一種高填方波紋鋼管涵洞的施工方法

摘 要：近年來基礎設施建設大力發展，尤其是高速公路，許多在地形復雜、溝壑縱橫的山區開發，而高速公路存在大量的高填深挖路基和隧道工程，高填方路基是山區高等級公路的常用形式之一，高填方路堤下的涵洞建設大量涌現。

關鍵詞：波紋管；高填方；涵洞

一、背景技術

高填方地段的波紋鋼管因為涵頂覆土較大，設計人員在涵洞設計時很難全面的了解涵洞基底的地質情況，施工人員在施工過程中經常出現沒有嚴格按照合理施工工藝作業的情況，在回填過程中沒有嚴格按照工藝流程和施工要求作業，兩側填土壓實度達不到96%，使波紋鋼管在回填后甚至回填中就產生超過允許范圍的變形，存在局部屈服的安全隱患，造成不可換回的經濟損失。高填方波紋鋼管涵洞的填土達到一定高度以后，涵洞上方產生拱效應，由于高填方上方的路基經常是不同于巖石的散粒體，所以產生的拱效應不穩定，并隨著填土高度的增加，涵頂壓力呈非線性規律變化。如圖1所示的剛性涵洞，在回填過程中，由于剛性涵洞幾乎不可壓縮，而涵洞兩側的填土壓縮性較大，在上部填土荷載的作用下，外土柱的沉降量大于內土柱的沉降量，外土柱對內土柱產生向下的摩擦作用力，涵洞底部地基承載力較周圍路基承載力大，涵洞沉降量小于周圍路基，使涵洞所受壓力大于洞頂土柱壓力。而剛性涵洞完全依靠自身的強度承擔上方土柱壓力，在上方填土高度增加時，需改變涵洞橫截面積、提高材料強度等來滿足結構強度要求，使涵洞造價增加，施工工程量和工期增加。提供一種能提高波紋鋼管涵洞的承載力、防止涵洞壓塌損壞的施工方法，該方法使得波紋鋼管涵洞在回填過程中所受壓力減小，提高了涵洞的承載力，相同的波形參數可用于覆土更高的工程中，且不易開裂損壞；充分利用波紋鋼管的柔性特性并對其作預變形處理，使得回填后的涵洞保持原有形態，避免涵洞由圓管被擠壓成扁管、甚至壓塌的不利狀況，同時解決了兩側回填普遍不能到達標準壓實度的質量問題。

二、施工原理

該施工方法的原理是波紋鋼管屬于柔性材質，如圖2所示的柔性涵洞，采取高填方波紋鋼管涵洞的施工方法后，在涵洞頂部路基沉降過程中兩側填土的沉降小于上方填土的沉降，在涵洞頂兩側形成兩個滑動面，兩側土體相對于涵洞頂土柱在滑動面上產生向上的摩擦力，因而涵洞所受壓力小于涵洞頂部土柱壓力。在此基礎上，對涵洞作預變形使其由圓管變為豎向橢圓管，作為填土壓力作用下的預留壓縮量，這樣在回填過程中，洞頂土柱下沉，在該土柱的壓力作用下，涵洞由橢圓管被擠壓回圓管。在此過程中，涵洞兩側填土得到了充分的壓實，壓實度達到96%以上，解決了工程施工中普遍存在的回填壓不實的質量問題。此外，相同波形參數、鋼板厚度的波紋鋼管涵洞在采取了減荷措施后，涵洞上方土柱壓力得到明顯減小，相同結構的波紋鋼管涵洞在減荷處理后可用于管頂覆土更高的工程中，工程的造價并沒有增加，只是改變了施工工藝及流程。

三、施工方法

施工方法：選用熱軋鋼板，鋼板在加工波形后其表面要進行鍍鋅防腐處理，在施工現場按照波紋鋼管施工方法拼裝完成。然后，對涵洞進行基礎處理，使涵洞投影區兩側基礎地基承載力比涵洞底部地基承載力大30～50KPa，且每側的處理寬度大于3米且大于 2/3 涵洞跨度，涵洞基地的處理方式與路基地基處理方式相同，但處理強度弱于路基地基處理。在涵洞內每隔兩節波紋鋼板設置一道豎向的支撐，或相鄰支撐的間距為2.0m左右。

如圖4、5所示，在涵洞預變形位置及其附近位置的頂部和底部放縱向墊木，并在支撐底部處鋪設高出波紋頂部50mm的沙土，防止預變形將洞頂或洞底損壞；用千斤頂（零件9）頂起洞頂，為防止被頂起的涵洞又回落，要用支撐4撐住，并在該支撐頂部與洞頂的縱向墊木10之間墊上木楔8，利于支撐4向上擠壓。

同時，在該截面的水平徑向有一個收緊裝置，該收緊裝置中有兩根水平方向設置的鋼筋，分別將鋼筋的一端固定在涵洞側壁上，鎖具螺旋扣從鋼筋另一端扣住并向內（圓心方向）收緊鋼筋。然后重復頂起涵洞和收緊鋼筋，直到涵洞豎向直徑伸長3-5%，圓形涵洞變為豎向橢圓形；由于支撐的長度大于涵洞圓截面的直徑，為了將支撐緩緩撐起涵洞，要多次使用千斤頂，注意用千斤頂頂起涵洞時，涵洞每次的變形量不得太大，以免造成塑性變形。最后填土，回填至洞頂覆土0.5-1米后拆除支撐和收緊裝置。在回填過程中，A區域為填土面積，在洞頂與涵洞等寬土層范圍內覆土時，高度H以下只由回填土松散下落堆積，不壓實，達到H高度后，對松散土層上方B區域進行壓實，壓實度達到 96% 以上，且不同回填材料及不同填方總高度下，松散堆積層厚度不同，詳見下表 1 和圖6。由于之前對涵洞作預變形，給涵洞預留了壓縮變形量，所以在回填過程中，覆土將豎向橢圓形涵洞緩緩壓回原狀，而不會將其壓扁壓塌；其次，B 區域（H 高度內）作為緩沖層，在其上方（即 H 高度以上）進行壓實可以有效避免回填的覆土直接作用于洞頂，擠壓并造成洞頂的損壞 ；在該過程中，涵洞兩側壓實充分，壓實度達到 96% 以上，也能限制壓回的圓管形涵洞進一步變形。

四、優點

該施工方法的顯著優點是使得波紋鋼管涵洞在回填過程中所受壓力減小，即提高了涵洞的承載力，相同的波紋鋼管涵洞可以用于覆土更高的工程中，并且不易開裂損壞；充分利用波紋鋼管的柔性特性并對其作預變形處理，使得回填后的涵洞保持原有形態，避免涵洞由圓管被擠壓成扁管、甚至壓塌的不利狀況，同時解決了兩側回填普遍不能到達標準壓實度的質量問題。

參考文獻：

[1]戰福軍.一種高填方波紋鋼管涵洞的施工方法[P].2013-09-18.

作者簡介：戰福軍（1966-），男，漢族，江蘇南京人，南京聯眾建設工程技術有限公司董事長。