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        淺析公路改建工程中波紋管涵洞的使用

        2016-07-16 03:44:16李靜靜
        工程與建設(shè) 2016年2期
        關(guān)鍵詞:使用分析

        周 挺,李靜靜

        (安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088)

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        淺析公路改建工程中波紋管涵洞的使用

        周挺,李靜靜

        (安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥230088)

        摘要:文章在分析了波紋管涵洞在公路改建的使用優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,對波紋管涵洞在公路改建中的使用范圍和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了探討,對波紋管涵洞在公路改建工程中的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益進(jìn)行了研究、分析。

        關(guān)鍵詞:波紋管涵洞;公路改建;使用;分析

        波紋管最早誕生于英國(1784年),隨著波紋管技術(shù)的不斷發(fā)展以及在世界各地的安裝使用,證明波紋管在各種使用情況下的通用性,而且其使用壽命已超過了設(shè)計(jì)壽命。目前在美國、加拿大等國家,波紋管涵已被廣泛應(yīng)用于公路工程[1];我國波紋管涵最早應(yīng)用于20世紀(jì)40年代滇緬公路的修建中,改革開放之后,深圳等城市曾經(jīng)進(jìn)口波紋管涵來進(jìn)行煤礦的修建,直到20世紀(jì)90年代,波紋管涵才逐漸在各類公路建設(shè)工程中被廣泛使用。探討在公路改建中波紋管涵洞的使用對提高公路的改建質(zhì)量具有重要的意義。

        1波紋管涵洞的使用優(yōu)勢

        公路涵洞的主要破壞形式就是不均勻沉降,具有高柔性、高強(qiáng)度的波紋管涵洞在適應(yīng)地基變形、解決不均勻沉降對涵洞造成破壞等方面具有重要的作用。同時(shí),波紋管涵洞的承載力還比較強(qiáng),可以對荷載力進(jìn)行均勻的分散,在凍土層、膨脹土層、軟土層等巖層的涵洞改建中具有廣闊的應(yīng)用空間。波紋管涵在公路改建中的優(yōu)勢分析如下:

        (1) 波紋管涵抗變形能力和抗沉降能力比較強(qiáng),在軟土地質(zhì)、膨脹土地質(zhì)、濕陷性黃土地質(zhì)等地基承載能力比較弱或者地震多發(fā)區(qū)的地質(zhì)中比較適用。

        (2) 波紋管涵的造價(jià)相對較低,工期比較短。

        (3) 波紋管涵采用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),周期短,容易控制產(chǎn)品質(zhì)量;波紋管涵在生產(chǎn)過程受環(huán)境的影響小,便于降低成本,便于對材料的質(zhì)量進(jìn)行控制。

        (4) 波紋管涵在施工過程中不需要大型的機(jī)器設(shè)備,安裝方便。

        (5) 使用波紋管涵進(jìn)行涵洞的改建可以降低水泥、砂、石的使用量,在環(huán)境保護(hù)方面有積極的作用,同時(shí)還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

        (6) 波紋管涵在公路改建中的應(yīng)用有利于改善公路使用過程中的不均勻沉降狀況,減少公路的養(yǎng)護(hù)成本。波紋管涵在公路改建中的應(yīng)用能夠有效地解決凍融對涵洞的混凝土結(jié)構(gòu)造成的破壞[2]。

        2波紋管涵洞的使用條件

        (1) 使用波紋管涵進(jìn)行公路改建的時(shí)候,要保證相應(yīng)波形的管壁有足夠的厚度,保證波紋管在受到最大荷載時(shí)的最大應(yīng)力比管材的屈服應(yīng)力低。

        (2) 在使用波紋管涵進(jìn)行公路改建的時(shí)候,要保證波紋管涵的防腐處理達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn),保證在一定的年限內(nèi)波紋管涵具有很好的抗腐蝕能力。

        (3) 在使用波紋管進(jìn)行涵洞的處理時(shí),要保證波紋管涵洞的承載力符合一定的標(biāo)準(zhǔn),防止在使用的過程中出現(xiàn)非線性破壞,對上層結(jié)構(gòu)的功能產(chǎn)生影響[3]。

        3波紋管涵洞的應(yīng)用技術(shù)

        3.1確定波紋管涵孔徑

        在設(shè)計(jì)波紋管涵的時(shí)候,波紋管涵的孔徑要按照涵洞的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果原有的涵洞設(shè)計(jì)是鋼筋混凝土的圓管涵,在使用波紋管涵對其進(jìn)行改建時(shí),要對波紋管涵的內(nèi)部粗糙系數(shù)進(jìn)行考慮。一般情況下,波紋管涵內(nèi)部的粗糙系數(shù)在0.03和0.035之間,而鋼筋混凝土管涵內(nèi)部的粗糙系數(shù)在0.01和0.012之間,對兩者進(jìn)行比較之后可以發(fā)現(xiàn),波紋管涵的粗糙系數(shù)比鋼筋混凝土管涵的粗糙系數(shù)要大,所以在進(jìn)行孔徑的設(shè)計(jì)時(shí),波紋管涵的孔徑要比鋼筋混凝土管涵的孔徑大一級[4]。

