一种小口径钢制波纹管涵洞的回填结构及施工方法与流程

1.本发明属于涉及土木工程技术领域，具体涉及一种小口径钢制波纹管涵洞的回填结构及施工方法。


背景技术：

2.钢波纹管涵洞引进我过已经近20年，因其装配式结构，重量轻、造价低、适应变形能力强、基础不需要特殊处理等优势，已在许多公路工程中得到应用，但因为钢波纹管涵洞是半柔性结构，受力原理是管土共同受力，需要周围的回填土能向钢波纹管涵洞提供均匀的压力或是反推力，这就需要周围回填土的密实度达到95%以上，并且回填料的强度基本一致，故该产品对周围回填土施工质量的依赖度非常高。
3.但是实际施工时，管底与地基形成的楔型部位的回填土很难夯实，并且如果强行使用木棒捣实，会造成管体上浮或者左右偏移，如果该部位不夯实，管体就会产生形变，所以在少数工程中，采用粗砂水密法密实该部位，但此方法的成本太高，粗砂来源也会受限，故很少使用。另外，管体两侧的回填，有大约20-30厘米的厚度无法密实，因为夯实机械需要与管体保持一定安全距离，以免伤及管体。另外管体的顶部要回填土厚度达到50厘米左右时，才允许使用小型夯实机械，以免对管体有冲击伤害，这个厚度的回填土的底层是无法达到密实度要求的。综上所述，实际工程使用中，很难达到设计要求的回填质量，常造成钢波纹管涵洞出现变形等质量问题。
4.现有技术中，公路工程中的小口径管涵洞使用的钢筋混凝土圆管涵洞口径一般为1米、1.5米或2米，该类圆形管涵洞因为每节长度较短（一般长度为2米），重量重，不能适应基础沉降等原因，施工质量要求高、措施多、造价高，一般情况下其基础的承载力要大于周边承载力，再设置混凝土垫层，垫层上安装管体，管节之间要密封，然后支模浇注管体与基础垫层之间的楔形部位的混凝土，然后继续支模混凝土浇注管体两侧台背，待混凝土凝固后进行两侧的结构性回填直至管顶，该种涵洞结构及施工方法周期长、工序多、人工费用高、材料费用高，并且在公路运行一定时间后，管节之间因沉降而开裂漏水等工程病害非常普遍。
5.上述传统的施工方法，当相邻涵洞之间的距离较近且涵洞数量较多时，涵洞将路基分为若干段，施工机械在涵洞间的工作面不大，施工机械工作效率低，另外涵洞两侧的特别回填区因靠近涵管施工要求高，施工速度慢，不利于展开大面积夯实。


技术实现要素：

6.发明目的：本发明的第一目的在于提供一种小口径钢制波纹管涵洞的回填结构；本发明的第二目的在于提供一种小口径钢制波纹管涵洞的施工方法。
7.技术方案：本发明为实现上述发明目的，公开一种小口径钢制波纹管涵洞的回填结构，波纹管铺设在开设于夯实路基表面的基坑坑底；波纹管与基坑内壁之间填充流态自密实速凝灌注介质，流态自密实速凝灌注介质顶面高度高于波纹管管顶。
8.所述的基坑的坑底为弧形面或平面。
9.优选的，基坑宽度不大于波纹管外径10厘米；波纹管铺设在基坑坑底时，基坑顶部开口距离波纹管管顶高度不小于20厘米。
10.优选的，波纹管采用若干段波纹管段拼接制成。
11.优选的，流态自密实速凝灌注介质采用水泥土或发泡混凝土。
12.进一步的，水泥土原材料包括基坑弃土和水泥。
13.进一步的，波纹管采用钢制波纹管，当在夯实的路基表面挖掘形成的基坑的坑底采用弧形面时，一般情况下基坑的竖直截面其坑底边缘为半圆形，坑底边缘所在的圆直径大于波纹管外径，当波纹管铺设在基坑坑底时，在重力作用下，波纹管会自动滑至坑底的中心位置，有利于波纹管定位。向波纹管与基坑内壁之间注入的流态自密实速凝灌注介质能够自密实填充波纹管和基坑内壁之间的全部空隙，包括波纹管底部与基坑底面之间的楔形空隙。
