鋼波紋管涵加固技術在高速公路中的應用

陳超

(廣州市高速公路有限公司，廣東廣州　510000)

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鋼波紋管涵加固技術在高速公路中的應用

陳超

(廣州市高速公路有限公司，廣東廣州510000)

摘要:結合廣明高速廣州段既有涵洞加固工程實例，介紹了鋼波紋管涵加固技術原理，從清淤、波紋管安裝、封端、注漿等方面，闡述了鋼波紋管涵加固施工技術，指出鋼波紋管涵具有延性好、變形能力強、施工周期短等優點，應用前景十分廣闊。

關鍵詞:鋼波紋管涵，高速公路，涵洞，加固施工

1　概述

在我國公路建設過程中，涵洞是一種重要且常見的結構設施，多年來一直采用鋼筋混凝土結構，但是隨著營運年限的增加和周圍地質環境的影響，涵洞會出現沉陷、跳車等病害，給公路行車帶來安全隱患［1］。傳統的涵洞加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包鋼加固法、預應力加固法和改變結構傳力途徑加固法等，隨著科學技術的不斷進步，應用新技術、新材料、新工藝進行工程加固的化學灌漿法、粘鋼錨固法、碳纖維加固法應運而生，并開始廣泛應用于各類加固工程中［2］。其中鋼波紋管涵作為一種新材料及新結構，具有延性好、變形能力強、施工技術難度低及周期短等優點，在高速公路新建涵洞和既有涵洞加固施工中得到越來越多的應用。

波紋鋼板在歐美等發達國家使用已經100多年，1896年美國率先進行了波紋鋼板通道、涵管的可行性研究，首次應用于公路涵洞。1923年美國鐵路工程協會在伊利諾斯州中央鐵路進行了波紋鋼板通道的測試。此后，波紋鋼板涵產品在美國、加拿大地區公路工程中廣泛應用，并且制定了相應的技術標準及設計制造、施工安裝手冊。日本、韓國等東亞國家自20世紀80年代～90年代開始相應制定了金屬波紋管橋涵的技術規范，并廣泛使用。我國在20世紀末到21世紀初，波紋鋼板已開始大規模應用。2008年，交通部發布并實施了部頒標準JT/T 710—2008公路橋涵波形鋼板，2010年交通部發布JT/T 791—2010公路涵洞通道用波紋鋼管(板)，為波紋鋼板在我國的推廣應用提供了更有利的條件(見圖1，圖2)。

圖1　鋼波紋管涵用于新建涵洞

圖2　鋼波紋管涵用于加固涵洞

2　加固應用實例

2．1工程概況

本次加固的涵洞位于廣明高速公路廣州段的金山大道路段。現有金山大道為一級公路，路基寬度42．0 m，兩側各2個車道正常通行，且車流量較大，中間為綠化帶。廣明高速廣州段與金山大道共線，采用路基+高架橋方案，將金山大道中間綠化帶拓寬作為廣明高速主線，同時將兩側原有通行車道外移，重建完成后交還地方使用，最終形成中間為高速公路，兩側為地方路的形式(見圖3)。

圖3　廣明高速行車斷面圖

由于金山大道既有涵洞使用年限較長，部分涵洞出現病害。因此，為了減少舊涵拆除重建對金山大道現有交通影響及施工風險，經調查、計算分析，對金山大道不能滿足廣明高速使用要求的部分既有涵洞進行加固處理。

2．2調查分析

1)既有涵洞調查。

經過現場勘查發現，金山大道既有涵洞盡管存在一些開裂、掉角、露筋、銹蝕、錯臺、管節不均勻下沉等病害，但總體而言，涵洞的墻體結構還算完好(如圖4，圖5所示)。但是金山大道涵洞使用年限較長，由于養護不到位，以及道路周邊地形、地貌環境的變化，涵洞的淤積情況比較普遍，涵洞進出口相接的邊溝淤積嚴重。

圖4　RK9+410蓋板涵現狀

圖5　RK10+158.9圓管涵現狀

2)既有涵洞使用功能分析。

現場勘察表明，金山大道路段周邊無大范圍的匯水區域，涵洞內部無大量積水長期積聚痕跡，涵頂無水流滿灌造成的雜物掛頂現象，現有涵洞凈空尺寸滿足排水功能要求。此外，通過對廣明高速公路金山大道路段既有涵洞現狀的調查，并對廣明高速公路新建涵洞設計與金山大道既有涵洞設計進行對比分析表明:金山大道路段既有涵洞過水斷面尺寸滿足廣明高速公路涵洞的排水功能要求。

根據調查結果分析，廣明高速公路金山大道路段既有涵洞結構狀況良好，過水斷面尺寸滿足排水功能要求，既有涵洞可以進

2．3鋼波紋管涵加固技術的工作原理

鋼波紋板是將一定尺寸的結構用鋼板壓制成波紋形狀的特定規格的結構用鋼板。從材料特性與結構功能上看，采用強度高、適應變形能力強的鋼波紋板結構(見圖6)，不僅具有適應地基與基礎變形的能力，而且由于軸向波紋的存在使其具有優良的受力特征(管軸向變形補償能力)，能在軸向和徑向同時分布因荷載引起的應力應變，可以更大程度上分散荷載效應，更好地發揮了鋼結構的優勢(見圖7)。

