应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构及施工方法与流程

1.本发明涉及公路工程技术领域，具体而言，涉及一种应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构及施工方法。


背景技术：

2.目前，随着公路建设的发展以及等级的提高，高速公路已不断延伸至山区、沿海等地，遇到的特殊地质环境也越来越多。现有技术中，在复杂地区修建涵洞、通道时，通常采用常规的钢筋混凝土结构，其技术要求复杂，工程费用高，且构造物的使用情况不好，经常发生涵洞的不均匀沉降破坏。


技术实现要素：

3.为此，本发明提供了一种应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构及施工方法，以解决现有技术中在复杂地质环境下施工钢筋混凝土结构的涵洞、通道时，技术要求复杂，工程费用高，且构造物易受沉降破坏的技术问题。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构，包括：波纹弧板结构、弧状t型钢结构和连接角横向法兰；
6.所述波纹弧板结构包括第一波纹弧板和第二波纹弧板；
7.所述第一波纹弧板与所述第二波纹弧板之间相邻设置，且对向设置的两块所述第一波纹弧板与对向设置的两块所述第二波纹弧板之间依次通过所述连接角横向法兰对接设置，形成一圈波纹管箱节段；若干圈所述波纹管箱节段的任意相邻节段之间均通过所述弧状t型钢结构固接装配相连。
8.在上述技术方案的基础上，对本发明做如下进一步说明：
9.作为本发明的进一步方案，所述弧状t型钢结构包括t型钢主体和t型钢连接螺栓。
10.所述t型钢主体的中间纵向板两侧面分别与相邻两块所述波纹弧板结构之间一一对应设置，且所述t型钢主体的中间纵向板与相邻两块所述波纹弧板结构之间均预留有相对应设置的第一开孔，所述t型钢连接螺栓及其螺母对应装配于所述t型钢主体与相邻两块所述波纹弧板结构的第一开孔位置。
11.作为本发明的进一步方案，所述t型钢连接螺栓与其对应的所述波纹弧板结构之间、及所述t型钢连接螺栓的装配螺母与其对应的所述波纹弧板结构之间均设有t型钢连接垫片。
12.作为本发明的进一步方案，所述t型钢主体的横向板面及中间纵向板两侧面分别与相邻两块所述波纹弧板结构之间夹设有t型钢遇水膨胀胶条，且所述t型钢主体的横向板及中间纵向板分别与相邻两块所述波纹弧板结构之间的端沿位置还涂固有密封胶。
13.作为本发明的进一步方案，所述连接角横向法兰包括第一横向法兰、第二横向法兰和法兰连接螺栓。
14.所述第一横向法兰分别固接于所述第一波纹弧板的两侧端，所述第二横向法兰分别固接于所述第二波纹弧板的两侧端。
15.相邻设置的所述第一波纹弧板与所述第二波纹弧板之间通过所述第一横向法兰和所述第二横向法兰固接装配相连。
16.所述第一横向法兰和所述第二横向法兰之间相对接设置，且所述第一横向法兰和所述第二横向法兰之间均预留有相对应设置的第二开孔。
17.所述法兰连接螺栓及其螺母对应装配于所述第一横向法兰和所述第二横向法兰相对应设置的第二开孔位置。
18.作为本发明的进一步方案，所述第二开孔对应于所述第一波纹弧板和所述第二波纹弧板的凹处位置。
19.作为本发明的进一步方案，所述法兰连接螺栓与其对应的所述第二横向法兰之间、以及所述法兰连接螺栓的装配螺母与其对应的所述第一横向法兰之间均设有法兰连接垫片。
20.作为本发明的进一步方案，所述第一横向法兰与所述第二横向法兰之间的中间位置夹设有法兰遇水膨胀胶条，且所述第一横向法兰与所述第二横向法兰之间的侧端位置夹设有泡沫密封垫。
21.作为本发明的进一步方案，所述第一横向法兰和所述第二横向法兰均为z型结构设置，相对接设置的所述第一横向法兰和所述第二横向法兰形成的端沿夹缝口均对应朝下。
22.位于顶部的第一波纹弧板两侧连接角的连接角横向法兰为倒八字设置。
23.z型所述第一横向法兰和z型所述第二横向法兰的弯角均为钝角结构。
24.一种应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构的施工方法，包括如下步骤：
