间距过小，柔性管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，柔性管变形对相邻柔性管稳定性会造成不利影响。
[0009](4)通常认为，柔性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HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构。该涵洞结构的自重轻，对地基承载力要求低，可以有效解决涵管不均匀沉降和涵管塌腰问题。适合于在腐蚀、磨蚀的环境条件下使用。
[0011 ]为实现上述目的，本发明采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构采用的技术方案是:采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构，其特征在于:包括涵管基础、涵管、位于涵管两侧和上方的填充体，以及位于填充体上方的路面，所述填充体为泡沫混凝土填充体;所述涵管包括首尾顺次连接多个HDPE缠绕增强管，相邻两个所述HDPE缠绕增强管连接处的内侧卷绕设置有环形钢带，所述环形钢带与HDPE缠绕增强管之间设置有防渗密封结构，所述环形钢带上设置有用于对其施力进而使环形钢带、防渗密封结构和HDPE缠绕增强管紧密贴合的密封加强装置。
[0012]上述的采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构，其特征在于:所述密封加强装置包括第一角钢、第二角钢和螺栓，所述第一角钢和第二角钢相对设置且均焊接在所述环形钢带上，所述环形钢带的两端相互搭接，所述第二角钢设置在环形钢带搭接部位的内侧端头处，所述第一角钢设置在所述第二角钢的上方，所述螺栓的头部与所述第一角钢的上表面相抵接，所述螺栓依次穿过所述第一角钢上的光孔和第二角钢上的光孔，所述螺栓上套有用于对所述第二角钢施力以使第一角钢和第二角钢相互远离的驱动螺母，所述驱动螺母与第二角钢的上表面紧密接触配合，所述螺栓上套有与第一角钢的下表面接触配合的锁紧螺母，所述第一角钢卡在所述锁紧螺母与螺栓的头部之间。
[0013]上述的采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构，其特征在于:所述涵管基础采用泡沫混凝土现浇制成。
[0014]上述的采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构，其特征在于:所述HDPE缠绕增强管的一端设置有第一接头，所述HDPE缠绕增强管的另一端设置有第二接头，相邻两个所述HDPE缠绕增强管中一个HDPE缠绕增强管的第一接头位于另一个HDPE缠绕增强管的第二接头的内侧并相互连接。
[0015]上述的采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构，其特征在于:所述第一接头上设置有多个第一凹槽和第一凸棱，所述第二接头上设置有多个第二凹槽和第二凸棱，所述第一凸棱与第二凹槽卡接配合，所述第二凸棱与所述第二凹槽卡接配合。
[0016]上述的采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构，其特征在于:所述填充体内和涵管基础内均设置有钢筋网。
[0017]上述的采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构，其特征在于:所述防渗密封结构采用止浆带或密封圈制成。
[0018]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HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构的施工方法。本发明一种采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构的施工方法采用的技术方案是:一种上述采用HDPE缠绕增强管和泡沫混凝土的涵洞结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0019]步骤一、涵管基础施工:在地基上支模并浇筑泡沫混凝土以制成涵管基础；
[0020]步骤二、安装涵管:在涵管基础上将多个HDPE缠绕增强管依次拼接成涵管，相邻两个HDPE缠绕增强管相连接，并在其连接处的内侧设置防渗密封结构，然后在两个HDPE缠绕增强管的连接处设置环形钢带，并在所述环形钢带上安装密封加强装置，并通过胀紧密封加强装置以使环形钢带、防渗密封结构和HDPE缠绕增强管紧密贴合；
[0021]在胀紧密封加强装置时，包括以下步骤:
[0022]步骤201、旋转锁紧螺母使其紧贴在第一角钢的下表面