一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫的制作方法

一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，衬垫材料采用耐磨工程塑料，衬垫外侧形状紧密贴合波纹钢管，内侧为与管径吻合的平顺弧形，衬垫与波纹钢管采用螺栓连接，衬垫之间预留施工缝，缝内填沥青麻絮，衬垫顶面边缘可设置倒角。本实用新型结构简单，制作施工方便，易于更换，后期维护成本低，能有效提高波纹钢管涵洞的抗冲刷能力，具有显著的经济和社会效益。
【专利说明】一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及涵洞管件领域，具体涉及一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫。适用于公路建设中尤其是在山区公路和不良地质条件下涵洞建设。
【背景技术】
[0002]随着山区公路建设的快速发展和钢材生产、加工工艺的进一步提高，波纹钢管涵洞由于具有受力性能好、适应性强、施工工期短、使用寿命长、行车舒适性好的特点，在国内外公路建设中尤其是在山区公路和不良地质条件下，正日益得到广泛的应用。
[0003]然而目前国内尚没有波纹钢管涵洞的设计规范，已建成或在建的波纹钢管涵洞基本参照美国或加拿大规范设计。
[0004]耐久性设计是波纹钢管涵洞设计中一个重要的问题。目前国内外普遍采用热镀锌技术解决波纹钢管的锈蚀问题，但波纹钢管用于涵洞时，还必须考虑水流和泥沙的冲刷，以及波纹钢管与周围沙石之间的持续摩擦，避免因此损坏镀锌层而缩短其使用寿命。目前常见的二次防腐和抗冲刷设计有两种方法:一是在波纹钢管内外两侧涂刷浙青胶，并在内侧底部一定范围内采用一定厚度的热镀锌钢丝网复合水泥砂浆护壁；另一种方法是在内外管壁表面高频高压热熔一定厚度的高密度聚乙烯板(HDPE)。前者因水泥砂浆护壁会造成波纹钢管圆周方向刚度的不均匀，从而影响钢管环向应力的分布；同时由于波纹钢管是一种柔性埋置式结构，其在土压力和外荷载作用下不可避免地会产生变形，从而会造成水泥砂浆护壁与管身的剥离，影响护壁的保护效果。后者有较好的附着性、耐磨性和耐冲击性，但由于覆膜厚度有限(一般最厚可达3mm，更厚除成本很高外，工艺也难以保证)，用于山区陡坡涵洞或砂石冲刷的涵洞时，还必须补充抗冲刷设计。
[0005]本实用新型的目的是针对镀锌覆膜的波纹钢管涵洞，设计一种抗冲刷耐磨塑料衬垫，使其具有经济实用、抗冲刷能力强、施工安装简便的特点。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，适用于镀锌覆膜的波纹钢管涵洞。其结构构造简单、制作方便、施工快捷、易于更换、抗冲刷能力强，不影响波纹钢管的受力性能，造价合理。
[0007]本实用新型的目的可通过以下技术方案实现:
[0008]一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，包括设置若干个在波纹钢管内侧的衬垫，衬垫的外侧与波形管内壁波形适配，衬垫的内侧为平顺的弧形，衬垫与波纹钢管之间通过连接件进行连接，相邻的衬垫之间设置有施工缝。
[0009]如上所述的衬垫为分子量在150万以上的聚乙烯。
[0010]如上所述的施工缝内填充有浙青麻絮。
[0011]如上所述的连接件包括所螺栓、套设在螺栓上并固定于衬垫和波形管之间的螺母垫圈、套设在螺栓上并固定于衬垫的外侧的螺母垫圈。[0012]如上所述的施工缝宽度为10?30mm，所述的衬垫的周向长度覆盖波形管1/4周向长度?1/2周向长度，所述的衬垫的纵向长度为4?32个波纹管的波距。
[0013]如上所述的衬垫的沿涵洞纵向方向的内侧边缘设置有倒角。
[0014]本产品包括单片或多片塑料衬垫，衬垫材质为分子量大于150万的聚乙烯，它具有极高的分子量，价格适中、性能优良，具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温等特点，非常适用于涵洞的抗冲刷衬垫。衬垫外侧的波形与波纹钢管波形一致，衬垫内侧为平顺的弧形。塑料衬垫的尺寸、倒角和分片数根据实际使用的波纹钢管的波纹参数和涵洞管径确定。衬垫并排布置在波纹钢管涵洞内侧底部，并使用螺栓与波纹钢管连接。每根螺栓配两套螺母，螺栓头在波纹钢管外侧，一套螺母垫圈在波纹钢管与塑料衬垫之间，另一套螺母垫圈在塑料衬垫内侧，每套螺栓都布置在波纹钢管的波峰处。衬垫与衬垫之间有10?30mm的施工缝，缝内填浙青麻絮以防水。衬垫边缘顶部沿涵洞纵向设置倒角以降低施工缝深度，减少渗水侵蚀，并有效防止渣滓淤积。
