钢波纹管涵加固技术在高速公路中的应用

1 概述 在我国公路建设过程中，涵洞是一种重要且常见的结构设 施，钢波纹管涵加固多年来一直采用钢筋混凝土结构，但是随着营运年限的增加 和周围地质环境的影响，涵洞会出现沉陷、跳车等病害，给公路行 车带来安全隐患[1]。传统的涵洞加固工程常采用的方法有加大 截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径 加固法等，随着科学技术的不断进步，应用新技术、新材料、新工 艺进行工程加固的化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法应运 而生，并开始广泛应用于各类加固工程中[2]。其中钢波纹管涵作 为一种新材料及新结构，具有延性好、变形能力强、施工技术难度 低及周期短等优点，在高速公路新建涵洞和既有涵洞加固施工中 得到越来越多的应用。钢波纹管涵加固 波纹钢板在欧美等发达国家使用已经1 0 0多年，189 6年美国 率先进行了波纹钢板通道、涵管的可行性研究，首次应用于公路 涵洞。1923年美国铁路工程协会在伊利诺斯州中央铁路进行了 波纹钢板通道的测试。此后，波纹钢板涵产品在美国、加拿大地 区公路工程中广泛应用，并且制定了相应的技术标准及设计制 造、施工安装手册。日本、韩国等东亚国家自2 0 世纪8 0 年代~ 9 0 年代开始相应制定了金属波纹管桥涵的技术规范，并广泛使 用。我国在2 0 世纪末到2 1 世纪初，波纹钢板已开始大规模应用。 2 0 0 8年，交通部发布并实施了部颁标准JT/T 710—200 8公路桥涵 波形钢板,2010年交通部发布JT/T 791 —2 0 1 0公路涵洞通道用波 纹钢管(板），钢波纹管涵加固为波纹钢板在我国的推广应用提供了更有利的条件 (见图1 ，图2 ) 。 图1 钢波纹管涵用于新建涵洞图2 钢波纹管涵用于加固涵洞 2 加固应用实例 2.1 工程概况 本次加固的涵洞位于广明高速公路广州段的金山大道路段。 现有金山大道为一级公路，路基宽度42. 0 m,两侧各2 个车道正 常通行，且车流量较大，中间为绿化带。广明高速广州段与金山 大道共线，采用路基+ 高架桥方案，将金山大道中间绿化带拓宽 作为广明高速主线，同时将两侧原有通行车道外移，重建完成后 交还地方使用，最终形成中间为高速公路，两侧为地方路的形式 (见图3 ) 。 图3 广明高速行车断面图 由于金山大道既有涵洞使用年限较长，部分涵洞出现病害。 因此，为了减少旧涵拆除重建对金山大道现有交通影响及施工风 险,经调查、计算分析，对金山大道不能满足广明高速使用要求的 部分既有涵洞进行加固处理。 2 . 2 调查分析 1)既有涵洞调查。钢波纹管涵加固 经过现场勘查发现，金山大道既有涵洞尽管存在一些开裂、 掉角、露筋、锈蚀、错台、管节不均匀下沉等病害，但总体而言，涵 洞的墙体结构还算完好(如图4 ,图5 所示）。但是金山大道涵洞 使用年限较长，由于养护不到位，以及道路周边地形、地貌环境的 变化，涵洞的淤积情况比较普遍，涵洞进出口相接的边沟淤积 严重。钢波纹管涵加固2 )既有涵洞使用功能分析。 现场勘察表明，金山大道路段周边无大范围的汇水区域，涵 洞内部无大量积水长期积聚痕迹，涵顶无水流满灌造成的杂物挂 顶现象，现有涵洞净空尺寸满足排水功能要求。钢波纹管涵加固此外，通过对广 明高速公路金山大道路段既有涵洞现状的调查，钢波纹管涵加固并对广明高速公 路新建涵洞设计与金山大道既有涵洞设计进行对比分析表明:金 山大道路段既有涵洞过水断面尺寸满足广明高速公路涵洞的排 水功能要求。 