一种高填方波纹钢管涵洞的施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种高填方波纹钢管涵洞的施工方法，包括涵洞的拼装、预变形和回填。本发明的优点为该施工方法使得波纹钢管涵洞在回填过程中所受压力减小，提高了涵洞的承载力，相同的波纹钢管涵洞可以用于覆土更高的工程中，并且不易开裂损坏；充分利用波纹钢管的柔性特性并对其作预变形处理，使得回填后的涵洞保持原有形态，避免以往涵洞由圆管被挤压成扁管、甚至压塌的不利状况，同时解决了两侧回填普遍不能到达标准压实度的质量问题。
【专利说明】一种高填方波纹钢管涵洞的施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涵洞的施工方法，尤其涉及一种大口径高填方波纹钢管涵洞的施工方法。
【背景技术】
[0002]近年来基础设施建设大力发展，尤其是高速公路，多向地形复杂、沟壑纵横的山区开发，而闻速公路存在大量的闻填深挖路基和隧道工程，因此，闻填方路基成为山区闻等级公路的常用形式之一，从而使高填方路堤下的涵洞建设大量涌现。同时，由于波纹钢板自身优良特性诸多，所以采用波纹钢板拼装而成的涵洞在道路工程中大量应用，所以新建公路中越来越多地修建波纹钢管涵洞。高填方地段的波纹钢管因为涵顶覆土较大，而设计人员在涵洞设计时很难全面的了解涵洞基底的地质情况，施工人员在施工过程中如果没有严格按照合理施工工艺作业，例如在回填过程中如果没有严格按照工艺流程和施工要求作业，两侧填土压实度达不到96%，会致使波纹钢管在回填后甚至回填中就产生超过允许范围的变形，存在局部屈服的安全隐患，如果涵洞在建设中或使用中损坏，则会造成不可换回的经济损失。另外，高填方涵洞需承受土压力，若土压力过大超过其能够承受的变形量，也会造成涵洞的开裂甚至破坏，所以通常的应对方式是对波纹钢管涵洞的钢板壁进行加厚，这样不仅增加经济成本，而且提高了施工难度，施工工程量同样加倍，且施工周期较长。
[0003]高填方波纹钢管涵洞的涵顶填土达到一定高度以后，涵洞上方产生拱效应，由于高填方上方的路基经常是不同于岩石的散粒体，所以上述拱效应不稳定，并随着填土高度的增加，涵顶压力呈非线性规律变化。如图1 (a)所示的刚性涵洞，在回填过程中，由于刚性涵洞几乎不可压缩，而涵洞两侧的填土压缩性较大，在上部填土荷载的作用下，外土柱的沉降量大于内土柱的沉降量，外土柱对内土柱产生向下的摩擦作用力，涵洞底部地基承载力较周围路基承载力大，涵洞沉降量小于周围路基，致使涵洞所受压力大于洞顶土柱压力(内土柱压力)。而且刚性涵洞完全依靠自身的强度承担上方土柱压力，在上方填土高度增加时，需要改变涵洞横截面积、提高材料强度等措施以满足结构强度要求，致使涵洞造价增加，施工工程量增加并且增加了施工难度和工期。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的是提供一种能够提高波纹钢管涵洞的承载力、防止涵洞压塌损坏的施工方法。
[0005]技术方案:本发明所述的一种高填方波纹钢管涵洞的处理方式，包括如下顺序步骤:
[0006]( I)用波纹钢板拼装涵洞；
[0007](2)涵洞预变形:在涵洞圆截面的垂直径向用支撑撑住涵洞，同时在该截面的水平径向设收紧装置，直至达到预变形量，使涵洞变成竖向椭圆涵洞；
[0008](3)待回填至洞顶覆土、洞体稳定后拆除上述支撑和收紧装置。[0009]步骤(2)中，用千斤顶顶起涵洞，并用支撑撑住，随之收紧，然后重复实施，控制涵洞每次被顶起的变形量不得超过其塑性变形量。在步骤(I)和步骤(2)之间还对地基进行处理，使涵洞投影区两侧基础地基承载力比涵洞底部地基承载力大30?50KPa，同时每侧的处理宽度大于3米且大于2/3涵洞跨度。步骤(3)中，在洞顶与涵洞水平直径等宽范围内覆土，覆土高度H以下只堆积，不压实，达到高度H后开始压实，直至压实度达到96 %以上。步骤(2)中，涵洞的预变形量为其竖向直径伸长3?5%。所述收紧装置是由钢筋、锁具螺旋扣及螺栓构成的横向拉筋。所述钢筋通过螺栓水平固定在波纹钢管上，锁具螺旋扣扣在钢筋中部。所述支撑为木质支撑或钢质支撑。每隔两节波纹钢板设一道支撑。步骤(3)中，待回填至洞顶覆土 0.5-1米后拆除上述支撑和收紧装置。
