高填方大跨径钢波纹管变形维修加固技术研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言高填方大跨径钢波纹管变形维修加固处理技术是一种常见的结构变形修复技术，其是针对钢波纹管在使用过程中由于环境因素和外力作用而引起的变形和破损等问题而提出的一种解决方案。随着施工技术和社会经济的快速发展，钢波纹管的应用越来越广泛，而其变形和破损等问题也日益突出，因此如何有效地进行维修加固处理成为亟待解决的问题。本文将围绕高填方大跨径钢波纹管变形维修加固处理技术进行探讨，通过对该技术的原理、流程、方法和实际应用等方面进行分析和总结，旨在探究其技术特点和优势，提高其在工程实践中的维修加固效果。总之，高填方大跨径钢波纹管变形维修加固处理技术是一项具有重要意义的技术创新，其为波纹管的维修加固提供了一种全新的解决方案，对保障工程安全和施工质量具有重要意义。1 钢波纹管涵参数钢波纹管涵是一种新型管道结构，由碳钢板制成，具有高强度、高刚度和轴向柔性，可以对结构水平位移或竖向不均匀沉降进行补偿，保证道路通畅和安全。相比传统混凝土涵洞，钢波纹管涵具有工厂化预制、便于运输、施工成本低、可回收利用、环保等优势。材料的高强度和刚度，精心设计的波形参数和波纹壁厚，使其具有可靠性和耐久性，长期使用无需频繁维护和更换。工厂化预制的制作方式提高了生产效率，减少了建筑垃圾的产生。施工成本低，人力、材料和设备都较少，成为一种经济实用的管道结构。钢波纹管涵在市政、交通等领域得到广泛应用，应用范围还会不断扩大。2 钢波纹管涵力学指标钢波纹管涵是一种具有高度可靠性和耐久性的道路涵洞结构，其采用了工厂标准化生产，以确保其质量和性能的稳定性。在山区高速公路涵洞的建设中，钢波纹管涵是一种很常见的结构形式。涵顶填土高度与钢管厚度、波高等参数规格有明确的对应关系，因此，根据实际情况进行选择是很有必要的。在钢波纹管涵的设计中，填土高度和厚度指标是关键参数。在山区高速公路涵洞较长的情况下，钢波纹管涵的直径和厚度需要满足一定的要求，以确保其能够承受填土的压力和重量。同时，钢波纹管涵的设计也需要考虑到各种不同的因素，如地质条件、气候条件、道路流量等。表1为钢波纹管直径、厚度及填土高度要求一览表。表1 钢波纹管直径、厚度及填土高度要求一览表管径D/mm200250300400500600700最小填土高度/m0.60.60.811.251.51.75不同钢板厚度的最大填土高度/m3.5 m121074.5 m262220108655.5 m403430201812176.5 m4035252317103 钢波纹管的设计荷载钢波纹管涵洞的设计需考虑恒载和活载两部分荷载，前者是路基路面自重引起的荷载，后者是车辆行驶引起的荷载。涵洞设计应综合考虑填土重力对竖向和水平压力强度的影响，以确保其稳定性和安全性。当路堤高度超过10 m时，可忽略汽车活载的影响。收稿日期：2023-06-11作者简介：徐晓燕（1985），女，高级工程师，从事桥梁养护设计及养护工程概预算编制工作。高填方大跨径钢波纹管变形维修加固技术研究徐晓燕（河北交规院瑞志交通技术咨询有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：为解决高填方钢波纹管施工中影响因素较多，极易造成偏压变形的问题，结合某高速既有钢波纹管加固工程实例进行分析，阐述了钢波纹管出现偏压、拼接处撕裂等病害形成原因。为保证波纹管稳定性及承载能力，提出了钢波纹管加固处治具体措施，希望能为同类工程提供借鉴。