鋼波紋管涵在黃土地區(qū)公路設計中的應用

發(fā)表時間：2016-12-05 16:14

【摘要】鋼波紋管結構是一種典型的柔性結構，具有良好的變形適應能力，特別適用于常年凍土、膨脹土、軟土、濕陷性黃土等不良地質條件、高填方路段及地震地區(qū)的公路或鐵路涵洞與通道。與傳統(tǒng)圬工或鋼筋混凝土結構相比，鋼波紋管涵在受力性能、施工工期、使用壽命、行車舒適性、養(yǎng)護成本、綜合造價等方面具有無可比擬的優(yōu)越性，因而可作為公路工程中傳統(tǒng)結構形式的替代者。結合其在通渭縣馬營至隴西縣云田公路中的成功應用，探討鋼波紋管涵在黃土地區(qū)高填土路基處治中的設計要點。

　　【關鍵詞】黃土地區(qū) 鋼波紋管涵設計要點推廣應用

　　1鋼波紋管涵的發(fā)展概述

　　在我國公路建設過程中，涵洞作為一種重要和常見的結構，通常用于滿足工程中排水和通道的需求，多年來涵洞結構一直采用箱涵、蓋板涵、圓管涵、拱涵等幾種型式，材料采用鋼筋混凝土或圬工材料，該類涵洞存在設計繁瑣、施工周期長、孔徑小、易出現(xiàn)沉降及跳車等缺陷。此外，在常年凍土、膨脹土、軟土、濕陷性黃土等不良地質地區(qū)以及高填土等條件下，鋼筋混凝土涵洞在運營過程中通常會出現(xiàn)不同程度的損壞，甚至因涵洞基礎的不均勻沉降導致涵洞整體破壞，造成路基大范圍的沉陷，給公路行車帶來安全隱患。針對傳統(tǒng)涵洞結構存在的各種缺陷，亟待推廣新型結構以改善涵洞構造物的適用范圍。

　　隨著公路建設的快速發(fā)展、鋼材加工工藝特別是防腐技術的提高，鋼波紋管結構以其良好的力學性能及施工簡便、適應性強、耐久性好的特點，正逐步在國內公路建設中得到認識和重視。尤其是近年來在國內鋼材產能過剩、價格低迷的市場環(huán)境下，鋼波紋管結構具有更加優(yōu)越的性價比和社會效益，在工程領域有著廣闊的應用空間。

　　2工程概況

　　通渭縣馬營至隴西縣云田公路工程位于定西市境內，路線總長73.24km。項目區(qū)屬隴西黃土高原中部，渭河流域上游，地形起伏較大、溝壑縱橫，區(qū)域地震動峰值加速度為0.20g，對應地震烈度區(qū)劃為Ⅷ度區(qū)。沿線地層以第四系風積黃土為主，主要為自重濕陷性黃土，巖性為上更新統(tǒng)馬蘭黃土（），濕陷等級Ⅱ～Ⅳ級，遇水易引起路基不均勻沉降。

　　工程沿線“V”字型沖溝發(fā)育，下切作用強烈，溝深一般達到30～60m，溝寬80～150m，全線分布大約20余處。鑒于跨溝位置溝壁陡峭，溝壁黃土易崩塌且沿線黃土具有強烈濕陷性等特點，采用橋梁方式跨越沖溝橋臺不易修筑，且橋梁墩臺身高度高，施工難度大，運營期隱患多，后期養(yǎng)護困難，同時沿線沖溝匯水面積較小，溝內基本處于干燥狀態(tài)，經反復論證，設計采用高填土路堤的方式跨越沖溝，在溝底設置過水涵。

