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)
近年來,鋼波紋管結構逐漸吸引了人們的眼球,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,并且基礎的適應能力以及抗變形能力強[1-2]。國內外現有資料表明,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,并且可回收利用,有利于環(huán)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。
針對廣東省地形地貌多變、地質條件復雜以及部分路段路基填土高的特點,采用鋼波紋管通道可以更好地適應當地的地形特征。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?;诒O(jiān)測所得的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,總結變化規(guī)律,有效解決工程中的問題,進一步促進鋼波紋管通道在公路工程中的應用。
本項目依托工程為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。
2.1.1 監(jiān)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(jiān)測,并記錄數據。
2.1.2 監(jiān)測方法
每個距離測量時,長按啟動連續(xù)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(wěn)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。
2.1.3 監(jiān)測要求
因監(jiān)測周期長,監(jiān)測時間為2a,第一年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月每三個月監(jiān)測一次,第二年每季度監(jiān)測一次。紅外儀器保存完好,因監(jiān)測周期長,故不應更換儀器(外形尺寸標定位置會不一致)。
(1)設定5個斷面,管端各1處,管中3處,布置位置見圖1~圖3(A1/A2,B1/B2,C1/C2,D1/D2,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,需垂直放置于路面并稍移動軸向位置。
圖1 鋼波紋管通道監(jiān)測點布置/mm
圖2 鋼波紋管通道監(jiān)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(圖3)打入鋼釘標記以便下次測量找位。
圖3 鋼波紋管通道混凝土地坪鋼釘布置
(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/E5,紅外測量頂底距離H1/H2/H3/H4/H5。在A、B、C、D、E斷面處的涵管左右側按圖1、圖2布置左右距離測點A1/A2,B1/B2,C1/C2,D1/D2,E1/E2,高度見圖1、圖2,A3/B3/C3/D3/E3和A4/B4/C4/D4/E4的測點可按以上方法測量。
(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(wěn)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(wěn)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4操作。
圖4 鋼波紋管通道槽鋼布置/mm
(5)操作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、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、L5-1/L5-2/L5-3。
2.3.1 監(jiān)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(jiān)測。
2.3.2 監(jiān)測方法
根據《工程測量規(guī)范》(GB 50026—2007)變形監(jiān)測的水準觀測技術要求,采用常規(guī)水準測量方法作業(yè)?,F場實施時,自基準點開始,聯(lián)測所有沉降監(jiān)測點,最后閉合到起始點。通過計算各變形監(jiān)測點與基準點之間的高差,計算各變形監(jiān)測點的高程。監(jiān)測儀器采用電子水準儀,儀器性能指標見表1。
表1 儀器性能指標
2.3.3 監(jiān)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(guī)范》(GB 50026—2007)的相關規(guī)定。要求見表2~表4。
表2 變形監(jiān)測精度要求
表3 垂直位移監(jiān)測基準網的主要技術要求
表4 水準觀測的主要技術要求
對直徑10 m的鋼波紋管通道進行不同位置變形監(jiān)測,根據變形監(jiān)測結果和《公路涵洞通道用波紋鋼管(板)》(JT/T 791—2017)規(guī)范,可知變形
2.4.1 監(jiān)測基準點布置
垂直位移監(jiān)測基準網采用原設立的獨立高程系統(tǒng),采用埋石點統(tǒng)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(jiān)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5。容許量為管徑2%,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(jiān)測意義在于形變的變化趨勢與穩(wěn)定性,取100 mm作為界定結構再變形穩(wěn)定性與否的判定取值。監(jiān)測結果數據見表5。
圖5 樁號K727+679—K727+876兩側路肩監(jiān)測點布置
表5 K727+778鋼波紋管通道監(jiān)測數據/mm
可以得出:(1)從管頂和管底豎向變形(H1~H5)的監(jiān)測數據來看,各測點的變化量均較小,初始階段監(jiān)測未發(fā)現明顯變形斷面,在持續(xù)監(jiān)測過程中,管頂至底部最大豎向變形量在10 mm以內,滿足規(guī)范《公路涵洞通道用波紋鋼管(板)》(JT/T 791—2017)的要求。(2)從水平和斜向變形的數據監(jiān)測來看,總體數據趨于穩(wěn)定,在2020年1月至7月長達0.5a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,變形已趨于穩(wěn)定,后期不會產生大的變形,結構安全可靠。
監(jiān)測數據經計算得出,樁號K727+679—K727+876兩側高程最大中誤差為0.04 mm,最大高差中誤差為0.03 mm,均滿足規(guī)范要求。本期監(jiān)測數據與上期監(jiān)測數據及首期監(jiān)測數據見表6,由于測試數據較多,表6中僅列出了部分數據。不同測試時期路面相對沉降變形曲線見圖6、圖7。
表6 樁號K727+679—K727+876兩側路肩沉降數據
圖6 K727+679—K727+876左幅路面相對沉降變形曲線
圖7 K727+679—K727+876右幅路面相對沉降變形曲線
通過對表6、圖6和圖7進行分析,可以得出:(1)該路段左、右幅監(jiān)測點的本期沉降變形量和累計沉降變形量基本為負值,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(jiān)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(xù)沉降的趨勢,斷面K727+705—K727+745之間出現的沉降變形仍較明顯,應繼續(xù)監(jiān)測。
(1)波紋管的最大變形量在容許量的范圍內,0.5 a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(wěn)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(xù)沉降的趨勢,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(qū)域壓實度不夠引起的,后期應繼續(xù)監(jiān)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,主要是回填施工不規(guī)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。