[0015]本产品通过螺栓将塑料衬垫紧固在波纹钢管上，塑料衬垫可以有效防止碎石等杂物对波纹钢管的冲刷，显著提高波纹钢管的抗冲刷能力和使用寿命。当受冲刷的塑料衬垫损伤严重或不能满足性能要求时，可卸下塑料衬垫内侧的一套螺母垫圈并更换新的塑料衬垫，此时波纹钢管与塑料衬垫之间的那套螺母垫圈起到固定螺栓，防止螺栓松动脱落的作用。每片塑料衬垫之间要设置宽10?30mm的施工缝，以适应波纹钢管的柔性要求，防止波纹钢管的变形和不均匀沉降造成塑料衬垫开裂。施工缝内应填充浙青麻絮以起到防水作用，避免波纹钢管锈蚀。衬垫边缘顶部沿涵洞纵向设置倒角，方便填缝，且减少砂石在波纹钢管管壁与塑料衬垫之间的夹角处淤积。
[0016]本实用新型特点在于:(1)塑料衬垫为分子量大于150万的超高分子量聚乙烯，是一种耐磨工程塑料。(2)塑料衬垫外侧与波纹钢管紧密贴合，内侧为平顺弧形，以利于减小过水断面的粗糙度，并避免涵底泥沙淤积。塑料衬垫单片示意图见图1。(3)塑料衬垫安放于波纹钢管内侧，沿涵洞纵向每块长度2-3m左右(见图2)，沿圆周方向分成若干块，覆盖圆周长度的1/4至1/2 (见图3)由波纹钢管涵洞设计人员根据冲刷严重程度及涵洞内水流速度确定。(4)塑料衬垫与波纹钢管之间采用螺栓紧固。(5)塑料衬垫的边缘顶部沿涵洞纵向设置倒角。
[0017]本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果:(I)避免了涵洞内水流对波纹钢管管擘的直接冲刷，减小了水对波纹钢管的腐蚀速率，提高了波纹钢管涵洞的耐久性和使用寿命。(2)避免了水流挟带的砂石对波纹钢管管壁的冲击和摩擦，减小了砂石对波纹钢管的磨损速率，保护了波纹钢管管壁的镀锌层，提高了波纹钢管涵洞在山区公路中的适应性；
(2)结构构造简单，不影响波纹钢管的受力性能；(3)制作简便，安装快捷，易于更换；(4)经济实用，后期维护成本低。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1为衬垫单片示意图，图中参数含义:
[0019]1:波纹钢管；
[0020]2:塑料衬垫；
[0021]3:螺栓孔；[0022]4:衬垫顶面边缘的倒角；
[0023]dh:衬垫倒角的水平长度；
[0024]L:波纹钢管波形的波距，指波纹钢管波形的一个完整波长；
[0025]Lx:每片塑料衬垫沿涵管纵向的长度；
[0026]Ly:每片塑料衬垫沿涵管圆周向的宽度；
[0027]Da:波纹钢管纵向；
[0028]Db:波纹钢管圆周方向。
[0029]图2为衬垫整体示意图，图中参数含义:
[0030]1:波纹钢管；
[0031]2:塑料衬垫；
[0032]4:衬垫顶面边缘的倒角；
[0033]5:施工缝(内填浙青麻絮)；
[0034]Lx:每片塑料衬垫沿涵管纵向的长度；
[0035]Ly:每片塑料衬垫沿涵管圆周向的宽度；
[0036]Da:波纹钢管纵向；
[0037]Db:波纹钢管圆周方向。
[0038]图3为衬垫立面图，图中参数含义:
[0039]1:波纹钢管；
[0040]2:塑料衬垫；
[0041]4:衬垫顶面边缘的倒角；
[0042]5:施工缝(内填浙青麻絮)；
[0043]6:螺栓；
[0044]tx:塑料衬垫厚度；
[0045]Θ:塑料衬垫的覆盖角度，可根据需要选取180° (即覆盖1/2)、120° (即覆盖1/3),90° (即覆盖 1/4)。
[0046]dh:衬垫倒角的水平长度；
[0047]dv:衬垫倒角的竖向高度；
[0048]图4 (a)为波纹钢管参数图-整体；
[0049]图4(b)为波纹钢管参数图-细部，图中参数含义:
[0050]1:波纹钢管；
[0051]11:波纹钢管管片细节；
[0052]L:波纹钢管波形的波距，指波纹钢管波形的一个完整波长；
[0053]D:波纹钢管的内径；
[0054]d:波纹钢管波形的波高，指波纹钢管波形的波峰距波谷的垂直距离。
[0055]图5为衬垫螺栓安装详图，图中参数含义:
[0056]1:波纹钢管；
[0057]2:塑料衬垫；
[0058]6:螺栓；
[0059]7:中间垫圈；[0060]8:中间螺母；
[0061]9:管内侧垫圈；
[0062]10:管内侧螺母。
【具体实施方式】
