一种大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞及其施工方法与流程

本发明涉及棚洞防护，特别是一种大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞及其施工方法。

背景技术：

1、随着我国交通建设快速发展，山岭重丘区道路两侧陡崖边坡落石灾害问题越来越突出，其中多车道大跨度防护已成为交通建设的重难点。除主被动防护网外目前通常采用钢筋混凝土棚洞进行道路落石防护，然而钢筋混凝土棚洞具有以下缺点：(1)结构粗壮、自重大；(2)支架模板体系复杂，绑扎浇筑周期长；(3)为提高其自身的吸能减振能力，需设置厚层砂土或复合材料缓冲垫以减弱冲击荷载，但面临进一步增加了结构自重、造价昂贵和泡沫塑料材料耐久性差等难题。在大跨度情况下，钢筋混凝土棚洞的上述缺点更为突出。

2、波纹钢作为一种新型材料用于落石防护棚洞具有较大优势，由于波纹钢板较薄，易发生变形大或失稳情况，而其波纹钢-混凝土组合拱形结构，虽能一定程度提高其承载能力和抗冲击性能，但该组合结构为抵抗负弯矩需在波纹钢上部浇筑一层钢筋混凝土拱圈，拱圈外侧弧形立模浇筑工作量大、施工复杂。同时在大跨度情况下，该组合结构仍存在结构变形大、稳定性低和抗冲击能级低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术的波纹钢-混凝土组合拱形结构在大跨度情况下，存在结构变形大、稳定性低和抗冲击能级低的问题，难以满足大跨度棚洞防护需求，且针对波纹钢-混凝土组合结构拱圈外侧弧形立模浇筑工作量大、施工复杂问题，提供一种大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞及其施工方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞，包括波纹钢-混凝土组合拱圈以及位于所述波纹钢-混凝土组合拱圈两侧拱脚的基座；

4、所述波纹钢-混凝土组合拱圈包括波纹钢拱圈和钢筋混凝土拱圈，所述钢筋混凝土拱圈位于所述波纹钢拱圈外侧，所述波纹钢拱圈和钢筋混凝土拱圈之间通过若干剪力件连接，所述波纹钢拱圈和钢筋混凝土拱圈的拱脚分别固定于对应所述基座；

5、所述波纹钢-混凝土组合拱圈外侧具有填充层；从所述基座向上，所述填充层覆盖至所述波纹钢-混凝土组合拱圈的顶部；所述波纹钢-混凝土组合拱圈的顶部上方铺设有水平的顶部钢筋网，所述顶部钢筋网位于所述填充层内，

6、所述波纹钢-混凝土组合拱圈两侧外侧的所述填充层具有水平锚拉钢筋，所述水平锚拉钢筋一端连接对应所述剪力件、另一端锚固或固定连接。

7、本方案所述大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞，波纹钢-混凝土组合拱圈和基座可以是现有构造，波纹钢-混凝土组合拱圈外侧具有填充层，通过设置填充层能够减小波纹钢-混凝土组合拱圈两侧的变形，保证结构稳定；且通过在波纹钢-混凝土组合拱圈顶部设置水平的顶部钢筋网，其中顶部钢筋网的垂直棚洞轴向方向为主受力钢筋，在落石冲击荷载作用下，顶部钢筋网、填充层与波纹钢-混凝土组合拱圈共同受力，形成类似上承式梁拱组合受力体系，大大提高了大跨度波纹钢棚洞的抗冲击和承载力性能，同时波纹钢-混凝土组合拱圈两侧设置水平锚拉钢筋，水平锚拉钢筋将波纹钢-混凝土组合拱圈与两侧填充层混凝土锚固成整体，进一步提高了棚洞的整体稳定性与受力性能，使得能够满足更大跨度的棚洞防护需求。

8、优选的，所述钢筋混凝土拱圈包括若干环形主筋和若干纵向连接钢筋，所有所述环形主筋沿棚洞轴向间隔设置，所述纵向连接钢筋将所有所述环形主筋连接成整体，所述剪力件与所述环形主筋的外侧钢筋焊接。

9、剪力件与钢筋混凝土拱圈的环形主筋的外侧钢筋连接，使波纹钢拱圈和钢筋混凝土拱圈连接牢固。

10、优选的，所述基座顶部埋设有地脚螺栓和锚固钢筋，所述地脚螺栓固定所述波纹钢拱圈的拱脚，所述锚固钢筋与所述环形主筋固定，固定的方式可以是焊接、钢筋绑扎等。优选的，所述基座高出路面的高度不小于道路混凝土防撞护墙高度，所述基座配筋强度不低于道路混凝土防撞护墙配筋强度。

11、使得棚洞两侧基座可兼作道路两侧防撞护墙。

12、优选的，当所述波纹钢-混凝土组合拱圈侧面为近山侧时，所述波纹钢-混凝土组合拱圈和山体之间的填充层为回填混凝土，近山侧的填充层内的水平锚拉钢筋为近山侧水平锚拉钢筋，所述近山侧水平锚拉钢筋另一端锚固在近山侧的填充层内；

13、当所述波纹钢-混凝土组合拱圈侧面为远山侧时，所述波纹钢-混凝土组合拱圈侧面外的填充层为模筑混凝土，远山侧的填充层内的水平锚拉钢筋为远山侧水平锚拉钢筋，远山侧的填充层的外侧设有竖向的外侧钢筋网，所述远山侧水平锚拉钢筋另一端固定在所述外侧钢筋网。

