鋼波紋管涵在黃土地區(qū)公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
發(fā)表時(shí)間：2016-12-05 16:14
【摘 要】鋼波紋管結(jié)構(gòu)是一種典型的柔性結(jié)構(gòu)，具有良好的變形適應(yīng)能力，特別適用于常年凍土、膨脹土、軟土、濕陷性黃土等不良地質(zhì)條件 、高填方路段及地震地區(qū)的公路或鐵路涵洞與通道。與傳統(tǒng)圬工或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼波紋管涵在受力性能、施工工期、使用壽命、行車舒適性 、養(yǎng)護(hù)成本、綜合造價(jià)等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，因而可作為公路工程中傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的替代者。結(jié)合其在通渭縣馬營(yíng)至隴西縣云田公路中的成 功應(yīng)用，探討鋼波紋管涵在黃土地區(qū)高填土路基處治中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】黃土地區(qū) 鋼波紋管涵 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 推廣應(yīng)用
1鋼波紋管涵的發(fā)展概述
在我國(guó)公路建設(shè)過(guò)程中，涵洞作為一種重要和常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，通常用于滿足工程中排水和通道的需求，多年來(lái)涵洞結(jié)構(gòu)一直采用箱涵、蓋板涵、圓 管涵、拱涵等幾種型式，材料采用鋼筋混凝土或圬工材料，該類涵洞存在設(shè)計(jì)繁瑣、施工周期長(zhǎng)、孔徑小、易出現(xiàn)沉降及跳車等缺陷。此外，在常年 凍土、膨脹土、軟土、濕陷性黃土等不良地質(zhì)地區(qū)以及高填土等條件下，鋼筋混凝土涵洞在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，甚至因涵洞基礎(chǔ) 的不均勻沉降導(dǎo)致涵洞整體破壞，造成路基大范圍的沉陷，給公路行車帶來(lái)安全隱患。針對(duì)傳統(tǒng)涵洞結(jié)構(gòu)存在的各種缺陷，亟待推廣新型結(jié)構(gòu)以改善 涵洞構(gòu)造物的適用范圍。
隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展、鋼材加工工藝特別是防腐技術(shù)的提高，鋼波紋管結(jié)構(gòu)以其良好的力學(xué)性能及施工簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)、耐久性好的特點(diǎn)， 正逐步在國(guó)內(nèi)公路建設(shè)中得到認(rèn)識(shí)和重視。尤其是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)鋼材產(chǎn)能過(guò)剩、價(jià)格低迷的市場(chǎng)環(huán)境下，鋼波紋管結(jié)構(gòu)具有更加優(yōu)越的性價(jià)比和社會(huì) 效益，在工程領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間。
2工程概況
通渭縣馬營(yíng)至隴西縣云田公路工程位于定西市境內(nèi)，路線總長(zhǎng)73.24km。項(xiàng)目區(qū)屬隴西黃土高原中部，渭河流域上游，地形起伏較大、溝壑縱橫 ，區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，對(duì)應(yīng)地震烈度區(qū)劃為Ⅷ度區(qū)。沿線地層以第四系風(fēng)積黃土為主，主要為自重濕陷性黃土，巖性為上更新統(tǒng)馬蘭黃 土（ ），濕陷等級(jí)Ⅱ～Ⅳ級(jí)，遇水易引起路基不均勻沉降。
工程沿線“V”字型沖溝發(fā)育，下切作用強(qiáng)烈，溝深一般達(dá)到30～60m，溝寬80～150m，全線分布大約20余處。鑒于跨溝位置溝壁陡峭，溝壁黃土 易崩塌且沿線黃土具有強(qiáng)烈濕陷性等特點(diǎn)，采用橋梁方式跨越?jīng)_溝橋臺(tái)不易修筑，且橋梁墩臺(tái)身高度高，施工難度大，運(yùn)營(yíng)期隱患多，后期養(yǎng)護(hù)困難 ，同時(shí)沿線沖溝匯水面積較小，溝內(nèi)基本處于干燥狀態(tài)，經(jīng)反復(fù)論證，設(shè)計(jì)采用高填土路堤的方式跨越?jīng)_溝，在溝底設(shè)置過(guò)水涵。
3設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.1涵洞構(gòu)造的選型
