拼裝鋼波紋板加固既有涵洞施工新技術

田 英，劉 楠，郭小雄

(1．大秦鐵路股份有限公司 茶塢工務段，北京 101402;2．中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

拼裝鋼波紋板加固既有涵洞施工新技術

田 英1，劉 楠1，郭小雄2

(1．大秦鐵路股份有限公司 茶塢工務段，北京 101402;2．中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

論述了拼裝鋼波紋板技術應用現狀、技術原理、優缺點及適用性。首次將該技術應用于鐵路涵洞加固，分析了涵洞排水、拼裝波紋板精細化安裝、分區域分次空隙回填注漿、結構多層防銹等關鍵技術。實踐證明，該技術應用于涵洞加固，施工工期短，侵占限界少，便于維護，對類似工程有重要的參考價值。

重載鐵路 拼裝波紋板 涵洞 加固

1 概述

拼裝鋼波紋板結構是將2.0～8.0 mm厚的鋼板板面壓成波紋(正弦、三角形、矩形等)后，經冷彎加工成相應弧度，經熱鍍鋅、絕緣等處理后制成波紋板片，板片間通過高強螺栓連接形成的拱形承載結構。波紋板結構在國外應用已成規模，相應的設計、制造及施工安裝手冊和標準規范已趨于完善。例如在20世紀90年代初，《日本高速公路設計規范》規定了波紋管的設計;韓國通過引用北美技術于1997年開始研究應用波紋鋼管涵洞，并于2002年發布了《波紋鋼板結構物設計及施工指南》。國內波紋板涵洞技術雖起步較晚，但在公路、水利等行業亦有一定的應用。

鋼板板面壓成波紋板后，其抗彎剛度和抗壓強度大幅增加。拼裝波紋板拱形結構形成環向受力狀態，更優化了結構受力，增強了承載能力，同時具有較強的抗震能力，能適應較大的沉降與變形。

在既有涵洞加固方面，與常用的鋼筋混凝土套襯結構相比，拼裝波紋板加固涵洞技術在結構限界、受力與變形適應性、可維護性、環境親和性、美觀等方面有鋼筋混凝土結構所不具備的優點。尤其是在節省工期方面更有不可替代的優勢，具體體現在:拼裝波紋加固既有涵洞施工周期一般為10 d左右，是混凝土結構加固施工周期的1/2，可有效降低施工成本。同時，其侵占的既有空間小，既能保證限界要求，又可減少由于施工對鐵路運營及周邊居民的影響。此外，后期維護換掉的波紋鋼板材能夠完全回收再利用，具有很好的經濟社會效益。

本文以大秦鐵路一涵洞采用高強度拼裝波紋板加固為例，闡述該技術的應用要點。

2 應用高強度拼裝波紋板加固涵洞實例分析

2.1 工程概況

大秦鐵路一涵洞為一孔凈寬5.0 m，凈高3.6，長12.1 m的蓋板涵。鋼筋混凝土蓋板多處開裂，有的已露出鋼筋。涵頂混凝土蓋板開裂掉塊，涵內積水，鋪砌松軟變形下沉，造成了蓋板涵承載能力降低，抗剪強度減小，穩定性差。此外，蓋板涵防水已大部分損毀，潮濕的空氣及雨雪侵蝕板內鋼筋，使得病害進一步發展，嚴重威脅行車安全，需立即整治。

結合該涵洞特點，考慮到傳統套襯鋼筋混凝土加固法在施工工期、運營限界、施工質量控制以及后期維護方面的不足，經理論計算后，決定采用高強度拼裝紋波板技術加固該涵洞。

2.2 加固方案

1)拼裝波紋板結構及參數設計

根據設計計算結果，該涵洞需拼裝波紋板共10環，每環由3塊波紋板片通過高強螺栓連接，環間采用搭接的連接方式。為了優化結構受力，奇數環與偶數環板片采用不同長度，形成螺栓錯縫連接的效果。波紋板參數見表1。拼裝波紋板構造如圖1所示。

表1 波紋板參數

2)基礎設計

拼裝波紋板結構對基礎的承載能力要求很高。為保證結構穩定性，本次采用新筑C30鋼筋混凝土基礎(尺寸為1 210 mm×70 mm×40 mm)，并將其與既有蓋板涵基礎通過植筋相連接。為保證結構受力均勻，在新筑鋼筋混凝土基礎里預設傾斜角鋼，作為拼裝波紋板承載及傳力構件。原蓋板間縫隙作統一排水處理，波紋板結構與原蓋板涵間空隙采用注漿回填。

圖1 拼裝波紋板構造(單位:cm)

