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(shè)計(jì)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(huán)保材料，鋼波紋管通道具備較好的環(huán)向鋼形和軸向柔性，且基礎(chǔ)的適應(yīng)能力以及抗變形能力強(qiáng)[1-2]。國(guó)內(nèi)外資料表明，鋼波紋管通道具有生產(chǎn)周期短，效率高，現(xiàn)場(chǎng)安裝便捷等特點(diǎn)，減少了混凝土材料的使用，且可回收利用，有利于環(huán)保[3-5]。另外，鋼波紋管同時(shí)具有剛性和柔性的特性，土-鋼相互作用使結(jié)構(gòu)受力更加合理，應(yīng)用前景廣闊。

1 工程概況

本項(xiàng)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(chǔ)上內(nèi)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(jī)械對(duì)基底進(jìn)行分層壓實(shí)，鋼波紋管通道的管頂以上填土高度約為11 m。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(guān)系。通過監(jiān)測(cè)大孔徑鋼波紋管通道變形的相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合管頂路面沉降的特點(diǎn)，總結(jié)得到相應(yīng)的變化規(guī)律。

2 鋼波紋管變形及其管頂路面沉降監(jiān)測(cè)方案

2.1 鋼波紋管變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及要求

（1）監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。對(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)，并記錄數(shù)據(jù)。（2）監(jiān)測(cè)方法。每個(gè)距離測(cè)量時(shí)，長(zhǎng)按啟動(dòng)連續(xù)測(cè)量模式后靜置（短按就是單次距離測(cè)量，會(huì)受動(dòng)作按壓影響射光角度），觀察顯示數(shù)值穩(wěn)定波動(dòng)在2 mm 內(nèi)波動(dòng)時(shí)可直接用筆抄寫填表記錄，注意紅外射光點(diǎn)越照平面越亮（即對(duì)著波峰最亮），同時(shí)響應(yīng)讀數(shù)越快。（3）監(jiān)測(cè)要求。因監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)，2 a 監(jiān)測(cè)時(shí)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(cè)試一次，非雨季10 月、11 月、12 月、1 月、2 月、3 月按每三個(gè)月監(jiān)測(cè)一次，第2 a 每季度監(jiān)測(cè)一次。紅外儀器保存完好，因監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)，所以不應(yīng)更換儀器（外形尺寸標(biāo)定位置會(huì)不一致）。

2.2 鋼波紋管變形監(jiān)測(cè)的點(diǎn)位布設(shè)

（1）設(shè)定五個(gè)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(jù)圖1、圖2 斷面位置布置地面紅外線測(cè)距儀放置點(diǎn)，執(zhí)行原則是將測(cè)試儀器（紅外線測(cè)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(dòng)軸向 位置。

圖1 鋼波紋管通道監(jiān)測(cè)點(diǎn)整體布置/mm

圖2 鋼波紋管通道監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面布置/mm

（2）紅外線測(cè)距儀的光要打到頂板中軸線上對(duì)應(yīng)波峰位置，此時(shí)地面上按測(cè)試儀器，外形現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)記以便下次測(cè)量找位。

（3）用人梯爬至頂板打光顯示的紅外點(diǎn)處噴涂十字自噴漆標(biāo)記測(cè)點(diǎn)A5、B5、C5、D5 和E5，紅外測(cè)量頂?shù)拙嚯xH1、H2、H3、H4 和H5。在A、B、C、D、E 斷面處的涵管左右側(cè)按圖1、2 布置左右距離測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)可按照以上方法測(cè)量。

（4）通道中間B、C、D 斷面水平標(biāo)記點(diǎn)方法一 樣，考慮到波峰上按壓紅外測(cè)距儀的穩(wěn)定操作，需切割配制5 號(hào)角鋼（3 mm 厚）,長(zhǎng)度500 mm（跨兩個(gè)波峰形成穩(wěn)定平面），角鋼在側(cè)拱波紋板上標(biāo)記位置，以后每次都把角鋼放在同一姿態(tài)位置，紅外儀頂?shù)浇卿撋希瑫r(shí)位置也在波峰正上方。定位標(biāo)記按圖3 操作。

圖3 鋼波紋管通道槽鋼布置/mm

（5）操作時(shí)原則也是調(diào)整測(cè)距儀的軸向位置使之射光到對(duì)面波峰上，紅外測(cè)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(jiān)測(cè)的內(nèi)容及要求

（1）監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。樁號(hào)K727+679—K727+876 段鋼波紋管通道頂部?jī)蓚?cè)路肩進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。（2）監(jiān)測(cè)方法。按《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026)變形監(jiān)測(cè)的水準(zhǔn)觀測(cè)技術(shù)要求采用常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量方法作業(yè)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)，自基準(zhǔn)點(diǎn)開始，聯(lián)測(cè)所有沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，最后閉合到起始點(diǎn)。通過計(jì)算各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差，計(jì)算各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程。監(jiān)測(cè)儀器采用電子水準(zhǔn)儀，儀器性能指標(biāo)見表1。（3）監(jiān)測(cè)要求。路面沉降基準(zhǔn)網(wǎng)精度和水準(zhǔn)觀測(cè)的主要技術(shù)要求均按照《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026）的相關(guān)規(guī)定。具體相關(guān)要求見表2～表4。