根据调查结果分析，广明高速公路金山大道路段既有涵洞结 构状况良好，过水断面尺寸满足排水功能要求，既有涵洞可以进 收稿日期:2016-04-07 作者简介: 陈超（1 9 8 9 - ) ,男，硕士,工程师 第4 2 卷第1 7 期 2 0 1 6 年6 月陈超: 钢波纹管涵加固技术在高速公路中的应用• 143 • 行加固利用。部分既有涵洞利用改造后填土较厚，最厚的超过 11 m,如进行开挖重建,将造成交通中断及安全隐患。为最大限 度利用既有涵洞，避免对金山大道的开挖而造成交通中断的后 果，达到降低造价、缩短工期的目的，经研究讨论，拟采用内衬钢 波纹管加固方法对既有涵洞进行加固。 2 . 3 钢波纹管涵加固技术的工作原理 钢波纹板是将一定尺寸的结构用钢板压制成波纹形状的特 定规格的结构用钢板。从材料特性与结构功能上看，采用强度 高、适应变形能力强的钢波纹板结构（见图6 ) ，不仅具有适应地 基与基础变形的能力，而且由于轴向波纹的存在使其具有优良的 受力特征(管轴向变形补偿能力），能在轴向和径向同时分布因荷 载引起的应力应变，可以更大程度上分散荷载效应，更好地发挥 了钢结构的优势（见图7 ) 。 内衬钢波纹管旧涵加固方法是在既有涵洞内部设置钢波纹 管，钢波纹管与旧涵之间用混凝土填筑，使钢波纹管与旧涵形成 一个共同受力的整体结构。下面是5 圆管涵、1-2. O x 2.0 盖板涵的加固示意图（见图8,图9 ) 。 2 . 4 钢波纹管涵加固施工工艺 钢波纹管涵加固施工分为清淤、安装、封端、注浆、调顺排水、 检查养护几个步骤。 1) 清淤。 将旧涵洞腔内的杂物、泥沙、水等清除干净，并对旧涵洞的病 害进行检查，一并清除剥落混凝土碎屑，对裸露的钢筋进行除镑 防腐处理，对涵台裂缝、裂开的伸缩缝进行修补处理。钢波纹管涵加固 2 ) 波纹管安装。 按设计图纸要求，将波纹管涵分节吊装至涵洞洞口，并利用 卷扬机分节拖人指定位置，按图纸示意安装完毕后，对管节端、底 部两侧、顶部设置均匀支垫垫块，垫块可用砂聚砌砖或混凝土预制 块，随后可进行下一个管节的安装，与之前的管节进行连接，之后 设置垫块固定该管节，依次进行。钢波纹管涵加固 3 ) 封端。 所有管节安装完毕之后，对波纹管涵和旧涵之间的端部空隙 部分进行封端处理，并在涵底高程较大的一侧预留泵送口和排气 孔,若受地形限制也可视实际情况而定。封端完成后静置48 h , 待达到一定强度之后再进行下一步骤。钢波纹管涵加固 4 ) 注浆。 注浆过程可大致分为三步:a.栗送小石子混凝土（或水泥砂 浆），直至无法泵送为止，插人注浆钢花管，封堵泵送口，预留钢花 管注浆口及排气口。b.通过钢花管压力注人砂浆，压力值宜为 0.8 MPa~ l .2 MPa,压浆至排气孔排出的浆液浓度与人口一致为 止。c.检测注浆质量，若有较大缝隙或气泡，改用压力注水泥浆。 最后封闭出浆口，需保持5 min的不小于0. 8 MPa稳压期。 钢波纹管涵加固6 ) 检查与养护。 施工完毕后两年内，应设专人定期对加固钢波纹管涵进行检 查,并作详细记录，重点检查钢波纹管的变形和锈蚀，并进行定期 防腐保养。 现广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，节省了工期，并且有效的避免了开挖施工而造成交 通中断，取得了预期的效果。

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