25.在波纹管箱涵洞现场就位前，首先按涵洞布置图开挖至涵身底面以下30cm位置，波纹管箱涵洞最外侧各延伸1米范围内开挖，开挖完成后，进行地基承载力检测，地基承载力不小于200kpa；
26.地基为稳定土质地层且地基承载力大于设计承载力时，不进行基底换填，直接设置下承层3ocm厚度的砂砾垫层，砂砾垫层铺设厚度到波纹管箱涵洞的底部第一波纹弧板两侧的第一横向法兰处；
27.涵身底面以下30cm位置的涵洞下卧层是岩石基底时，将表面岩石换填并通过换填层8压实，厚度60cm；下卧层是沼泽、淤泥不良地基时，换填并通过换填层8压实，厚度80cm；换填材料根据地材来源，采用天然砂砾、级配砂砾、山皮石、碎石或碎石土(体积比碎石：土＝3：7)分层进行机械压实，每层厚度不超过20cm，压实度检测采用灌砂法或沉降观测法；
28.设计波纹钢箱式涵洞的尺寸为4m
×
3m，波纹钢箱式涵洞的材质为q235、q355或s460钢板，加工成型后表热浸镀锌，单面镀锌量不小于600g/m，平均厚度不小于84μm；将波纹钢箱式涵洞由单个波形为400mm*150mm的波纹弧板结构通过弧状t型钢结构及连接角横向法兰依次对接组装而成；
29.波纹钢箱式涵洞的内部底板处，在对应的第一波纹弧板以上浇筑10cm厚混凝土防冲刷层，混凝土防冲刷层内部放置等间距的15cm*15cm钢筋网片；
30.在波纹管箱涵洞最外侧的开挖范围内回填形成特别回填区，并在特别回填区以及
垫层和换填层外侧开挖回填形成一般回填区；特别回填区采用级配良好的天然砂砾、级配砂砾或含泥量不大于10％的中粗砂；粒径不大于30mm，分层压实，每层不高于30cm，压实度不小于96％；一般回填区的回填材料采用4％水泥土、含泥量不大于10％的中粗砂或天然砂砾，不含有粒径超过75mm的碎石或硬土块，且不含冻土、草皮、煤渣或有机物；一般回填区每20cm一层采用机械两侧对称分层压实，压实度按照路基施工要求，压路机平行于涵管运行。
31.本发明具有如下有益效果：
32.该结构及其施工方法通过将波纹弧板结构分别借助弧状t型钢结构和连接角横向法兰连接拼装形成波纹管箱涵洞，波纹管箱涵洞结构整体由钢、铝等材料制成，轴向波纹的存在使波纹管具有良好的受力特征，荷载的应力集中可以分散更大，尤其在各类不良工程岩土地区如：软土地区、膨胀土地区、湿陷性黄土地区能够充分发挥其优势，同时，波纹管状涵洞的造价比传统钢筋混凝土结构更为节省，且具有施工速度快，受气温影响小等优势。是一种结构简单、安装方便、施工效率高、经济实用、施工质量优的新的波纹钢箱涵洞设计形式。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
34.图1为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构的整体轴测结构示意图。
35.图2为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构中第一波纹弧板及其两侧第一横向法兰的轴测结构示意图。
36.图3为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构中弧状t型钢结构的轴测结构示意图。
37.图4为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构中第一波纹弧板及其两侧第一横向法兰的正面结构示意图。
38.图5为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构中第二波纹弧板及其两侧第二横向法兰的正面结构示意图。
39.图6为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构的整体正面结构示意图。
40.图7为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构中弧状t型钢结构的连接结构示意图。
41.图8为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构在图6中a处的连接角横向法兰的连接结构示意图。
