公路大孔徑鋼波紋管通道變形分析

陳高志，劉大明，龔海平，胡 濱

（1.廣東省南粵交通云湛高速公路管理中心，廣東 茂名 525000；2.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075；3.西安中交土木科技有限公司，陜西 西安 710075）

引言

近年來，作為新型的綠色環保材料，鋼波紋管通道具備較好的環向鋼形和軸向柔性，且基礎的適應能力以及抗變形能力強[1-2]。國內外資料表明，鋼波紋管通道具有生產周期短，效率高，現場安裝便捷等特點，減少了混凝土材料的使用，且可回收利用，有利于環保[3-5]。另外，鋼波紋管同時具有剛性和柔性的特性，土-鋼相互作用使結構受力更加合理，應用前景廣闊。

1 工程概況

本項目依托廣東省云浮至湛江段高速公路支線工程K727+778 處直徑10 m 鋼波紋管通道。鋼波紋管管材采用Q355 鋼板熱軋加工成型，表面為熱浸鍍鋅，在鍍鋅基礎上內外再增加熱熔塑防腐提高鋼波紋管壽命。地基采用砂礫回填處理，并用壓路機械對基底進行分層壓實，鋼波紋管通道的管頂以上填土高度約為11 m。通過現場測試，研究大孔徑鋼波紋管通道的變形和其管頂路面沉降的問題，分析覆土作用下鋼波紋管變形與管頂路面沉降之間的關系。通過監測大孔徑鋼波紋管通道變形的相關數據，并結合管頂路面沉降的特點，總結得到相應的變化規律。

2 鋼波紋管變形及其管頂路面沉降監測方案

2.1 鋼波紋管變形監測的內容及要求

（1）監測的主要內容。對鋼波紋管不同斷面的管頂、管底的豎向變形以及水平斜向變形進行監測，并記錄數據。（2）監測方法。每個距離測量時，長按啟動連續測量模式后靜置（短按就是單次距離測量，會受動作按壓影響射光角度），觀察顯示數值穩定波動在2 mm 內波動時可直接用筆抄寫填表記錄，注意紅外射光點越照平面越亮（即對著波峰最亮），同時響應讀數越快。（3）監測要求。因監測周期長，2 a 監測時間，第1 a 按雨季和非雨季劃分，雨季4 月、5 月、6 月、7 月、8 月、9 月每月測試一次，非雨季10 月、11 月、12 月、1 月、2 月、3 月按每三個月監測一次，第2 a 每季度監測一次。紅外儀器保存完好，因監測周期長，所以不應更換儀器（外形尺寸標定位置會不一致）。

2.2 鋼波紋管變形監測的點位布設

（1）設定五個斷面，管端各一處，管中三處，布置位置見圖1～圖3（A1、A2，B1、B2，C1、C2，D1、D2 和E1、E2）。依據圖1、圖2 斷面位置布置地面紅外線測距儀放置點，執行原則是將測試儀器（紅外線測距儀或其它儀器）按圖1、圖2 的位置布置斷面，垂直放置路面并稍移動軸向 位置。

圖1 鋼波紋管通道監測點整體布置/mm

圖2 鋼波紋管通道監測點斷面布置/mm

（2）紅外線測距儀的光要打到頂板中軸線上對應波峰位置，此時地面上按測試儀器，外形現場石筆描繪矩形，然后再用相同面積的薄鐵板（厚2 mm左右）套上矩形噴涂自噴漆形成線框，在線框外旁打入鋼釘標記以便下次測量找位。

（3）用人梯爬至頂板打光顯示的紅外點處噴涂十字自噴漆標記測點A5、B5、C5、D5 和E5，紅外測量頂底距離H1、H2、H3、H4 和H5。在A、B、C、D、E 斷面處的涵管左右側按圖1、2 布置左右距離測點A1、A2，B1、B2，C1、C2，D1、D2，E1、E2（高 度參考圖1、圖2）A3、B3、C3、D3、E3 和A4、B4、C4、D4、E4 的測點可按照以上方法測量。

（4）通道中間B、C、D 斷面水平標記點方法一 樣，考慮到波峰上按壓紅外測距儀的穩定操作，需切割配制5 號角鋼（3 mm 厚）,長度500 mm（跨兩個波峰形成穩定平面），角鋼在側拱波紋板上標記位置，以后每次都把角鋼放在同一姿態位置，紅外儀頂到角鋼上，同時位置也在波峰正上方。定位標記按圖3 操作。

圖3 鋼波紋管通道槽鋼布置/mm

（5）操作時原則也是調整測距儀的軸向位置使之射光到對面波峰上，紅外測量A、B、C、D和E斷面的距離L1-1、L1-2、L1-3，L2-1、L2-2、L2-3，L3-1、L3-2、L3-3，L4-1、L4-2、L4-3 和L5-1、L5-2、L5-3。