14.基坑的半圆形坑底相比与侧壁垂直的平直坑底结构更加稳定，不易坍塌。
15.进一步的，当挖掘形成的基坑的坑底采用平面时，置入基坑的波纹管可通过外部支撑架或其他限位装置进行定位，定位后的波纹管中心轴线确定，向波纹管与基坑内壁之间注入的流态自密实速凝灌注介质，完成回填。
16.进一步的，利用挖掘出的基坑弃土和高标号水泥制成的水泥土作为流态自密实速凝灌注介质能够极大降低材料成本和施工成本，经济环保。利用基坑弃土和高标号水泥制成的水泥土强度不小于0.6mpa。
17.进一步的，波纹管在通过在工厂切割分段后运输至施工现场，通过在现场沿拼接缝按顺序原位焊接形成连续的波纹管后置入基坑内。
18.进一步的，流态自密实速凝灌注介质注入基坑后，其顶面高度高于波纹管管顶不少于20厘米，此时介质凝固后的强度能够保护波纹管在后续施工时免受大型夯实机械破坏。
19.本发明所述的一种小口径钢制波纹管涵洞的施工方法，该方法包括步骤如下：（1）在路基的表面挖掘形成基坑；（2）将钢波纹管涵洞置入基坑内；（3）钢波纹管涵洞上部设置抗上浮装置，由钢波纹管涵洞一侧注入流态自密实速凝灌注介质，当流态自密实速凝灌注介质将钢波纹管涵洞和基坑坑底之间的间隙完全填充时，停止第一次浇注；（4）当第一次浇注的流态自密实速凝灌注介质固化后，撤除抗上浮装置，将流态自密实速凝灌注介质由钢波纹管涵洞两侧分次浇注，直至流态自密实速凝灌注介质将钢波纹管涵洞外表面完全包覆。
20.优选的，步骤（1）中在路基表面挖掘形成的基坑的底面为弧形面或平面。
21.优选的，抗上浮装置为限位钢架或铺设在钢波纹管涵洞管顶的沙土袋。
22.优选的，流态自密实速凝灌注介质将钢波纹管涵洞外表面完全包覆后，流态自密实速凝灌注介质顶部距离钢波纹管涵洞管顶不少于20厘米。
23.进一步的，由若干段钢波纹管沿拼接缝同轴连接制成连续的钢波纹管涵洞，将连续的钢波纹管涵洞置入基坑内。
24.进一步的，与传统的施工方式不同，当路基施工到涵洞的设计位置的底部时，不进行钢制波纹管涵洞的施工，而是继续向上施工并夯实路基，当夯实路基高度超过涵洞顶部设计位置至少20厘米时，使用专用挖沟机械开挖涵洞基坑。挖沟机械挖出的底面为圆弧形或平面的基坑后对基坑侧壁和底面进行清理并压实，基坑按照设定长度一次性挖通；挖通的基坑深度超过波纹管直径至少20厘米，基坑宽度大于波纹管直径不超过10厘米。底面为圆弧形的基坑可以减少对周围土体的扰动，减少周围土体的松动。
25.进一步的，通过在夯实路基上开挖基坑代替现有技术中的回填土回填有利于提高以涵洞高度为厚度部分的路基的施工速度，也有利于该厚度路基施工时施工机械工作面的展开。
26.进一步的，可以将工厂预制的若干截钢制波纹管在基坑一侧沿拼接缝焊接形成连续的整条钢波纹管涵洞，整条钢波纹管涵洞的长度达到该道涵洞设计的总长度，利用多台起重设备一次性将连接完成的整条钢波纹管涵洞置入基坑内，完成钢波纹管涵洞的铺设。整条钢波纹管涵洞的拼接可以与基坑挖掘同时进行。
