高填方路基中鋼波紋管涵洞力學性能研究

孫秀凱 惠慧

【摘要】鋼波紋管涵洞有管節薄、質量輕、便于疊置捆扎，存放運輸方便、施工組裝工藝簡單、生產周期和施工期短等特點，同時波紋管涵洞適應能力強，受力條件好，造價低，故其具有很廣闊的應用前景。本文通過分層填土分工況測量各測點的應變值的方法對高填方鋼波紋管涵洞進行野外現場試驗，結合相關鋼波紋管涵洞知識，從不同方面研究了鋼波紋管涵洞的力學性能，研究的結果表明：波紋管圓環位置波峰、波谷、波側隨管周角度變化其應變數值也會相應的變化；鋼波紋管圓環位置波峰波谷和波側隨著填土高度的增加變化規律不同。

【關鍵詞】高填方鋼波紋管涵洞；現場試驗；應變；土壓力

0引言

波紋管最早誕生于英國，1896年美國率先進行波紋板通道、涵管的可行性研究，并首次應用于涵洞。直至20世紀90年代末我國才逐步開展公路鋼波紋管涵洞的應用、研究及生產[1-2]。

現在鋼波紋管涵洞大多都應用在低填方路基上，應用在高填方路基上的比較少，對這方面的研究也很少。鋼波紋管涵優勢鋼波紋管涵在高填方路基上應用是具有一定優勢的，因其抗變形能力和抗沉降能力較強強，使得其在軟土、膨脹土和濕限性較強地基承載力較低的地區應用的比較多，且其效果相對較好[3]。

本文通過現場試驗，對高填方鋼波紋管涵洞的力學性能做了很好的闡述。

1 測試方法

1.1 測試涵洞概況

本文以鄭州至盧氏高速公路洛寧至盧氏段3標直徑4米單管波紋鋼涵洞現場試驗試驗為依據。該涵洞進出口采用漿砌片石鋪砌，波紋管材質為Q235，采用熱浸鍍鋅涂料防腐，用片狀拼裝相連。波紋管在路中線填土高度為19.36米。

1.2 現場實驗方案

1.2.1現場應變片布置方案

應變片布點：路中0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°波峰、波谷、波側管周徑向布設，重復布設2次，計42點，0°、90°、180°波峰、波谷、波側布設軸向應變測點，重復布設2次，計18。總計應變測點60個。具體布設見下圖所示。

圖1 波紋管涵洞測試應變片分布圖

2 鋼波紋管涵洞現場測試過程

2.1 測試步驟

應變測試步驟為：

①啟動發電機，接通儀器電源，啟動儀器，進入主界面；

②初始化，檢查應變片的連接情況并確保連接正常；

③測試初始值；

④施加汽車、壓路機或填土等荷載；

⑤測試各荷載工況下的應變，保存/打印數據。

3 測試結果及分析

3.1鋼波紋管涵洞的工況情況

3.2 鋼波紋管切向應變數據分析

3.2.1 波峰切向應變

本文根據現場實驗數據。分析得出，在填土初期波紋管整體均產生較為明顯的拉應變，當填土至管頂0.5m時，管周30°、90°由最初的拉應變轉化為壓應變，其余角度依然為拉應力。隨著填土高度的增加，應變值逐漸增加或減小。

3.2.2 路中波側隨填土高度增加切向應變

根據現場測量數據。分析得出，在填土初期波紋管整體均產生較為明顯的拉應變，除90°外其它角度曲線比較平穩，數值接近。隨著填土高度從管頂+1.98m至管頂+5.9m，波側除管壁60°、90°出現劇烈波動外，其它位置平穩增加或減小。在施工中管頂2m可作為一個重點觀測點進行監測。

3.3 鋼波紋管軸向應變數據分析

3.3.1 波峰軸向應變

路中波峰隨填土高度變化軸向應變變化趨勢如下圖所示。

圖2 波峰隨填土高度變化軸向應變分析

分析得出，波峰不同位置隨著填土高度變化時的軸向應變呈現不同的變化規律。填土高度較低時，管頂0°所受拉應變最大，管頂180°所受拉應變最小，隨著填土高度的增加，管頂0°所受拉應變變小，管中90°和管底180°位置應變值較大且較為接近。且管頂0°、管中90°、管底180°三個位置隨填土高度的不斷增加，其軸向應變所呈現的變化規律是較為接近的，均為拉應變增加→拉應變減小→拉應變增加的變化規律。

3.3.2 波側軸向應變

路中波側隨填土高度變化軸向應變趨勢如下圖所示。

圖3 波側隨填土高度變化軸向應變分析

分析得出，波側不同位置隨著填土高度變化時的軸向應變呈現不同的變化規律。填土高度較低時，管頂0°所受拉應變最小，管頂180°所受拉應變最大，隨著填土高度的增加，管中90°所受拉應變最小，管底0°位置逐漸增大并出現最大值。而管底180°位置所受應變較為穩定，管頂0°和90°位置的應變值隨著填土高度的變化不斷變化。

4 結論

（1）對于波峰切向應變，隨著填土高度的增加，應變值逐漸增大或縮小；對于波峰軸向應變，隨著填土高度的增加，管頂0°所受拉應變變小，管中90°和管底180°位置應變值較大且較為接近。

（2）對于波側切向應變，在填土初期波紋管整體均產生較為明顯的拉應變；對于波側軸向應變，波側不同位置隨著填土高度變化時的軸向應變呈現不同的變化規律。

（3）鋼波紋管軸向數據變化曲線在波峰和波側相似，說明鋼波紋管軸向受力調節性比較好，將力都均勻分配到軸向各點。

參考文獻：

[1]李祝龍，章金釗，武憼民.高原多年凍土地區波紋管涵應用技術研究[J].公路，2000（2）：28.

[2]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.

[3]范曉明.淺議鋼波紋管涵在高填方應路基上的應用[J]，企業導報，2012（10）：294.

[4]陳昌偉.波形鋼板結構及其在公路工程中的應用[J].公路，2000 （7）： 48-54·

[5]中交第一公路勘察設計研究院·公路鋼波紋管涵洞設計與施工技術研究（報告集） [R]·2003·

[6]陳昌偉.波形鋼板結構及其在公路工程中的應用[J].公路，2000（7）：48.

[7]梁鐘琪.土力學及路基[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

項目簡介：鄭州至盧氏高速公路洛寧至盧氏段項目是《河南省高速公路網規劃》的重要組成部分。

作者簡介：孫秀凱（1987-），男，河南新鄉人，碩士，從事道路工程研究。