CN104153304B - 一种波纹钢管涵洞填筑结构及其填筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波纹钢管涵洞填筑结构，还公开了一种波纹钢管涵洞填筑结构填筑方法。该填筑结构克服了原有圬工涵洞刚性基础容易造成波纹钢管管壁破损的缺点，采用砂垫层加底基层的柔性基础填筑，并在软弱地质条件时采用土工布，有效防止波纹钢管的不均匀沉降。而且整个管身置于结构性回填区的保护中，能有效保护波纹钢管管身，并更吻合波纹钢管的柔性材料特性。该填筑结构适用于圆形、椭圆形和管拱形等各种形状的波纹钢管，也适用于管沟法或筑堤法施工。
Description
技术领域
本发明涉及涵洞管件填筑领域，具体涉及一种波纹钢管涵洞填筑结构，还涉及一种波纹钢管涵洞填筑方法。适用于公路建设中尤其是在山区公路和不良地质条件下波纹钢管涵洞建设的回填。
背景技术
随着山区公路建设的快速发展和钢材生产、加工工艺的进一步提高，波纹钢管涵洞由于具有受力性能好、适应性强、施工工期短、使用寿命长、行车舒适性好的特点，在国内外公路建设中尤其是在山区公路和不良地质条件下，正日益得到广泛的应用。
然而目前国内尚没有波纹钢管涵洞的施工规范，已建成或在建的波纹钢管涵洞基本仍参照圬工涵洞的方式填筑，或者仅进行略微改动，没有针对波纹钢管柔性管身的特点形成一套切实有效的填筑结构，不能满足波纹钢管填筑的需要。
圬工涵洞的基础主要有两种，一种采用混凝土或砌体等刚性基础，基础上面设置混凝土管座，其顶部弧形面与管身紧密贴合，使管节受力均匀。另一种做法是直接将圬工涵洞管身放在天然地基土，但要按照设计要求将管底土层夯压密实，并做成与管身弧度密贴的弧形管座，若管底土层承载力不符合设计要求，还应进行处理和加固。这两种做法都使得涵洞的基础刚性较大，而由于波纹钢管涵洞的管身为柔性材料且带有波纹形状，使用刚性基础会使波纹钢管管身与基础不能紧密贴合，不利于管身应力的均匀扩散，容易造成波纹钢管管身局部挤压破坏。而且两种填筑结构只重视波纹钢管管身下的基层材料，均未对管身两侧尤其是顶部的填筑材料提出要求，结构性回填区的范围太小。由于波纹钢管的管壁较薄，填筑材料的粒径过大易造成管壁磨损或挤压破坏，必须对紧贴管身的所有填筑材料做出严格要求。同时，由于波纹钢管是柔性材料，当管顶填土高度较小(<100cm)时，管顶上方不得使用重型压路机。
本发明的目的是针对波纹钢管涵洞发明一种地基基础及管身回填的填筑结构，使其具有经济实用、便于施工、有效保护管身的特点，能更好地发挥波纹钢管适应基础变形及不均匀沉降的优势。
发明内容
本发明的目的在于改变传统填筑结构刚性大、易损伤柔性管身、不适用于波纹钢管涵洞的现状，提供一种波纹钢管涵洞填筑结构，还提供了一种波纹钢管涵洞填筑方法。其结构简单、施工方便、适用性广，能很好地保护波纹钢管管壁不受破坏，并充分发挥波纹钢管材料的柔性优势。
本发明的目的可通过以下技术方案实现：
一种波纹钢管涵洞填筑结构，包括设置在地面上的路侧回填区，还包括设置在路侧回填区内的结构性回填区和设置在结构性回填区内的波纹钢管，且波纹钢管设置在砂垫层上，砂垫层的上表面与地面平齐，砂垫层上设置有与波纹钢管下部外形适配的凹陷，砂垫层设置在底基层上。
如上所述的结构性回填区包括依次叠放的填筑层，每个填筑层的厚度为20-50cm。