42.图9为本发明实施例提供的应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构的整体应用结构示意图。
43.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
44.波纹弧板结构1：第一波纹弧板11、第二波纹弧板12；
45.弧状t型钢结构2：t型钢主体21、t型钢连接螺栓22、t型钢连接垫片23、t型钢遇水膨胀胶条24、密封胶25；
46.连接角横向法兰3：第一横向法兰31、第二横向法兰32、法兰连接螺栓33、法兰连接垫片34、法兰遇水膨胀胶条35、泡沫密封垫36；
47.特别回填区4；一般回填区5；混凝土防冲刷层6；垫层7；换填层8。
具体实施方式
48.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.本说明书所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
50.如图1至图8所示，本发明实施例提供了一种应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构，包括波纹弧板结构1、弧状t型钢结构2和连接角横向法兰3，用以将波纹弧板结构1分别通过弧状t型钢结构2和连接角横向法兰3连接拼装形成波纹管箱涵洞，波纹管箱涵洞结构整体由钢、铝等材料制成，轴向波纹的存在使波纹管具有良好的受力特征，荷载的应力集中可以分散更大，尤其在各类不良工程岩土地区如：软土地区、膨胀土地区、湿陷性黄土地区能够充分发挥其优势，同时，波纹管状涵洞的造价比传统钢筋混凝土结构更为节省，且具有施工速度快，受气温影响小等优势。是一种结构简单、安装方便、施工效率高、经济实用、施工质量优的新的波纹钢箱涵洞设计形式。具体设置如下：
51.请参考图1和图6，所述波纹管箱涵洞的整体型号尺寸为跨径400cm，矢高300cm，波高150mm，波距400mm，且所述波纹管箱涵洞采用若干块波纹弧板结构1借助弧状t型钢结构2和连接角横向法兰3连接拼装而成；具体地，所述波纹弧板结构1包括第一波纹弧板11和第二波纹弧板12；所述第一波纹弧板11和所述第二波纹弧板12均采用q235、q355或s460钢板冷轧加工成型，表面为热浸镀锌,镀锌量不小于600g/
㎡
，平均厚度不小于84μm。
52.所述第一波纹弧板11与所述第二波纹弧板12之间相邻设置，且对向设置的两块所述第一波纹弧板11与对向设置的两块所述第二波纹弧板12之间依次通过所述连接角横向法兰3对接设置，形成一圈波纹管箱节段，且若干圈所述波纹管箱节段的任意相邻节段之间均固接有弧状t型钢结构2。
53.具体的是，请参考图1、图3和图7，所述弧状t型钢结构2包括t型钢主体21、t型钢连接螺栓22、t型钢连接垫片23、t型钢遇水膨胀胶条24和密封胶25；其中，所述t型钢主体21的中间纵向板两侧面分别与相邻两块所述波纹弧板结构1之间一一对应设置，且所述t型钢主体21的中间纵向板与相邻两块所述波纹弧板结构1之间均预留有相对应设置的第一开孔，所述t型钢连接螺栓22及其螺母对应装配于所述t型钢主体21与相邻两块所述波纹弧板结构1的第一开孔位置，且所述t型钢连接螺栓22与其对应的所述波纹弧板结构1之间、以及所述t型钢连接螺栓22的装配螺母与其对应的所述波纹弧板结构1之间均设有所述t型钢连接
垫片23，用以提升t型钢连接螺栓22的抗震能力；所述t型钢主体21的横向板面及中间纵向板两侧面分别与相邻两块所述波纹弧板结构1之间夹设有t型钢遇水膨胀胶条24，且所述t型钢主体21的横向板及中间纵向板分别与相邻两块所述波纹弧板结构1之间的端沿位置还涂固有密封胶25，用以以此实现双层防护性，保证其防水密封性。