[0010]发明原理:波纹钢管属于柔性材质，如图1 (b)所示的柔性涵洞，在采取了上述措施后，在涵洞顶部路基沉降过程中涵洞两侧填土的沉降小于涵洞上方填土的沉降，在涵洞顶两侧形成两个滑动面，两侧土体(外土柱)相对于涵洞顶土柱(内土柱)在滑动面上产生向上的摩擦力，因而涵洞所受压力小于涵洞顶部土柱压力。在此基础上，对涵洞作预变形使其由圆管变为竖向椭圆管，作为填土压力作用下的预留压缩量，这样在回填过程中，洞顶土柱下沉，在该土柱的压力作用下，涵洞由椭圆管被挤压回圆管，在此过程中，涵洞两侧填土得到了充分的压实，压实度达到96%以上，解决了工程施工中普遍存在的回填压不实的质量问题。此外，相同波形参数、钢板厚度的波纹钢管涵洞在采取了减荷措施后，涵洞上方土柱压力得到明显减小，即相同结构的波纹钢管涵洞在减荷处理后可用于管顶覆土更高的工程中，但工程的造价并没有增加，只是改变了施工工艺及流程。
[0011]有益效果:本发明与现有技术相比，其显著优点为该施工方法使得波纹钢管涵洞在回填过程中所受压力减小，即提高了涵洞的承载力，相同的波纹钢管涵洞可以用于覆土更高的工程中，并且不易开裂损坏；充分利用波纹钢管的柔性特性并对其作预变形处理，使得回填后的涵洞保持原有形态，避免以往涵洞由圆管被挤压成扁管、甚至压塌的不利状况，同时解决了两侧回填普遍不能到达标准压实度的质量问题。钢板的波纹形状增加了其截面惯性矩，提高了钢板的抗压强度；波纹板片可标准化生产，利于生产线式生产加工及生产线式防腐处理，大大降低生产制造成本；可多片、多节拼装，可全部在工厂预制，也可将波纹板片运至现场后预制，施工方便简单、施工周期短；波纹板片可层叠式运输，占用空间小，大大提高了运能及运量，减低了运输成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1 (a)、1 (b)为两种涵洞的土柱沉降示意图；
[0013]图2为本发明波纹钢管涵洞的预变形示意图；
[0014]图3为地基处理的区域不意图；
[0015]图4和图5均为本发明预变形实施过程示意图；
[0016]图6为本发明回填过程示意图。
【具体实施方式】:
[0017]图1 (a)是刚性涵洞土柱沉降示意图，图1 (b)是柔性涵洞土柱沉降示意图，其中τ表示外土柱对内土柱产生的摩擦力，图1(a)中τ方向向下，图1(b)中τ方向向上，h为填土高度，I为涵洞，2为地基，地基以下为路基，3为填土平面。
[0018]首先，选用Q345或更高级别热轧钢板，钢板在加工大波形后其表面要进行镀锌防腐处理，在施工现场按照波纹钢管施工工程拼装完成波纹钢管涵洞。接着，对涵洞I进行基础处理，使涵洞投影区两侧基础地基承载力比涵洞底部地基承载力大30?50KPa，且每侧的处理宽度大于3米且大于2/3涵洞跨度(如图3所示)，涵洞基地的处理方式与路基地基处理方式相同，但是处理强度弱于路基地基处理。然后在涵洞I内每隔两节波纹钢板设置一道竖向的支撑4，或者相邻支撑4的间距为2.0m左右，支撑4为木质支撑或钢制支撑。如图4、5所示，首先在涵洞I预变形位置及其附近位置(均在圆截面位置)的顶部和底部放纵向垫木10，并在支撑底部处铺设高出波纹顶部50_的沙土，防止预变形将洞顶或洞底损坏；其次用千斤顶9顶起洞顶，为了防止被顶起的涵洞I又回落，所以要用支撑4撑住，并在该支撑顶部与洞顶的纵向垫木10之间垫上木楔8，更有利于支撑4向上挤压(注意:图4、5表示先使用千斤顶9和支撑4顶起涵洞，在该过程中，千斤顶9底部与纵向垫木10之间也垫上木楔8，利于千斤顶9向上挤压涵洞I ;然后在附近另外设支撑4，如图2所示)。