关键词：钢波纹管涵；高速公路；涵洞；加固施工中图分类号：U416.2文献标识码：B175总658期2023年第28期（10月 上）4 工程概况本文结合某高速公路16 m高填方钢波纹管涵出现的管节错位、拼接螺栓脱落、偏压等施工缺陷，对其变形前后进行对比，图1为波纹管偏压变形前与变形后的对比。单位：cm图1 波纹管涵变形前与变形后的对比4.1 钢波纹管涵主要产生偏压变形的原因分析1）金属波纹涵管管体顶部及两侧回填材料与设计回填材料不一致，达不到设计要求。2）钢波纹管涵为柔性结构物，易引起管体变形。由于施工时钢波纹管两侧及管顶土层分层回填不均匀，部分区域压实度不满足要求，相关规范要求，涵洞两侧（尤其楔形部位）应对称、均衡地进行回填，水平分层压实厚度在150200 mm为宜。3）在直径1.25 m及以上的波纹管涵填土的过程中易产生变形，且管顶的下沉量通长大于管侧，使圆管变成扁管，因此管顶填土前未设置临时支撑，也是产生变形的原因之一。4.2 变形加固处治方案为保证波纹管稳定性及承载能力，对波纹管涵洞采用工字钢制作钢拱架，在涵洞内部对管体进行支撑，具体方案如下：图2为加固方案断面示意图。1）波纹管采用锚杆及挂网防护，长度采用150 cm及25 mm 砂浆锚杆，间距 120（环）100（纵）cm，按照梅花形布设，钢筋网采用8 mm钢筋，钢筋间距2020 cm，确保工程施工稳定。2）钢支撑由20a工字钢组成，段与段之间采用螺栓连接，工字钢焊接在钢板上，纵向插入连接钢筋，钢筋可与环形工字钢焊接。3）两钢拱架之间的纵向连接筋N216钢筋的间距取1 m，在钢架支护内缘、外缘交错布置，并可根据拱架的稳定情况加设交叉连接筋。4）钢拱架与波纹管之间间隙不小于 20 cm 时，利用20a工字钢（A3钢）进行填充并焊接，间隙小于20 cm时，利用钢板焊接，间距100 cm，钢板宽10 cm，厚2 cm，工字钢、钢板长度可根据现场实际情况确定。5）在波纹管洞口前300 cm区域内，波纹管涵顶部100 范围内不架设砂浆锚杆，仅铺设钢筋网及工字钢。4.3 施工技术要点施工工序：凿除涵底铺砌中空锚杆钻孔注浆支撑钢板或者工字钢制作、安装、架设钢筋网焊接固定喷射混凝土恢复涵底铺砌。4.3.1 中空锚杆的施工流程锚杆检验放线连接锚杆锚杆钻进检查孔是否畅通压浆封口清洗整理。1）放线：标识出锚杆位置。2）连接锚杆：连接锚杆时，首先要清理钻头及锚杆孔中的异物，确保其畅通无阻。随后，将头固定在锚杆的一端，然后再将凿岩机以套管的形式连接在另一端。在进行锚杆钻孔的过程中，孔口岩面需要进行整平处理，以确保钻孔与波纹管垂直。3）锚杆施工是一项重要的地基加固工程，需要严格按照设计要求进行施工。在施工过程中，要对准钻位，保证锚杆的精准定位；同时，要确保供风供水，以保证施工顺利进行。在钻进过程中，应多回转少冲击，以减少对周围环境的影响。钻至设计深度后，需清理通畅，确保锚杆的质量和稳定性。在卸下钻杆连接套时，要注意锚杆外露深度，一般为 1015 cm。为了确保锚杆的质量，每根锚杆的抗拔力需不小于50 kN，并进行抽样试验，每组试验需不小于 3 根锚杆。锚杆施工的每一个细节都要严格把控，以保证工程的质量和安全。4）注浆前要检查注浆泵、配件、制浆原材料是否充足、质量是否合格。选定适宜的水泥砂浆配比，注浆压力为 0.51.0 MPa，终压 2.02.5 MPa。注浆时先将锚杆、注浆管和注浆泵连接好，开动注浆泵，直至浆液溢出孔口周边。