表1 儀器性能指標(biāo)

表2 變形監(jiān)測(cè)精度要求

表3 垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的主要技術(shù)要求

表4 水準(zhǔn)觀測(cè)的主要技術(shù)要求

2.4 路面沉降監(jiān)測(cè)的點(diǎn)位布設(shè)

2.4.1 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布置

垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)采用原設(shè)立的獨(dú)立高程系統(tǒng)，采用埋石點(diǎn)統(tǒng)一布設(shè)的方法進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)。K727+679—K727+876 兩側(cè)路基布設(shè)3 個(gè)垂直位移基準(zhǔn)點(diǎn)。

2.4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

樁號(hào)K727+679—K727+876 兩側(cè)路肩為管樁和波紋管路段出現(xiàn)裂縫，在該路段共埋設(shè)20 個(gè)沉降點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置見圖4。

圖4 樁號(hào)K727+679—K727+876 兩側(cè)路肩監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3 鋼波紋管變形及路面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 鋼波紋管變形監(jiān)測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

對(duì)直徑10 m 的鋼波紋管通道進(jìn)行不同位置變形監(jiān)測(cè)，根據(jù)變形監(jiān)測(cè)結(jié)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(xiàn)場(chǎng)宏觀觀察端頭并無明顯變形，且主要監(jiān)測(cè)意義在于形變的變化趨勢(shì)與穩(wěn)定性，取100 mm 作為界定結(jié)構(gòu)再變形穩(wěn)定性與否的判定取值。監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)見表5、表6。

表5 鋼波紋管通道L1、L2、L3 和H1、H2、H3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)/mm

表6 鋼波紋管通道L4、L5 和H4、H5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)/mm

通過對(duì)表5 和表6 進(jìn)行分析，可以得出：（1）從管頂和管底豎向變形（H1～H5）的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，各測(cè)點(diǎn)的變化量均較小，初始階段監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯變形斷面，在持續(xù)監(jiān)測(cè)過程中，管頂至底部最大豎向變形量在10 mm 以內(nèi)，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(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)來看，總體數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，在2020 年1 月至7 月長(zhǎng)達(dá)0.5 a 的觀測(cè)中，水平方向和斜向方向各測(cè)點(diǎn)的變形較小，累計(jì)最大值為10 mm，說明鋼波紋管施工完成經(jīng)過一段時(shí)間后，變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定，后期不會(huì)產(chǎn)生大的變形，結(jié)構(gòu)安全可靠。

3.2 管頂路面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

管頂路面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表7,不同測(cè)試時(shí)期路面相對(duì)沉降變形曲線見圖5、圖6。

圖5 K727+679—K727+876 左幅路面相對(duì)沉降變形曲線

圖6 K727+679—K727+876 右幅路面相對(duì)沉降變形曲線

表7 樁號(hào)K727+679—K727+876 兩側(cè)路肩沉降數(shù)據(jù)

通過對(duì)表7、圖5 和圖6 分析可以得出：（1）路 段左、右幅監(jiān)測(cè)點(diǎn)的本期沉降變形量和累計(jì)沉降變形量基本上為負(fù)值，左幅累計(jì)沉降變形量介于0.3～-67.0 mm 之間，累計(jì)最大沉降變形量為-67.0 mm，位于斷面K727+725-L；右幅累計(jì)沉降變形量介于0.5～-64.3 mm 之間，累計(jì)最大沉降變形量為-64.3 mm，位于斷面K727+705-R。（2）與上期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(cè)路基仍存在繼續(xù)沉降的趨勢(shì)，位于斷面K727+705—K727+745 之間出現(xiàn)的沉降變形仍較明顯，應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語

（1）波紋管的最大變形量在容許量的范圍內(nèi)，0.5 a 時(shí)間內(nèi)管周各測(cè)點(diǎn)變形較小，累計(jì)最大值為10 mm，說明鋼波紋管施工完成經(jīng)過一段時(shí)間后，變形已趨于穩(wěn)定，后期不會(huì)產(chǎn)生大的變形，結(jié)構(gòu)安全可靠。（2）相對(duì)于鋼波紋管，頂部?jī)蓚?cè)路肩沉降量較大，且存在繼續(xù)沉降的趨勢(shì)，這是由于施工時(shí)鋼波紋管兩側(cè)及管頂土層分層回填不夠均勻，部分區(qū)域壓實(shí)度不夠引起的，后期應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)。（3）鋼波紋管與周圍土體形成整體結(jié)構(gòu)，未出現(xiàn)較大變形，而路面出現(xiàn)沉降裂縫，主要為回填施工不規(guī)范引起的，因此，應(yīng)嚴(yán)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(xiàn)沉降引起裂縫等問題。