14、当所述波纹钢-混凝土组合拱圈侧面为远山侧时，即该侧没有山体，这时该侧的稳定性较差，通过采用模筑混凝土作为该侧的填充层，同时通过在该侧填充层的外侧设置竖向的外侧钢筋网，将远山侧水平锚拉钢筋与外侧钢筋网焊接固定后，外侧钢筋网将外侧混凝土兜住，对远山侧的外侧变形起到约束力作用，进而约束波纹钢拱圈的侧向变形，同时通过远山侧水平锚拉钢筋给波纹钢-混凝土组合拱圈提供侧向约束力来提高棚洞的整体稳定性和受力性能。

15、优选的，所述填充层顶部铺设防水层，所述防水层上方铺设有缓冲层，所述缓冲层顶部设置排水沟；

16、所述缓冲层内具有泄水孔，所述泄水孔孔口设有碎石过滤层；

17、所述棚洞两端均设置有钢筋混凝土洞门墙，所述棚洞两端靠近所述洞门墙位置顶部设有防抛网；当所述棚洞具有远山侧时，所述棚洞的远山侧顶部设有防抛网。

18、防水层避免棚洞渗水。缓冲层用于保护防水层，同时能够削弱落石冲击，减小波纹钢-混凝土组合拱圈承受的冲击动能。缓冲层顶部设置排水沟，缓冲层内具有泄水孔，能够及时将缓冲层内的渗水排入棚洞体外排水系统。泄水孔孔口设有碎石过滤层，防止堵塞泄水孔。

19、一种大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞的施工方法，用于施工上述的大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞，包括以下施工步骤：

20、s1、施工棚洞两侧的基座，两侧基座顶部均埋设有地脚螺栓和锚固钢筋；

21、s2、将波纹钢拱圈分节段吊装架设在两侧的基座上，并通过地脚螺栓将波纹钢拱圈的拱脚与对应基座固定，直至波纹钢拱圈安装完成；其中，所述波纹钢拱圈外侧连接有若干间隔设置的剪力件；

22、s3、绑扎钢筋混凝土拱圈的钢筋，使得钢筋混凝土拱圈的环形主筋与对应的锚固钢筋焊接固定，剪力件与环形主筋的外侧钢筋焊接固定；

23、s4、利用波纹钢拱圈为内模，且将填充层和钢筋混凝土拱圈的混凝土整体分层后，两侧的同层同时浇筑，且从下向上依次浇筑完成；其中，当浇筑当前层混凝土时需要预埋顶部钢筋网或水平锚拉钢筋，先预埋顶部钢筋网或水平锚拉钢筋。

24、本方案针对大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞施工过程中，钢筋混凝土拱圈外侧弧形立模浇筑困难问题，提出采用钢筋混凝土拱圈与两侧填充层的混凝土同时浇筑的方式，减少繁琐的立模工序，提高施工效率；在钢筋混凝土拱圈与两侧填充层的混凝土同时浇筑过程中，由于波纹钢拱圈较薄、柔性大，在偏压情况下易产生较大变形，因此，需通过控制混凝土分层浇筑厚度和采取两侧同步浇筑的方式，避免浇筑过程中波纹钢变形过大或失稳情况发生，保证施工安全。

25、优选的，步骤s4为：

26、同时逐层浇筑两侧的混凝土至填充层混凝土顶部标高；每层浇筑厚度不大于2m；下一层浇筑需要等上一层浇筑凝固后进行；

27、当存在远山侧时，远山侧的每层浇筑前先预埋对应高度的外侧钢筋网，远山侧的下一层预埋的对应高度的外侧钢筋网与远山侧的上一层预埋对应高度的外侧钢筋网固定；

28、当前层具有水平锚拉钢筋时，先预埋水平锚拉钢筋，使得水平锚拉钢筋一端连接对应所述剪力件，远山侧的水平锚拉钢筋另一端固定于外侧钢筋网，近山侧的水平锚拉钢筋的长度大于或等于规范锚固长度。

29、通过控制混凝土分层浇筑厚度，以及逐层设置水平锚拉钢筋的方式，以及当存在远山侧时逐层设置外侧钢筋网，能够避免浇筑过程中波纹钢变形过大或失稳情况发生，保证施工安全。

30、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

31、1、本发明所述大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞，通过两侧填充层反压能够减小波纹钢-混凝土组合拱圈两侧的变形，保证结构稳定；且通过在波纹钢-混凝土组合拱圈顶部设置水平的顶部钢筋网，顶部钢筋网位于棚洞的填充层顶部，其中顶部钢筋网的垂直棚洞轴向方向为主受力钢筋，在落石冲击荷载作用下，顶部钢筋网、填充层与波纹钢-混凝土组合拱圈共同受力，形成类似上承式梁拱组合受力体系，大大提高了大跨度波纹钢棚洞的抗冲击和承载力性能，同时波纹钢-混凝土组合拱圈两侧设置水平锚拉钢筋，水平锚拉钢筋将波纹钢-混凝土组合拱圈与两侧填充层混凝土锚固成整体，进一步提高了棚洞的整体稳定性与受力性能，使得能够满足更大跨度的棚洞防护需求。

32、2、本发明所述大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞的施工方法，针对大跨度波纹钢-混凝土组合结构棚洞施工过程中，钢筋混凝土拱圈外侧弧形立模浇筑困难问题，提出采用钢筋混凝土拱圈与两侧填充层的混凝土同时浇筑的方式，减少繁琐的立模工序，提高施工效率；在钢筋混凝土拱圈与两侧填充层的混凝土同时浇筑过程中，由于波纹钢拱圈较薄、柔性大，在偏压情况下易产生较大变形，因此，需通过控制混凝土分层浇筑厚度和采取两侧同步浇筑的方式，避免浇筑过程中波纹钢变形过大或失稳情况发生，保证施工安全。