54.请参考图2、图4至图6、图8，所述连接角横向法兰3包括第一横向法兰31、第二横向法兰32、法兰连接螺栓33、法兰连接垫片34、法兰遇水膨胀胶条35和泡沫密封垫36；其中，所述第一横向法兰31分别固接于所述第一波纹弧板11的两侧端，所述第二横向法兰32分别固接于所述第二波纹弧板12的两侧端，相邻设置的所述第一波纹弧板11与所述第二波纹弧板12之间通过所述第一横向法兰31和所述第二横向法兰32固接装配相连；所述第一横向法兰31和所述第二横向法兰32均为钝角结构，没有圆弧角的弧度卷圆限制，可以实现使用大波高、大惯性矩的波纹钢板，能够显著提升波纹管箱的强度；所述第一横向法兰31和所述第二横向法兰32之间相对接设置，且所述第一横向法兰31和所述第二横向法兰32之间均预留有相对应设置的第二开孔，所述第二开孔对应于所述第一波纹弧板11和所述第二波纹弧板12的凹处位置；所述法兰连接螺栓33及其螺母对应装配于所述第一横向法兰31和所述第二横向法兰32相对应设置的第二开孔位置，且所述法兰连接螺栓33与其对应的所述第二横向法兰32之间、以及所述法兰连接螺栓33的装配螺母与其对应的所述第一横向法兰31之间均设有所述法兰连接垫片34，用以有效提升法兰连接螺栓33的抗震能力；所述第一横向法兰31与所述第二横向法兰32之间的中间位置还夹设有所述法兰遇水膨胀胶条35，且所述第一横向法兰31与所述第二横向法兰32之间的侧端位置还夹设有所述泡沫密封垫36，用以以此实现对于连接角横向法兰3连接结构的双层防护性，进而保证其防水密封性。
55.作为本实施例的一种优选方案，所述第一横向法兰31和所述第二横向法兰32均为z型结构设置，使得相对接设置的所述第一横向法兰31和所述第二横向法兰32形成的端沿夹缝口均为朝下，用以保证第一横向法兰31与第二横向法兰32安装后，水不会沿缝流入箱涵内部，提升其防护性能；同时，z型法兰的耦合设计减小了横向法兰对法兰连接螺栓33的剪力，增强了横向法兰的抗挫动能力，提高了箱涵的抗震能力；此外，位于顶部的第一波纹弧板11两侧连接角的横向法兰3为倒八字设置，更易于安装及拆卸，在用于管廊结构时维护更加方便，在保证结构性能的基础上，有效提升了整体的功能实用性。
56.请参考图9，本发明实施例还公开了一种应用于公路工程的波纹钢箱式涵洞通道结构的施工方法，具体包括如下步骤：
57.在波纹管箱涵洞现场就位前，首先按涵洞布置图开挖至涵身底面以下30cm位置，波纹管箱涵洞最外侧各延伸1米范围内开挖，开挖完成后，进行地基承载力检测，地基承载力不小于200kpa；
58.如果地基为稳定土质地层且地基承载力大于设计承载力，不进行基底换填，直接设置下承层3ocm厚度的砂砾垫层7，砂砾垫层7铺设厚度到波纹管箱涵洞的底部第一波纹弧板11两侧的第一横向法兰31处；
59.涵身底面以下30cm位置的涵洞下卧层是岩石基底时，将表面岩石换填并通过换填层8压实，厚度60cm；下卧层是沼泽、淤泥不良地基时，换填并通过换填层8压实，厚度80cm。换填材料根据地材来源，采用天然砂砾、级配砂砾、山皮石、碎石或碎石土(体积比碎石：土＝3：7)分层进行机械压实，每层厚度不超过20cm，压实度检测采用灌砂法或沉降观测法。
60.设计波纹钢箱式涵洞的尺寸为4m
×
3m，波纹钢箱式涵洞的材质为q235、q355或s460钢板，加工成型后表热浸镀锌，单面镀锌量不小于600g/m，平均厚度不小于84μm；将波纹钢箱式涵洞由单个波形为400mm*150mm的波纹弧板结构1通过弧状t型钢结构2及连接角横向法兰3依次对接组装而成。
61.波纹钢箱式涵洞的内部底板处，在对应的第一波纹弧板11以上浇筑10cm厚混凝土防冲刷层6，混凝土防冲刷层6内部放置等间距的15cm*15cm钢筋网片。
62.在波纹管箱涵洞最外侧的开挖范围内回填形成特别回填区4，并在特别回填区4以及垫层7和换填层8外侧开挖回填形成一般回填区5。根据施工现场地材来源情况，特别回填区采用级配良好的天然砂砾、级配砂砾或中粗砂(含泥量不得大于10％)；最大粒径不大于30mm，分层压实，每层最高30cm厚，压实度不小于96％；一般回填区5的回填材料采用4％水泥土、中粗砂(含泥量不得大于10％)或天然砂砾，不含有粒径超过75mm的碎石或硬土块，且不含有冻土、草皮、煤渣或有机物；一般回填区5每20cm一层采用机械两侧对称分层压实，压实度按照路基施工要求，压路机平行于涵管运行。
63.如施工现场材料不易采购，依据现场现有材料，进行回填压实试验后，在满足回填需求的前提下可以使用施工现场材料。
64.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。