2.3 施工工序

現場踏勘→施工進場→清理涵洞→打磨清理蓋板縫隙→縫隙處粘貼土工布(過濾)→新做排水設施→基礎開挖→基礎植筋及角鋼固定→安裝波紋管涵→現澆波紋管涵混凝土基礎→封閉波紋管涵端部→分區域分次間隔注漿→波紋板防銹處理。

2.4 拼裝波紋板加固涵洞施工關鍵技術

2.4.1 排水技術

原蓋板涵排水處于無序狀態，雨季上部道床處的積水通過蓋板間隙雜亂流出。本次重新作了排水設計。通過在蓋板間增設排水半管及在兩端設置集水總管，使得上部道床積水通過半管引排至兩側端口并排至既有水溝。同時，為了防止上部道床泥沙堵塞排水管，在蓋板間隙處增設雙層土工布作為過濾層。

2.4.2 拼裝波紋板精細化安裝技術

由于拼裝波紋板每環由3塊板片構成，每環設置縱向連接螺栓與環向搭接螺栓多達60多個，為保證結構受力，要求每個螺栓都須精確安裝，難度極大。這對波紋板加工弧度和螺栓孔位設置精度要求極高。要求生產廠家加工完成后進行廠內預拼裝，對不合格部位須二次處理。在現場安裝過程中，通過背面背絲、千斤頂矯正等措施，進行精細化施工安裝。

2.4.3 分區域分次充填注漿技術

為充分發揮拼裝高強波紋板的承載能力，需對波紋板與原蓋板涵結構間的空隙進行注漿充填。對注漿體強度要求不高，只需保證填充密實，尤其是拼裝波紋板上部與蓋板之間的密實，否則會產生沖擊動載，惡化結構受力。

注漿材料:下部結構空隙采用水泥漿液充填，為了避免水泥漿液凝固收縮產生空隙，上部結構與蓋板之間預留2 cm空隙并采用微膨脹灌漿料充填。

注漿壓力:由于注漿在列車正常運營期間進行，為保證運營安全，要求注漿壓力不大于上部蓋板及道床結構的自重。本次注漿壓力控制在0.5 MPa以下。

注漿密實保證措施:采用分區域分次間隔注漿措施，每次注漿高度1 m，間隔24 h，在注漿過程中設置排氣孔、排水孔及監測孔，要求監測孔位高于蓋板底部，監測孔溢漿時說明空隙填充飽滿，可停止注漿。

2.4.4 波紋鋼板多層防銹技術

1)整體波紋板熱鍍鋅防銹技術。由于主材采用成品的高強度波紋板，其表面采用1 200 g/m2的熱浸鍍鋅鍍層，具有很好的防腐蝕性能，在使用周期內能夠有效減少維護次數及費用。

2)整體波紋板鍍塑防銹技術。在鍍鋅層外增加鍍塑層來增強結構抗銹蝕能力。

3)關鍵部位膠封及噴涂防銹漆防銹技術。為了防止拼接螺栓孔等關鍵部位在運輸、安裝及后期服役過程中鍍鋅層損壞，在結構安裝完成后采用結構膠密封螺栓孔并整體噴涂防銹漆，增強防銹能力。

2.5 加固效果

蓋板涵加固完成后，線路穩定，結構受力及變形均在規定的限值內。同時充分保證了蓋板涵洞結構限界，涵洞內社會車輛暢通無阻。加固效果美觀，如圖2所示。

圖2 用拼裝波紋板加固完成后的涵洞

3 結語

本文所介紹的大秦鐵路涵洞加固工程，首次將拼裝波紋板技術引入國內鐵路涵洞加固領域，具有重要的指導意義。有別于鋼筋混凝土結構，拼裝波紋板用于加固既有涵洞要求精細化施工，對工廠加工質量、現場安裝質量等提出了極高的要求。由于該技術具有施工工期短、侵占限界少、便于維護等優點，是鐵路既有涵洞加固技術的發展方向，具有較好的推廣應用前景。

［1］李祝龍．公路鋼波紋管涵洞設計與施工技術［M］．北京:人民交通出版社，2007．

［2］郭金波，董海波，王春玉，等．鋼波紋管涵洞施工［J］．道路與工程，2010(增):53-55．

［3］符進，陳建兵，馬君毅．鋼波紋管涵力學性能數值模擬［J］．公路，2008(9):311-312．

［4］周鐵華．鋼波紋管涵在密涿支線高速公路中的應用［J］．交通世界，2010(19):107-108．

(責任審編 李付軍)

U449.7

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．09

2015-03-12;

:2015-05-20

田英(1968— )，男，北京人，工程師。

1003-1995(2015)08-0032-03