一種高填方波紋鋼管涵洞的施工方法

摘 要：近年來基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大力發(fā)展，尤其是高速公路，許多在地形復(fù)雜、溝壑縱橫的山區(qū)開發(fā)，而高速公路存在大量的高填深挖路基和隧道工程，高填方路基是山區(qū)高等級公路的常用形式之一，高填方路堤下的涵洞建設(shè)大量涌現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：波紋管；高填方；涵洞

一、背景技術(shù)

高填方地段的波紋鋼管因?yàn)楹敻餐凛^大，設(shè)計(jì)人員在涵洞設(shè)計(jì)時(shí)很難全面的了解涵洞基底的地質(zhì)情況，施工人員在施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)沒有嚴(yán)格按照合理施工工藝作業(yè)的情況，在回填過程中沒有嚴(yán)格按照工藝流程和施工要求作業(yè)，兩側(cè)填土壓實(shí)度達(dá)不到96%，使波紋鋼管在回填后甚至回填中就產(chǎn)生超過允許范圍的變形，存在局部屈服的安全隱患，造成不可換回的經(jīng)濟(jì)損失。高填方波紋鋼管涵洞的填土達(dá)到一定高度以后，涵洞上方產(chǎn)生拱效應(yīng)，由于高填方上方的路基經(jīng)常是不同于巖石的散粒體，所以產(chǎn)生的拱效應(yīng)不穩(wěn)定，并隨著填土高度的增加，涵頂壓力呈非線性規(guī)律變化。如圖1所示的剛性涵洞，在回填過程中，由于剛性涵洞幾乎不可壓縮，而涵洞兩側(cè)的填土壓縮性較大，在上部填土荷載的作用下，外土柱的沉降量大于內(nèi)土柱的沉降量，外土柱對內(nèi)土柱產(chǎn)生向下的摩擦作用力，涵洞底部地基承載力較周圍路基承載力大，涵洞沉降量小于周圍路基，使涵洞所受壓力大于洞頂土柱壓力。而剛性涵洞完全依靠自身的強(qiáng)度承擔(dān)上方土柱壓力，在上方填土高度增加時(shí)，需改變涵洞橫截面積、提高材料強(qiáng)度等來滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，使涵洞造價(jià)增加，施工工程量和工期增加。提供一種能提高波紋鋼管涵洞的承載力、防止涵洞壓塌損壞的施工方法，該方法使得波紋鋼管涵洞在回填過程中所受壓力減小，提高了涵洞的承載力，相同的波形參數(shù)可用于覆土更高的工程中，且不易開裂損壞；充分利用波紋鋼管的柔性特性并對其作預(yù)變形處理，使得回填后的涵洞保持原有形態(tài)，避免涵洞由圓管被擠壓成扁管、甚至壓塌的不利狀況，同時(shí)解決了兩側(cè)回填普遍不能到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度的質(zhì)量問題。

二、施工原理

該施工方法的原理是波紋鋼管屬于柔性材質(zhì)，如圖2所示的柔性涵洞，采取高填方波紋鋼管涵洞的施工方法后，在涵洞頂部路基沉降過程中兩側(cè)填土的沉降小于上方填土的沉降，在涵洞頂兩側(cè)形成兩個(gè)滑動(dòng)面，兩側(cè)土體相對于涵洞頂土柱在滑動(dòng)面上產(chǎn)生向上的摩擦力，因而涵洞所受壓力小于涵洞頂部土柱壓力。在此基礎(chǔ)上，對涵洞作預(yù)變形使其由圓管變?yōu)樨Q向橢圓管，作為填土壓力作用下的預(yù)留壓縮量，這樣在回填過程中，洞頂土柱下沉，在該土柱的壓力作用下，涵洞由橢圓管被擠壓回圓管。在此過程中，涵洞兩側(cè)填土得到了充分的壓實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到96%以上，解決了工程施工中普遍存在的回填壓不實(shí)的質(zhì)量問題。此外，相同波形參數(shù)、鋼板厚度的波紋鋼管涵洞在采取了減荷措施后，涵洞上方土柱壓力得到明顯減小，相同結(jié)構(gòu)的波紋鋼管涵洞在減荷處理后可用于管頂覆土更高的工程中，工程的造價(jià)并沒有增加，只是改變了施工工藝及流程。