[0063]为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0064]实施例1: [0065]波纹钢管内径为D=2m，波纹参数为波距L=75mm、波高d=25mm，塑料衬垫覆盖角Θ =90° (见图3)，采用的塑料衬垫各参数如下:
[0066]采用M30螺栓，施工缝宽度取10臟，塑料衬垫厚度tx取10臟，不必设置倒角，每片衬垫设置4个螺栓。
[0067]塑料衬垫沿波纹钢管纵向长度Lx考虑取32个波距长度，再加上两端各伸出的半个波长，然后减去IOmm的施工缝宽度，即Lx=32X75+75-10=2465mm;波纹钢管圆周向不用分片，该片的圆周向宽度Ly=Ji X2000X (90/360) =1571mm。
[0068]塑料衬垫沿波纹钢管纵向设置2个螺栓，螺栓距衬垫边缘为L/2=37.5mm ；
[0069]沿波纹钢管圆周向设置2个螺栓，螺栓距衬垫边缘为100mm。
[0070]根据流量曼宁公式:Q=AR: r^rSfn
[0071]其中，A为过水面积，R为水力半径，η为曼宁系数，S为涵洞坡度。
[0072]本例中考虑满流时，若不设置塑料衬垫，A= 31 r2=3.14*(2/2+25/1000)2=3.3m2,R=A/ (2 r) = 3.3/ (2*3.14*1.025) =0.51m,波纹钢管的曼宁系数 η 根据规范取 0.024。
[0073]若设置塑料衬垫，A=Jir2=3.14* (2/2) 2=3.14m2，R=A/(2 nr) =3.3/(2*3.14*2/2) =0.5m,塑料衬垫的曼宁系数η根据规范取0.012。
[0074]因此使用塑料衬垫后，波纹钢管涵洞的过水能力增加了(3.14*0.52/3/0.012-3.3*
0.512/3/0.024)/(3.3*0.512/3/0.024) =87.3%。
[0075]根据材料性能，超高分子量聚乙烯塑料的耐磨性能是波纹钢管的7倍，因此波纹钢管涵洞的综合寿命可以提高40%~50%，考虑到塑料衬垫可以更换，该数值还能提高到70% ~80%。
[0076]实施例2:
[0077]波纹钢管内径为D=5m，波纹参数为波距L=150mm、波高d=50mm，塑料衬垫覆盖角Θ =120°，采用的塑料衬垫各参数如下:
[0078]采用M30螺栓，施工缝宽度取10臟，塑料衬垫厚度tx取30臟，倒角水平长度dh为50mm,竖直高度dv为20mm，每片衬垫设置4个螺栓。
[0079]塑料衬垫沿波纹钢管纵向长度Lx考虑取16个波距长度，再加上两端各伸出的半个波长，然后减去IOmm的施工缝宽度，即Lx=16X150+150-10=2540mm;波纹钢管圆周向分为3片，有2道IOmm的施工缝，因此每片的圆周向宽度Ly= {[ π X 5000 X (120/360) ] -2 X I0}/3=1739mm。
[0080]塑料衬垫沿波纹钢管纵向设置2个螺栓，螺栓距衬垫边缘为L/2=75mm ;沿波纹钢管圆周向设置2个螺栓，螺栓距衬垫边缘为L/2=100mm。[0081]根据流量曼宁公式:Q=AR1 -yfS/n
[0082]其中，A为过水面积，R为水力半径，η为曼宁系数，S为涵洞坡度。
[0083]本例中考虑满流时，若不设置塑料衬垫，A= 31 r2=3.14* (5/2+50/1000) 2=20.43m2，R=A/ (2 r) = 20.43/ (2*3.14*2.55) =1.28m,波纹钢管的曼宁系数 η 根据规范取 0.024。
[0084]若设置塑料衬垫，A=3ir2=3.14*(5/2)2=19.63m2，R=A/(2Jir) =3.3/(2*3.14*5/2) =1.25m，塑料衬垫的曼宁系数η根据规范取0.012。
[0085]因此使用塑料衬垫后，波纹钢管涵洞的过水能力增加了(19.63*1.252/3/0.012-20? 43*1.282/3/0.024)/(20.43*1.582/3/0.024) =89.7%。
[0086]根据材料性能，超高分子量聚乙烯塑料的耐磨性能是波纹钢管的7倍，因此波纹钢管涵洞的综合寿命可以提高40%~50%，考虑到塑料衬垫可以更换，该数值还能提高到70% ~80%。
[0087]实施例3:
[0088]波纹钢管内 径为D=8m，波纹参数为波距L=380mm、波高d=140mm，塑料衬垫覆盖角Θ =180°，采用的塑料衬垫参数如下:
[0089]采用M30螺栓，施工缝宽度取10mm，塑料衬垫厚度tx取30mm，倒角水平长度dh为50mm,竖直高度dv为20mm，每片衬垫设置4个螺栓。