        3.2確定涵管和法蘭

        為了方便波紋管涵的制造-存放-運(yùn)輸-使用,一般情況下,要將波紋管涵的主管節(jié)的長度控制在0.5和3.5 m之間,管節(jié)之間使用法蘭進(jìn)行連接,使用的法蘭的數(shù)量和波紋管涵的管節(jié)有關(guān)系,一般情況下,每兩個(gè)相鄰孔的中心距離要保持在20 cm以內(nèi)。波紋管涵洞的規(guī)格參數(shù)如表1所列。

        表1 波紋管涵規(guī)格參數(shù)

        3.3確定波紋管涵的管壁厚度

        在公路改建中使用的波紋管涵一般都是定型的產(chǎn)品,在使用的過程中一般不用進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和選擇,只要在涵洞荷載計(jì)算結(jié)果下,保證波紋管涵管壁的厚度在2.5 mm以上即可。以金屬波紋管涵為例,波紋管涵管壁厚度的選擇標(biāo)準(zhǔn)如表2所列。

        表2 金屬波紋管壁厚參數(shù)

        3.4明確波紋管涵洞的細(xì)部構(gòu)造

        經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)證明,使用波紋管涵進(jìn)行涵洞的處理符合力學(xué)的要求,但是在使用金屬材料進(jìn)行波紋管涵的制作時(shí),要做好防腐處理,最好是使用鍍鋅的鋼板來進(jìn)行波紋管涵的加工,在加工完成之后進(jìn)行兩次防腐處理。在使用波紋管涵洞進(jìn)行公路改建的過程中,使用的波紋管涵的尺寸誤差要盡量保持在3%以內(nèi)。在涵洞的改建中,要重視對螺栓等密封材料的處理工作。要保證連接螺栓不僅具有一定的強(qiáng)度,同時(shí)還要保證連接螺栓具有一定的抗腐蝕性。同時(shí)要保證密封材料不會出現(xiàn)滲水情況,而且要保證密封材料使用的時(shí)間要具有持久性[5]。

        4波紋管涵的施工要求

        4.1波紋管涵洞的切割和組裝

        (1) 波紋管涵的裝卸和運(yùn)輸。在對波紋管涵進(jìn)行裝卸和運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候,要輕拿輕放,避免波紋管涵在運(yùn)輸和裝卸的過程中出現(xiàn)滾動碰撞的現(xiàn)象,避免造成表面防護(hù)層的損壞。

        (2) 波紋管涵的組裝。組裝波紋管涵只需要使用扳手和鋼釬。長度比較短的波紋管涵可以先組裝好,然后直接運(yùn)輸?shù)胶吹氖┕ぬ庍M(jìn)行吊裝;長度比較長的管涵可以先進(jìn)行分段組裝,然后再運(yùn)輸?shù)胶吹氖┕ぬ庍M(jìn)行對接。在組裝大孔徑涵管的過程中,可以在涵管的內(nèi)部放置一個(gè)可以運(yùn)動的木制工作臺,來方便涵管的組裝。在使用螺栓對涵管進(jìn)行組裝的過程中,可以使用松螺栓組裝法進(jìn)行組裝,也就是在各個(gè)螺栓插入螺孔之后,稍微的擰一下,在組裝結(jié)束之后再對螺栓進(jìn)行緊固。在緊固螺栓的過程中,要保證每個(gè)螺栓的扭力矩在135.6和203.4個(gè)單位之間。使用機(jī)動扳手緊固螺栓的時(shí)候,要將緊固的時(shí)間控制在2 s和5 s之間[6]。

        4.2填土材料和填土工藝的控制

        (1) 填土材料的控制。波紋圓管涵、拱形波紋結(jié)構(gòu)和拱管在組裝、鋪設(shè)完成之后,不需要使用特殊的材料進(jìn)行回填。在填土的時(shí)候,在距離波紋管涵的管口30 cm左右的范圍內(nèi),不能有直徑超過8 cm的石塊、凍土塊、混凝土塊等能夠?qū)芎斐蓳p傷的物質(zhì)。在存在多年凍土的地區(qū)進(jìn)行施工的時(shí)候,管涵周圍2 m以內(nèi)的范圍內(nèi)要使用含土量在5%以下的砂礫進(jìn)行回填[7]。

        (2) 填土工藝控制。在對波紋管涵的管頂進(jìn)行填土的時(shí)候,要保證管涵兩側(cè)保持對稱、保持平衡。在填土的時(shí)候,要使用分層攤鋪的形式進(jìn)行填土,然后進(jìn)行逐層壓實(shí),每層壓實(shí)的厚度要保持在15 cm和25 cm之間。填土的壓實(shí)度要超過重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的95%,同時(shí)和路基的壓實(shí)度保持一致。波紋管涵臨近地區(qū)的填土,比如管頂?shù)淖钚『穸鹊奶钔粒軅?cè)的填土要特別注意夯實(shí)。波紋管涵側(cè)向的填土因?yàn)樘钔恋貐^(qū)比較狹小,所以不能使用壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí),可以使用小型的振動機(jī)進(jìn)行夯實(shí)處理。波紋管涵管頂?shù)奶钔量梢允褂寐坊鶋簩?shí)的方式進(jìn)行處理。在波紋管涵管頂?shù)淖钚√钔梁穸葲]有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的情況下,禁止車輛通行。