[0019]与此同时，在该截面的水平径向有一个收紧装置，该收紧装置中有两根水平方向左右设置的钢筋6，两个螺栓5分别将钢筋6的一端固定在涵洞侧壁上，锁具螺旋扣7从钢筋6另一端扣住并向内(圆心方向)收紧钢筋6，其中，钢筋6为混凝土用螺纹钢筋，螺栓5高强度耐腐蚀热镀锌螺栓。然后重复顶起涵洞I和收紧钢筋6，直到涵洞I竖向直径伸长3-5%，圆形涵洞变为竖向椭圆形；由于支撑的长度大于涵洞I圆截面的直径，所以为了将支撑缓缓撑起涵洞，要多次使用千斤顶8，注意用千斤顶8顶起涵洞I时，涵洞I每次的变形量不得太大，以免造成塑性变形。最后填土，回填至洞顶覆土 0.5-1米后拆除支撑和收紧装置。在回填过程中，A区域为填土面积，在洞顶与涵洞等宽土层范围内覆土时，高度H以下只由回填土松散下落堆积，不压实，达到H高度后，对松散土层上方B区域进行压实，压实度达到96%以上，且不同回填材料及不同填方总高度下，松散堆积层厚度不同，详见下表I和图6。由于之前对涵洞作预变形，给涵洞预留了压缩变形量，所以在回填过程中，覆土将竖向椭圆形涵洞缓缓压回原状，而不会将其压扁压塌；其次，B区域(H高度内)作为缓冲层，在其上方(即H高度以上)进行压实可以有效避免回填的覆土直接作用于洞顶，挤压并造成洞顶的损坏；在该过程中，涵洞两侧压实充分，压实度达到96%以上，也能限制压回的圆管形涵洞进一步变形，保证
[0020]表I
[0021]
【权利要求】
1.一种高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于包括如下顺序步骤: (1)用波纹钢板拼装涵洞； (2)涵洞预变形:在涵洞圆截面的垂直径向用支撑撑住涵洞，同时在该截面的水平径向设收紧装置，直至达到预变形量，使涵洞变成竖向椭圆涵洞； (3)待回填至洞顶覆土、洞体稳定后拆除上述支撑和收紧装置。
2.根据权利要求1所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:步骤(2)中，用千斤顶顶起涵洞，并用支撑撑住，随之收紧，然后重复实施，控制涵洞每次被顶起的变形量不得超过其塑性变形量。
3.根据权利要求1所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:在步骤(I)和步骤(2)之间还对地基进行处理，使涵洞投影区两侧基础地基承载力比涵洞底部地基承载力大30?50KPa，同时每侧的处理宽度大于3米且大于2/3涵洞跨度。
4.根据权利要求1所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:步骤(3)中，在洞顶与涵洞水平直径等宽范围内覆土，覆土高度H以下只堆积，不压实，达到高度H后开始压实，直至压实度达到96 %以上。
5.根据权利要求1所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:步骤(2)中，涵洞的预变形量为其竖向直径伸长3?5%。
6.根据权利要求1或2所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:步骤(2)中，所述收紧装置是由钢筋、锁具螺旋扣及螺栓构成的横向拉筋。
7.根据权利要求6所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:所述钢筋通过螺栓水平固定在波纹钢管上，锁具螺旋扣扣在钢筋中部。
8.根据权利要求1或2所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:步骤(2)中，所述支撑为木质支撑或钢质支撑。
9.根据权利要求1或2所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:步骤(2)中，每隔两节波纹钢板设一道支撑。
10.根据权利要求1或2所述的高填方波纹钢管涵洞的施工方法，其特征在于:步骤(3 )中，待回填至洞顶覆土 0.5-lm后拆除上述支撑和收紧装置。
【文档编号】E01F5/00GK103541311SQ201310432333
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】战福军 申请人:南京联众建设工程技术有限公司