圖6　工廠預制管片

圖7　管節受力示意圖

內襯鋼波紋管舊涵加固方法是在既有涵洞內部設置鋼波紋管，鋼波紋管與舊涵之間用混凝土填筑，使鋼波紋管與舊涵形成一個共同受力的整體結構。下面是1-1．5圓管涵、1-2．0×2．0蓋板涵的加固示意圖(見圖8，圖9)。

圖8　1-1.5圓管涵加固示意圖

圖9　1-2.0×2.0蓋板涵加固示意圖

2．4鋼波紋管涵加固施工工藝

鋼波紋管涵加固施工分為清淤、安裝、封端、注漿、調順排水、檢查養護幾個步驟。

1)清淤。

將舊涵洞腔內的雜物、泥沙、水等清除干凈，并對舊涵洞的病害進行檢查，一并清除剝落混凝土碎屑，對裸露的鋼筋進行除銹防腐處理，對涵臺裂縫、裂開的伸縮縫進行修補處理。

2)波紋管安裝。

按設計圖紙要求，將波紋管涵分節吊裝至涵洞洞口，并利用卷揚機分節拖入指定位置，按圖紙示意安裝完畢后，對管節端、底部兩側、頂部設置均勻支墊墊塊，墊塊可用砂漿砌磚或混凝土預制塊，隨后可進行下一個管節的安裝，與之前的管節進行連接，之后設置墊塊固定該管節，依次進行。

3)封端。

所有管節安裝完畢之后，對波紋管涵和舊涵之間的端部空隙部分進行封端處理，并在涵底高程較大的一側預留泵送口和排氣孔，若受地形限制也可視實際情況而定。封端完成后靜置48 h，待達到一定強度之后再進行下一步驟。

4)注漿。

注漿過程可大致分為三步:a．泵送小石子混凝土(或水泥砂漿)，直至無法泵送為止，插入注漿鋼花管，封堵泵送口，預留鋼花管注漿口及排氣口。b．通過鋼花管壓力注入砂漿，壓力值宜為0．8 MPa～1．2 MPa，壓漿至排氣孔排出的漿液濃度與入口一致為止。c．檢測注漿質量，若有較大縫隙或氣泡，改用壓力注水泥漿。最后封閉出漿口，需保持5 min的不小于0．8 MPa穩壓期。

5)調順排水。

加固鋼波紋管涵兩個端部和新建混凝土涵之間，采用C20細石混凝土順接，以利排水通暢。

6)檢查與養護。

施工完畢后兩年內，應設專人定期對加固鋼波紋管涵進行檢查，并作詳細記錄，重點檢查鋼波紋管的變形和銹蝕，并進行定期防腐保養。

現廣明高速金山大道段部分既有涵洞加固工程已全部完成，施工速度快，節省了工期，并且有效的避免了開挖施工而造成交通中斷，取得了預期的效果(見圖10)。

圖10　1-2.0×2.0蓋板涵加固完成圖

3　結語

采用內襯鋼波紋管加固技術對廣明高速廣州段既有涵洞進行加固，避免了開挖施工，消除了施工作業對現行交通的影響，具有良好的社會效益。此外，鋼波紋管涵結構簡單，施工方便，大大縮短了工期，減少了工、料、機的投入，具有良好的經濟效益。因此，隨著經驗的積累和認識的提高，鋼波紋管涵在高速公路建設中必將具有更加廣闊的應用前景。

參考文獻:

［1］ 劉慶濱．鋼波紋管涵在高速公路中的應用［J］．交通世界(建養·機械)，2013(9):150-151．

［2］ 李雋，劉宏偉．既有混凝土結構加固技術研究現狀及新進展［J］．山西建筑，2008，34(26):99-100．

中圖分類號:U412．366

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0142-02

收稿日期:2016-04-07

作者簡介:陳超(1989-)，男，碩士，工程師行加固利用。部分既有涵洞利用改造后填土較厚，最厚的超過11 m，如進行開挖重建，將造成交通中斷及安全隱患。為最大限度利用既有涵洞，避免對金山大道的開挖而造成交通中斷的后果，達到降低造價、縮短工期的目的，經研究討論，擬采用內襯鋼波紋管加固方法對既有涵洞進行加固。

On consolidation of steel corrugated pipe culvert on expressways

Chen Chao
(Guangzhou Highway Co．，Ltd，Guangzhou 510000，China)

Abstract:Combining with the existing culvert consolidation project of Guangzhou section along Guangzhou-Gaoming expressway，the paper indicates the principle for the consolidation technique of steel corrugated pipe culvert，illustrates it construction technique from the desilting，installation of corrugated pipe，end sealing and grouting，and points out the culvert has better ductility and strong deformation with short construction periods，so it has broad application．

Key words:steel corrugated pipe culvert，expressway，culvert，consolidation construction