沿線跨溝位置路基最大填土高度48米，在溝底設(shè)涵，最大涵長(zhǎng)將達(dá)到200多米。由于涵身較長(zhǎng)，管節(jié)較多，溝底縱坡較大，如果采用混凝土板涵 ，因高填土原因很容易造成管節(jié)的不均勻沉降及涵管裂縫，且對(duì)基礎(chǔ)處理要求較高，同時(shí)蓋板涵施工工期較長(zhǎng)，涵洞損壞后維修困難。而鋼波紋管涵 分片重量輕，拼裝簡(jiǎn)便，施工工期短，安裝后整體性及連續(xù)性較好，力學(xué)性能優(yōu)越，具有較強(qiáng)的抗變形能力及抗沉降能力，能較好的避免濕陷性黃土 地區(qū)高填方路基回填造成的不均勻沉降等問(wèn)題。綜合以上因素，設(shè)計(jì)選用鋼波紋管涵作為過(guò)水涵。
3.2涵位的選擇
在溝底設(shè)涵管身長(zhǎng)度大，投資高，水流攜帶的大量泥沙易堵塞涵洞，后期養(yǎng)護(hù)困難，同時(shí)，溝底縱坡較大，歷時(shí)降雨后，匯水無(wú)固定流動(dòng)軌跡， 加之水流流速快，路基邊坡受水流沖刷造成坡腳水毀，易產(chǎn)生穿水洞�？紤]以上因素，設(shè)計(jì)采用壩式路堤方式填筑路基，設(shè)置高位涵。涵洞進(jìn)口側(cè)邊 坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜，以防止水流下滲穿透路基，并在其上設(shè)置護(hù)坡，減小水流對(duì)路基邊坡的直接沖刷，匯水在涵洞進(jìn)口側(cè)溝道內(nèi)先進(jìn)行淤積沉沙后通 過(guò)排水涵排離路基。
3.3孔徑及板厚的確定
根據(jù)匯水面積進(jìn)行水文水力計(jì)算確定涵洞孔徑，并根據(jù)涵頂填土高度確定鋼板厚度（參考表1確定）。
螺旋形或環(huán)形波紋鋼管最大最小填土厚度[76mm×25mm（波形）]
3.4涵洞基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)必須有足夠強(qiáng)度、穩(wěn)定性和均勻性，設(shè)計(jì)中考慮到涵洞設(shè)置在填方路基上，先對(duì)溝底進(jìn)行了擴(kuò)溝、強(qiáng)夯處理，要求按照《公路路基施工 技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行分層填土壓實(shí)，填土至涵頂標(biāo)高位置時(shí)對(duì)涵洞左右兩側(cè)5m范圍路基進(jìn)行強(qiáng)夯處理，然后開(kāi)挖涵洞基坑，通過(guò)先填后挖的施工工序來(lái)保 證涵底地基的穩(wěn)定性，涵洞基礎(chǔ)的選擇考慮到項(xiàng)目區(qū)地層為自重濕陷性黃土，不宜采用透水性砂礫料，設(shè)計(jì)采用灰土基礎(chǔ)，端頭采用混凝土基礎(chǔ)。因 管涵涵身較長(zhǎng)，涵頂填土高度大，管涵地基及基礎(chǔ)尤其中部會(huì)有不同程度的沉降，考慮流水要求，沿涵洞軸線在基礎(chǔ)頂面設(shè)置了預(yù)拱度，預(yù)拱度f(wàn)=L （涵長(zhǎng)）×1.5%/2（m），且f<（進(jìn)口標(biāo)高-出口標(biāo)高）/2，按拋物線形式設(shè)置，以確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或逆坡。
3.5防腐設(shè)計(jì)
鋼波紋管出廠前管壁及配套附件均已經(jīng)過(guò)熱浸鍍鋅處理，為延長(zhǎng)使用壽命，涵管運(yùn)至工地時(shí)，宜在管涵外壁及內(nèi)壁表面涂刷兩遍瀝青防腐層。為 保證接頭部位的密封性，密封材料采用方形耐久性能較好的橡膠密封圈或方形石棉盤根密封條，并在涵洞進(jìn)出口與端墻相接處用瀝青麻絮纏繞。
3.6進(jìn)出水口設(shè)計(jì)
涵洞出進(jìn)出口的選擇根據(jù)地形條件及適用范圍選定，本工程涵洞采用高位涵，進(jìn)口側(cè)護(hù)坡護(hù)到了涵頂，采用端墻式洞口與護(hù)坡相接，出水口根據(jù) 地形設(shè)置一定長(zhǎng)度急流槽及消力池，將水排至溝底。洞口材料的選擇考慮到施工質(zhì)量及施工進(jìn)度，均采用混凝土澆筑。
4結(jié)語(yǔ)
鋼波紋管涵的大量采用加快了項(xiàng)目施工進(jìn)度，路基完工至今，高填土路段均未產(chǎn)生沉降，路基穩(wěn)定，涵洞構(gòu)造未發(fā)生較大變形，很好的適應(yīng)了地 質(zhì)條件，排水順暢。該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有效的解決了在填方路基上及地基承載力較低路段修筑長(zhǎng)涵洞引起不均勻沉降的問(wèn)題，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，不 論從施工工期、施工難度、施工質(zhì)量及環(huán)境保護(hù)方面都具有不可比擬的優(yōu)越性。因此，鋼波紋管涵的推廣應(yīng)用在黃土地區(qū)公路建設(shè)中有著廣闊的前景 。
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