2.3 管頂路面沉降監測的內容及要求

（1）監測的主要內容。樁號K727+679—K727+876 段鋼波紋管通道頂部兩側路肩進行沉降監測。（2）監測方法。按《工程測量規范》(GB50026)變形監測的水準觀測技術要求采用常規水準測量方法作業。現場實施時，自基準點開始，聯測所有沉降監測點，最后閉合到起始點。通過計算各變形監測點與基準點之間的高差，計算各變形監測點的高程。監測儀器采用電子水準儀，儀器性能指標見表1。（3）監測要求。路面沉降基準網精度和水準觀測的主要技術要求均按照《工程測量規范》（GB50026）的相關規定。具體相關要求見表2～表4。

表1 儀器性能指標

表2 變形監測精度要求

表3 垂直位移監測基準網的主要技術要求

表4 水準觀測的主要技術要求

2.4 路面沉降監測的點位布設

2.4.1 監測基準點布置

垂直位移監測基準網采用原設立的獨立高程系統，采用埋石點統一布設的方法進行基準網布設。K727+679—K727+876 兩側路基布設3 個垂直位移基準點。

2.4.2 監測點布置

樁號K727+679—K727+876 兩側路肩為管樁和波紋管路段出現裂縫，在該路段共埋設20 個沉降點，測點布置見圖4。

圖4 樁號K727+679—K727+876 兩側路肩監測點布置

3 鋼波紋管變形及路面沉降監測結果分析

3.1 鋼波紋管變形監測結果及數據分析

對直徑10 m 的鋼波紋管通道進行不同位置變形監測，根據變形監測結果和《公路涵洞通道用波紋鋼管（板）》（JT/T 791—2010），可知變形容許量為管徑2%，本次10 m 直徑管允許量在200 mm，現場宏觀觀察端頭并無明顯變形，且主要監測意義在于形變的變化趨勢與穩定性，取100 mm 作為界定結構再變形穩定性與否的判定取值。監測結果數據見表5、表6。

表5 鋼波紋管通道L1、L2、L3 和H1、H2、H3 監測數據/mm

表6 鋼波紋管通道L4、L5 和H4、H5 監測數據/mm

通過對表5 和表6 進行分析，可以得出：（1）從管頂和管底豎向變形（H1～H5）的監測數據來看，各測點的變化量均較小，初始階段監測未發現明顯變形斷面，在持續監測過程中，管頂至底部最大豎向變形量在10 mm 以內，滿足《公路涵洞通道用波紋鋼管(板)》（JT/T 791—2010）的要求。（2）從水平和斜向變形的數據監測來看，總體數據趨于穩定，在2020 年1 月至7 月長達0.5 a 的觀測中，水平方向和斜向方向各測點的變形較小，累計最大值為10 mm，說明鋼波紋管施工完成經過一段時間后，變形已經趨于穩定，后期不會產生大的變形，結構安全可靠。

3.2 管頂路面沉降監測結果及數據分析

管頂路面沉降監測數據見表7,不同測試時期路面相對沉降變形曲線見圖5、圖6。

圖5 K727+679—K727+876 左幅路面相對沉降變形曲線

圖6 K727+679—K727+876 右幅路面相對沉降變形曲線

表7 樁號K727+679—K727+876 兩側路肩沉降數據

通過對表7、圖5 和圖6 分析可以得出：（1）路 段左、右幅監測點的本期沉降變形量和累計沉降變形量基本上為負值，左幅累計沉降變形量介于0.3～-67.0 mm 之間，累計最大沉降變形量為-67.0 mm，位于斷面K727+725-L；右幅累計沉降變形量介于0.5～-64.3 mm 之間，累計最大沉降變形量為-64.3 mm，位于斷面K727+705-R。（2）與上期監測數據對比，本期左、右幅沉降變形量介于1.4～-4.7 mm 之間，左幅最大沉降變形量為-4.7 mm，位于斷面K727+725-L；右幅最大沉降變形量為-4.5 mm，位于斷面K727+705-R。由此表明：K727+684—K727+876 兩側路基仍存在繼續沉降的趨勢，位于斷面K727+705—K727+745 之間出現的沉降變形仍較明顯，應繼續監測。

4 結語

（1）波紋管的最大變形量在容許量的范圍內，0.5 a 時間內管周各測點變形較小，累計最大值為10 mm，說明鋼波紋管施工完成經過一段時間后，變形已趨于穩定，后期不會產生大的變形，結構安全可靠。（2）相對于鋼波紋管，頂部兩側路肩沉降量較大，且存在繼續沉降的趨勢，這是由于施工時鋼波紋管兩側及管頂土層分層回填不夠均勻，部分區域壓實度不夠引起的，后期應繼續監測。（3）鋼波紋管與周圍土體形成整體結構，未出現較大變形，而路面出現沉降裂縫，主要為回填施工不規范引起的，因此，應嚴格控制回填材料及施工工藝，避免鋼波紋管通道施工完成后路面出現沉降引起裂縫等問題。