27.进一步的，钢波纹管涵洞铺设完成后，第一次浇注阶段从钢波纹管涵洞一侧浇注流态自密实速凝灌注介质，由于钢波纹管涵洞外壁呈螺旋波纹状，与基坑底面之间存在间隙，从一侧浇注的流态自密实速凝灌注介质会通过间隙流至另一侧，直至钢波纹管涵洞另一侧液面能够完全覆盖钢波纹管涵洞外壁与基坑底面之间的间隙，此时，流态自密实速凝灌注介质将钢波纹管涵洞与基坑之间的楔形空间完全密实填充，同时凝固后的流态自密实速凝灌注介质与波纹管紧密结合，对波纹管初步限位同时增加了其配重。后续的浇筑过程由钢波纹管涵洞两侧分次浇注，两侧依次浇注能够防止同侧一次浇注过多对钢波纹管涵洞产生挤压，造成浇注质量下降。最终浇注至超过钢波纹管涵洞管顶20厘米处停止。凝固后的流态自密实速凝灌注介质与周围已夯实的回填土一起，形成对管体的整体包覆，结构的顶部可以直接摊铺一层路基层，并可使用大型夯实机械夯实。底面为弧形的基坑能够减少流态自密实速凝灌注介质的使用量和工程量。
28.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明所述技术方法通过将钢制波纹管涵洞底面为圆弧形的基坑内，并向钢制波纹管涵洞周围注入流态自密实速凝灌注介质，待其凝固后，将钢制波纹管周围的所有部位进行了密实回填，尤其是钢制波纹管涵洞底部与基坑之间的楔形空间。凝固后的流态自密实速凝灌注介质将钢制波纹管涵洞整体包覆，能够充分发挥钢制波纹管涵洞的优越性能。
附图说明
29.图1是本发明中钢制波纹管涵洞铺设在基坑内的竖直截面结构示意图。
30.图2是图1中a-a截面结构示意图。
31.图3是本发明中第一次浇注后流态自密实速凝灌注介质位置示意图。
32.图4是本发明中流态自密实速凝灌注介质由钢制波纹管涵洞两侧依次浇注后结构示意图。
33.图5是本发明中流态自密实速凝灌注介质浇注至设定高度时的结构示意图。
34.图6是现有技术中利用回填土对钢制波纹管涵洞回填的结构示意图。
35.图7是现有技术中钢筋混凝土圆管涵洞回填结构示意图。
具体实施方式
36.现有技术中，对于钢制波纹管涵洞通过周围的回填土进行回填施工，如图6所示，但是实际施工时，波纹管4和路基1之间的楔型结构7内的回填土8很难夯实，会导致施工难度和施工成本极大提高，施工质量难以保证。而混凝土圆管涵洞12由于重量重、不能适应基础沉降的原因，需要预先铺设混凝土垫层9，在混凝土垫层9上铺设混凝土圆管涵洞12，将各节混凝土圆管连接处密封后，支模浇注混凝土圆管涵洞12底部与混凝土垫层9之间的楔型部位浇注砼10，待其凝固后，继续支模混凝土浇注混凝土圆管涵洞12管体两侧的混凝土台背11，待混凝土凝固后利用回填土8进行两侧的结构性回填直至管顶，如图7所示。
37.针对上述现有技术中的缺陷，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
38.一种小口径钢制波纹管涵洞的回填结构，如图1所示，在已经预先夯实路基1上按照设定的延伸方向挖掘形成基坑2，路基1的厚度超过波纹管4的外径。基坑2的坑底面为半圆形的弧形面3，基坑2的最深深度大于波纹管4外径20厘米，基坑2的宽度大于波纹管4外径10厘米。
39.波纹管4铺设在基坑2的底部，波纹管4的外壁与基坑2的内壁之间填充流态自密实速凝灌注介质5，填充于基坑2内的流态自密实速凝灌注介质5的顶面高度高于波纹管4管顶20厘米。流态自密实速凝灌注介质5凝固后与周围已经夯实的路基结构，对波纹管4完成整体包覆。