[0090]塑料衬垫沿波纹钢管纵向长度Lx考虑取4个波距长度，再加上两端各伸出的半个波长，然后减去IOmm的施工缝宽度，即Lx=4X380+380-10=1890mm;波纹钢管圆周向分为5片，有4道IOmm的施工缝，因此每片的圆周向宽度Ly= {[ π X 8000 X (180/360) ] -4 X 10} /5=2506mm。
[0091]塑料衬垫沿波纹钢管纵向设置2个螺栓，螺栓距衬垫边缘为L/2=190_ ;沿波纹钢管圆周向设置2个螺栓，螺栓距衬垫边缘为100_。
[0092]根据流量曼宁公式:Q = AR2 -y[S Zn
[0093]其中，A为过水面积，R为水力半径，η为曼宁系数，S为涵洞坡度。
[0094]本例中考虑满流时，若不设置塑料衬垫，A= 31 r2=3.14* (8/2+140/1000)2=53.85m2，R=A/ (2 r) = 53.85/ (2*3.14*4.14) =2.07m,波纹钢管的曼宁系数 η 根据规范取 0.024。
[0095]若设置塑料衬垫，A=3ir2=3.14*(8/2)2=50.27m2，R=A/(2Jir) = 50.27/(2*3.14*8/2) =2m，塑料衬垫的曼宁系数n根据规范取0.012。
[0096]因此使用塑料衬垫后，波纹钢管涵洞的过水能力增加了(50.27*22/3/0.012-53.85*2.072/3/0.024)/(53.85*2.072/3/0.024) =82.5%。
[0097]根据材料性能，超高分子量聚乙烯塑料的耐磨性能是波纹钢管的7倍，因此波纹钢管涵洞的综合寿命可以提高40%~50%，考虑到塑料衬垫可以更换，该数值还能提高到70% ~80%。
[0098]实施例4:
[0099]一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，包括设置若干个在波纹钢管内侧的衬垫，衬垫的外侧与波形管内壁波形适配，衬垫的内侧为平顺的弧形，衬垫与波纹钢管之间通过连接件进行连接，相邻的衬垫之间设置有施工缝。
[0100]衬垫为分子量在150万以上的聚乙烯。[0101]施工缝内填充有浙青麻絮。
[0102]连接件包括所螺栓、套设在螺栓上并固定于衬垫和波形管之间的螺母垫圈、套设在螺栓上并固定于衬垫的外侧的螺母垫圈。
[0103]施工缝宽度为10?30mm,所述的衬垫的周向长度覆盖波形管1/4周向长度?1/2周向长度，所述的衬垫的纵向长度为4?32个波纹管的波距。
[0104]衬垫的沿涵洞纵向方向的内侧边缘设置有倒角。
[0105]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【权利要求】
1.一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，其特征在于，包括设置若干个在波纹钢管内侧的衬垫，衬垫的外侧与波形管内壁波形适配，衬垫的内侧为平顺的弧形，衬垫与波纹钢管之间通过连接件进行连接，相邻的衬垫之间设置有施工缝。
2.根据权利要求1所述的一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，其特征在于，所述的衬垫为分子量在150万以上的聚乙烯。
3.根据权利要求2所述的一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，其特征在于，所述的施工缝内填充有浙青麻絮。
4.根据权利要求3所述的一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，其特征在于，所述的连接件包括所螺栓、套设在螺栓上并固定于衬垫和波形管之间的螺母垫圈、套设在螺栓上并固定于衬垫的外侧的螺母垫圈。
5.根据权利要求4所述的一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，其特征在于，所述的施工缝宽度为l(T30mm，所述的衬垫的周向长度覆盖波形管1/4周向长度?1/2周向长度，所述的衬垫的纵向长度为4?32个波纹管的波距。
6.根据权利要求5所述的一种波纹钢管涵洞抗冲刷耐磨塑料衬垫，其特征在于，所述的衬垫的沿涵洞纵向方向的内侧边缘设置有倒角。
【文档编号】E01F5/00GK203593980SQ201320800455
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】余顺新, 卢傲, 邓涛, 鞠金荧, 张春华, 王志成, 何苑 申请人:中交第二公路勘察设计研究院有限公司