　　3設計要點

　　3.1涵洞構造的選型

　　沿線跨溝位置路基最大填土高度48米，在溝底設涵，最大涵長將達到200多米。由于涵身較長，管節(jié)較多，溝底縱坡較大，如果采用混凝土板涵，因高填土原因很容易造成管節(jié)的不均勻沉降及涵管裂縫，且對基礎處理要求較高，同時蓋板涵施工工期較長，涵洞損壞后維修困難。而鋼波紋管涵分片重量輕，拼裝簡便，施工工期短，安裝后整體性及連續(xù)性較好，力學性能優(yōu)越，具有較強的抗變形能力及抗沉降能力，能較好的避免濕陷性黃土地區(qū)高填方路基回填造成的不均勻沉降等問題。綜合以上因素，設計選用鋼波紋管涵作為過水涵。

　　3.2涵位的選擇

　　在溝底設涵管身長度大，投資高，水流攜帶的大量泥沙易堵塞涵洞，后期養(yǎng)護困難，同時，溝底縱坡較大，歷時降雨后，匯水無固定流動軌跡，加之水流流速快，路基邊坡受水流沖刷造成坡腳水毀，易產生穿水洞�？紤]以上因素，設計采用壩式路堤方式填筑路基，設置高位涵。涵洞進口側邊坡鋪設復合土工膜，以防止水流下滲穿透路基，并在其上設置護坡，減小水流對路基邊坡的直接沖刷，匯水在涵洞進口側溝道內先進行淤積沉沙后通過排水涵排離路基。

　　3.3孔徑及板厚的確定

　　根據(jù)匯水面積進行水文水力計算確定涵洞孔徑，并根據(jù)涵頂填土高度確定鋼板厚度（參考表1確定）。

　　螺旋形或環(huán)形波紋鋼管最大最小填土厚度[76mm×25mm（波形）]

　　3.4涵洞基礎設計

　　結構基礎必須有足夠強度、穩(wěn)定性和均勻性，設計中考慮到涵洞設置在填方路基上，先對溝底進行了擴溝、強夯處理，要求按照《公路路基施工技術規(guī)范》進行分層填土壓實，填土至涵頂標高位置時對涵洞左右兩側5m范圍路基進行強夯處理，然后開挖涵洞基坑，通過先填后挖的施工工序來保證涵底地基的穩(wěn)定性，涵洞基礎的選擇考慮到項目區(qū)地層為自重濕陷性黃土，不宜采用透水性砂礫料，設計采用灰土基礎，端頭采用混凝土基礎。因管涵涵身較長，涵頂填土高度大，管涵地基及基礎尤其中部會有不同程度的沉降，考慮流水要求，沿涵洞軸線在基礎頂面設置了預拱度，預拱度f=L （涵長）×1.5%/2（m），且f<（進口標高-出口標高）/2，按拋物線形式設置，以確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或逆坡。

　　3.5防腐設計

　　鋼波紋管出廠前管壁及配套附件均已經過熱浸鍍鋅處理，為延長使用壽命，涵管運至工地時，宜在管涵外壁及內壁表面涂刷兩遍瀝青防腐層。為保證接頭部位的密封性，密封材料采用方形耐久性能較好的橡膠密封圈或方形石棉盤根密封條，并在涵洞進出口與端墻相接處用瀝青麻絮纏繞。

　　3.6進出水口設計

　　涵洞出進出口的選擇根據(jù)地形條件及適用范圍選定，本工程涵洞采用高位涵，進口側護坡護到了涵頂，采用端墻式洞口與護坡相接，出水口根據(jù) 地形設置一定長度急流槽及消力池，將水排至溝底。洞口材料的選擇考慮到施工質量及施工進度，均采用混凝土澆筑。

　　4結語

　　鋼波紋管涵的大量采用加快了項目施工進度，路基完工至今，高填土路段均未產生沉降，路基穩(wěn)定，涵洞構造未發(fā)生較大變形，很好的適應了地質條件，排水順暢。該結構的應用有效的解決了在填方路基上及地基承載力較低路段修筑長涵洞引起不均勻沉降的問題，與鋼筋混凝土結構相比，不論從施工工期、施工難度、施工質量及環(huán)境保護方面都具有不可比擬的優(yōu)越性。因此，鋼波紋管涵的推廣應用在黃土地區(qū)公路建設中有著廣闊的前景。

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