图2 加固方案断面示意图176交通世界TRANSPOWORLD5）在施工期间，当单孔注浆量达到设计要求时，需进行换孔注浆。在后期注浆时，要通过注浆终压控制装置来控制注入率，确保注浆效果达到要求。如果注入率小于40 L/min，需要延续注浆2030 min，然后进行排污。最后，可以采用机械压浆或压力灌浆来封孔，并且抹平孔口，以确保施工质量。6）施工前，待注浆结束且注浆强度达到设计强度后，再进行下一工序。4.3.2 钢拱架钢支撑由20a工字钢组成，段与段之间采用螺栓连接，工字钢要牢固焊接于钢板上。4.3.3 喷射混凝土的施工流程1）提前28 d提交施工方案，确保施工安全和效率。2）在每个施工现场，必须拥有至少一台备用喷浆机组，这样可以避免设备问题而导致的工期延误。3）在喷射混凝土之前，必须在施工现场埋设标志，这些标志必须清晰明了，以便施工人员能够准确控制喷射混凝土的厚度，从而确保施工质量。4）混合料进入喷射机的温度不得低于5，避免冻结，保证混凝土质量；同时，保持施工现场温度适宜，确保施工效率和质量。5）早强剂和速凝剂：对于堵塞漏水灌浆或要求加固支撑必须达到早期强度值的喷射混凝土，可以掺加早强剂；为了达到速凝效果，可掺加速凝剂，但必须在施工前经过试验室试验确保其适应性。表2为喷射混凝土的物理力学性能。表2 喷射混凝土的物理力学性能混凝土强度等级密度/（kg/m）1 d 龄期抗压强度/MPa弯曲抗压强度/MPa抗拉强度/MPa弹性模量/MPa黏结强度/MPaC202 2005111.12.11040.84.3.4 涵底铺砌水泥凝土路面施工要点1）旧水泥板破碎用液压镐破碎机，间距 40 cm，注意对相邻板块影响，清除碎块。2）新浇混凝土面板的标高要和保留板块保持顺接平整，3 m直尺检验不大于3 mm，不得出现错台现象。新浇混凝土面板的表面纹理应与保留板块纹理一致，构造深度应满足0.601.10 mm。3）相邻水泥混凝土板块的接缝用切缝机切至板块深度5 cm假缝，并采用聚氨酯灌注。4）在更换水泥板时清除掉基层上面的浮浆等杂物，如发现基层破坏时应及时修补。5）施工期间不得大面积挖除涵底铺砌，建议以每延米为单元进行施工，不得大范围开挖施工。5 波纹管涵加固后效果波纹管涵加固后效果图如图4所示。图4 工字钢+喷锚混凝土施工完成后效果图6 结束语钢波纹管涵抗震能力相对于传统的结构形式具有明显优势。钢波纹管涵在设计时采用了先进的计算方法和结构设计理念，通过合理的梁柱布置、抗震支撑等措施，有效提高了结构的抗震性能。此外，钢波纹管涵还具有良好的适应性，能够适应各种复杂的地形和地质条件。在填土高度较大、土质较软的情况下，钢波纹管涵能够通过结构的柔性变形和弹性回复能力有效缓解结构的变形和沉降，保证了结构的稳定性和安全性。但由于高填方钢波纹管施工中影响因素较多，极易造成偏压变形等问题，本文结合实际高速公路工程案例，优选并提出相应的处治措施，最终保证了既有波纹管的整体承载力。参考文献：1 廖鑫.高填土大跨径钢波纹管涵的力学性能与设计方法研究J.长沙：湖南大学，2014.2 吴卫聪.钢波纹管在旧涵维修加固中的应用J.公路与汽运，2016（3）：239-240.3 陈超.钢波纹管涵加固技术在高速公路中的应用J.山西建筑，2016（17）：142-143.4 刘庆滨.钢波纹管涵在高速公路中的应用J.交通世界，2013（17）：146-147.5 许宇明.高填方钢波纹管涵洞通道施工技术研究J.湖南交通科技，2016（2）：214-216.6 陈建民.大跨径钢波纹管涵在高速公路的应用J.山西建筑，2012（15）：189-190.177