        4.3波紋管涵洞的允許偏差

        根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),一般情況下,波紋管涵的允許偏差包括以下幾個(gè)方面,分別是:① 波紋管涵的長度偏差要保持在0 mm和10 mm之間;② 波紋管涵內(nèi)部直徑或者外部直徑的偏差要控制在設(shè)計(jì)值以上。③ 波紋管涵管壁的厚度要保持在0.3 mm以上。④ 波紋管涵的矢度要控制在0.2%以內(nèi)。

        5波紋管涵洞的效益分析

        5.1經(jīng)濟(jì)效益分析

        (1) 工程造價(jià)。因?yàn)榻ú?、人工、運(yùn)距的差異,在某些地區(qū)使用波紋管涵進(jìn)行公路的改建的工程造價(jià)比較低。以青藏公路為例,使用波紋管涵進(jìn)行施工,平均每道波紋管涵的造價(jià)要節(jié)省4萬元。目前,隨著波紋管涵的工廠化生產(chǎn)和應(yīng)用范圍的拓寬,使用波紋管涵洞進(jìn)行公路改建的工程造價(jià)將進(jìn)一步降低。

        (2) 施工工期。使用波紋管涵進(jìn)行施工,工期在3~5 d左右,相較于鋼筋混凝土工程來說節(jié)省了一個(gè)多月的工期。在含有凍土層的地區(qū)進(jìn)行公路的修建和改建時(shí),工期的縮短不僅可以降低工程造價(jià),相對來說還可以延長施工季節(jié),加快工程進(jìn)度[8]。

        5.2 社會效益

        波紋管涵的使用減少了石灰、水泥、砂、石等材料的消耗量,對環(huán)境保護(hù)具有積極的意義;同時(shí)可以縮短工期,加快公路改建的步伐,在公路的搶修、搶險(xiǎn)、保通工程中具有顯著的社會效益。

        6結(jié)束語

        波紋管涵洞以鋼波紋管和土作為建筑材料,通過土與結(jié)構(gòu)的相互作用將上部荷載分散到兩側(cè)的土體上,大大提高了涵洞的自身承載力;同時(shí),波紋管涵洞解決了雨、雪等氣候環(huán)境影響工程質(zhì)量和施工進(jìn)度的問題,而且可以更好地適應(yīng)地基變形,減少不均勻沉降,調(diào)節(jié)路基與剛性涵洞的變形差[9];因此,和常規(guī)的鋼筋混凝土涵洞相比,在公路改建工程中采用波紋管涵洞,具有施工速度快、不需要養(yǎng)生、不受氣溫影響的優(yōu)勢。鋼波紋管涵以其性能穩(wěn)定、安裝方便、有利環(huán)保、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)在公路改建中可代替鋼筋混凝土涵洞,其發(fā)展前景非常廣闊[10]。

        〔參考文獻(xiàn)〕

        [1]王艷麗,趙衛(wèi)國.鋼波紋管結(jié)構(gòu)在河北省公路橋涵中的應(yīng)用[J].公路,2028(5):63-67.

        [2]杜瑞臣.鋼波紋管涵在國道318線公路改建中的應(yīng)用[J].建筑與文化,2013(10):554-555.

        [3]萬洋.淺談金屬波紋管在危橋加固中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2012(21):113-115.

        [4]李祝龍,孫秀凱,胡濱,等.高填方路基鋼波紋管涵洞分層土壓力分析[J].中外公路,2014(1):40-44.

        [5]程鋼,方萍.高速公路鋼波紋管涵洞工程應(yīng)用及其應(yīng)變光測技術(shù)研究[J].中國工程科學(xué),2013(8):108-112.

        [6]池坤敏.鋼波紋管涵在南方山區(qū)高速公路中的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn),2012(4):242-244.

        [7]代舒帆.淺談公路金屬波紋管涵洞的應(yīng)用及防腐處理[J].品牌,2014(8):145-146.

        [8]何宇鑫.鋼波紋管涵洞在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用[J].甘肅科技縱橫,2010(5):149-150.

        [9]郭新春,梁養(yǎng)輝,胡濱,等.鋼波紋管涵洞在公路涵洞工程中的應(yīng)用研究[J].公路交通科技,2013(4):133-136.

        [10]金繼偉.高速公路鋼波紋管涵洞的研究及應(yīng)用[J].河南科學(xué),2012(5):630-634.

        收稿日期:2016-03-28;修改日期:2016-04-01

        作者簡介:周挺(1970-),男,四川成都人,安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司工程師.

        中圖分類號:U449.831

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        文章編號:1673-5781(2016)02-0186-03

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