三、施工方法

施工方法：選用熱軋鋼板，鋼板在加工波形后其表面要進(jìn)行鍍鋅防腐處理，在施工現(xiàn)場按照波紋鋼管施工方法拼裝完成。然后，對涵洞進(jìn)行基礎(chǔ)處理，使涵洞投影區(qū)兩側(cè)基礎(chǔ)地基承載力比涵洞底部地基承載力大30～50KPa，且每側(cè)的處理寬度大于3米且大于 2/3 涵洞跨度，涵洞基地的處理方式與路基地基處理方式相同，但處理強(qiáng)度弱于路基地基處理。在涵洞內(nèi)每隔兩節(jié)波紋鋼板設(shè)置一道豎向的支撐，或相鄰支撐的間距為2.0m左右。

如圖4、5所示，在涵洞預(yù)變形位置及其附近位置的頂部和底部放縱向墊木，并在支撐底部處鋪設(shè)高出波紋頂部50mm的沙土，防止預(yù)變形將洞頂或洞底損壞；用千斤頂（零件9）頂起洞頂，為防止被頂起的涵洞又回落，要用支撐4撐住，并在該支撐頂部與洞頂?shù)目v向墊木10之間墊上木楔8，利于支撐4向上擠壓。

同時(shí)，在該截面的水平徑向有一個(gè)收緊裝置，該收緊裝置中有兩根水平方向設(shè)置的鋼筋，分別將鋼筋的一端固定在涵洞側(cè)壁上，鎖具螺旋扣從鋼筋另一端扣住并向內(nèi)（圓心方向）收緊鋼筋。然后重復(fù)頂起涵洞和收緊鋼筋，直到涵洞豎向直徑伸長3-5%，圓形涵洞變?yōu)樨Q向橢圓形；由于支撐的長度大于涵洞圓截面的直徑，為了將支撐緩緩撐起涵洞，要多次使用千斤頂，注意用千斤頂頂起涵洞時(shí)，涵洞每次的變形量不得太大，以免造成塑性變形。最后填土，回填至洞頂覆土0.5-1米后拆除支撐和收緊裝置。在回填過程中，A區(qū)域?yàn)樘钔撩娣e，在洞頂與涵洞等寬土層范圍內(nèi)覆土?xí)r，高度H以下只由回填土松散下落堆積，不壓實(shí)，達(dá)到H高度后，對松散土層上方B區(qū)域進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到 96% 以上，且不同回填材料及不同填方總高度下，松散堆積層厚度不同，詳見下表 1 和圖6。由于之前對涵洞作預(yù)變形，給涵洞預(yù)留了壓縮變形量，所以在回填過程中，覆土將豎向橢圓形涵洞緩緩壓回原狀，而不會(huì)將其壓扁壓塌；其次，B 區(qū)域（H 高度內(nèi)）作為緩沖層，在其上方（即 H 高度以上）進(jìn)行壓實(shí)可以有效避免回填的覆土直接作用于洞頂，擠壓并造成洞頂?shù)膿p壞 ；在該過程中，涵洞兩側(cè)壓實(shí)充分，壓實(shí)度達(dá)到 96% 以上，也能限制壓回的圓管形涵洞進(jìn)一步變形。

四、優(yōu)點(diǎn)

該施工方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是使得波紋鋼管涵洞在回填過程中所受壓力減小，即提高了涵洞的承載力，相同的波紋鋼管涵洞可以用于覆土更高的工程中，并且不易開裂損壞；充分利用波紋鋼管的柔性特性并對其作預(yù)變形處理，使得回填后的涵洞保持原有形態(tài)，避免涵洞由圓管被擠壓成扁管、甚至壓塌的不利狀況，同時(shí)解決了兩側(cè)回填普遍不能到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度的質(zhì)量問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]戰(zhàn)福軍.一種高填方波紋鋼管涵洞的施工方法[P].2013-09-18.

作者簡介：戰(zhàn)福軍（1966-），男，漢族，江蘇南京人，南京聯(lián)眾建設(shè)工程技術(shù)有限公司董事長。