40.本实施例中，波纹管4采用在工厂预制的钢制波纹管，为了方便运输，钢制波纹管在工厂中截成设定长度的钢制波纹管段，并按照顺序标注，运输到现场后按照设计长度和延伸方向，将钢制波纹管按切割顺序排列，并沿拼接缝13原位焊接形成连续的整条的波纹管4，将连续的整条波纹管4铺设在基坑2的底部，如图2所示。
41.进一步的，流态自密实速凝灌注介质5可以采用水泥土或发泡混凝土。本实施例中流态自密实速凝灌注介质5采用水泥土，所述的水泥土制造原料包括高标号水泥和基坑2挖掘产生的泥土，所得的水泥土强度不低于0.6 mpa。
42.本实施例中，波纹管4被流态自密实速凝灌注介质5整体包覆后，利用回填土将基坑2的剩余空间进行回填，直接使用大型夯实机械夯实后，在路基1表面铺设路面6。
43.一种小口径钢制波纹管涵洞的施工方法，该方法包括步骤如下：（1）当路基施工到钢制波纹管涵洞的设计位置的底部时，不进行钢制波纹管涵洞的铺设施工，而是继续向上施工并夯实路基，直至路基高度超过钢制波纹管涵洞管顶位置20厘米时，停止路基增厚作业，利用带有弧形挖刀的专用挖掘机对在路基表面挖掘形成基坑，基坑底面为半圆形的弧形面，基坑2的最深深度大于波纹管4外径20厘米，基坑2的宽度大于波纹管4外径10厘米；对基坑弧形底面和侧壁进行清理并压实。基坑的挖掘一次性挖通，并按照设计延伸方向达到设计长度。
44.（2）利用多台起重设备一次性将连接完成的整条钢波纹管涵洞调入基坑，并对波纹管涵洞的位置进行调整。
45.（3）将钢波纹管涵洞与抗上浮装置连接，由钢波纹管涵洞一侧注入流态自密实速凝灌注介质，当流态自密实速凝灌注介质将钢波纹管涵洞和基坑坑底之间的间隙完全填充时，停止第一次浇注，如图3所示。
46.（4）当第一次浇注的流态自密实速凝灌注介质固化后，撤除抗上浮装置，将流态自密实速凝灌注介质由钢波纹管涵洞两侧分次浇注，每次没侧浇注高度20厘米，直至流态自密实速凝灌注介质将钢波纹管涵洞外表面完全包覆，如图4所示。
47.（5）钢制波纹管涵洞上方继续浇注，直至超过钢制波纹管涵洞管顶20厘米，停止浇注，如图5所示，待其凝固后，如果基坑上方还存在未填充空间，利用回填土对剩余空间进行填充并夯实。
48.（6）在路基表面铺设形成路面。
49.本实施例中，抗上浮装置为限位钢架或铺设在钢制波纹管涵洞管顶的沙土袋，无论是采用限位钢架还是沙土带，均是为钢制波纹管涵洞提供向下的压力，防止在注入流态自密实速凝灌注介质后钢制波纹管涵洞管体上浮。
50.当挖掘的基坑底面为圆弧面时，使基坑结构更稳定、不易坍塌，减少了挖掘量的同时，减少了对周围土体的扰动，圆弧的基坑底面还有利于钢制波纹管涵洞的定位。利用流态自密实速凝灌注介质对钢制波纹管涵洞整体包覆后，该结构的顶部可以直接摊铺路基层，并可使用大型夯实机械夯实。
51.综上可知，本发明所述的小口径钢制波纹管涵洞的回填结构及施工方法能够保证钢制波纹管涵洞周围所有部位的回填密实度，特别能够保证钢制波纹管涵洞底部楔形结构空间内的回填密实度，使钢制波纹管涵洞的优越性能得到充分发挥。在路基上直接挖掘形成基坑铺设钢制波纹管涵洞相比与回填土整体回填，能够提高施工速度和施工质量，有利于施工时机械工作面展开。同时挖掘基坑产生的弃土能够作为流态自密实速凝灌注介质的原材料，实现就地取材，即环保，又能降低材料成本和施工成本。