如上所述的底基层的底面设置有土工布。
如上所述的底基层从波纹钢管的最外侧向外延伸的距离大于2m。
如上所述的波纹钢管为圆形波纹管、椭圆波纹管或管拱式波纹管。
如上所述的管拱式波纹管的拱腋处下方的底基层设置有拱腋加固区。
如上所述的拱腋加固区的底宽大于0.2Rb/Rs，其中Rs为管拱式波纹管拱腋处的半径；Rb为管拱式波纹管管底处的半径。
如上所述的拱腋加固区的横截面为边坡为1:1的倒梯形。
如上所述的波纹钢管为单个或多个，砂垫层上设置有与波纹钢管数目对应的凹陷。
一种波纹钢管涵洞填筑方法，包括以下步骤：
步骤1、开挖后铺设一层土工布；
步骤2、回填底基层；
步骤3、底基层压实后填筑砂垫层，并将砂垫层的顶面做成与波纹钢管外形匹配的凹陷，凹陷深度为砂垫层厚度的一半，底基层和砂垫层的宽度为管侧向外分别延伸T，T>2m；
步骤4、在管侧T范围外的路侧回填区进行回填，回填坡度为1:n2，n2为预定值，路侧回填区的回填按20cm一层进行分层填筑；
步骤5、将波纹钢管轻放至砂垫层凹陷处，随后对管周进行结构性回填，管腋处的回填采用水密法或人工夯实，结构性回填区按每层20cm进行分层填筑，压实度为93％～95％，管两侧应对称回填，两侧厚度差不能超过20cm，结构性回填区的高度高于管顶高度100cm以上，在结构性回填区高度以内，压实机械只能平行于波纹钢管延伸方向运行，且不得运行至管侧150cm范围内，在结构性回填区高度以外，压实机械能垂直于波纹钢管方向运行，在结构性回填区高度以上为路基回填区，按路基方法施工。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)承载波纹钢管的砂垫层能更紧密贴合波纹钢管表面，使波纹钢管管壁受力均匀，避免波纹钢管局部应力过大而破坏，同时限制了与波纹钢管直接接触的填筑材料的粒径，有效防止大粒径石砾等坚硬残渣混在填筑材料里对波纹钢管的管壁造成划伤、磨损甚至刺穿。
(2)底基层能更有效地分布管底应力，充分发挥波纹钢管能适应不均匀沉降的优势。同时能改善沼泽淤泥等不良地质，防止波纹钢管沉降过大。
(3)管侧和顶部均设为结构性回填区，扩大的结构性回填区能有效保护柔性的波纹钢管，避免施工、压实和运营时波纹钢管的局部应力过大。
(4)管沟法施工的开挖边坡1：n1和筑堤法施工的填筑边坡1：n2根据现场土壤条件和填筑材料确定，保证边坡的稳定性即可。
(5)结构性回填区为边坡1：n2的倒梯形，先将路基填筑至指定位置后再压实涵洞，有利于涵洞填筑材料的充分压实，结构性回填区的倒梯形正好对接路侧回填区的正梯形，可以有效提高填筑效率，缩短填筑时间。
(6)底基层的土工布可有效改善软弱地质的不利影响，提高软弱地基的承载力。
(7)在拱腋的半径变化处进行基础加固设计，设置拱掖加固区，避免半径变化处应力集中破坏造成基础破坏。
(8)对砂垫层和底基层只进行简单压实，压实度不超过90％，避免基础由于过度压实而呈现较大的刚性，与波纹钢材料的柔性特性冲突。
(9)对结构性回填区只进行简单压实，压实度不超过95％，避免从下向上的填筑过程中，管壁由于压实过度受土体压力造成侧面向内、顶部向上的变形，这种变形即使后期在波纹钢管顶部填土后也无法恢复。
(10)适用于单管或多管涵洞，也适用于路堤式和路堑式的路基，适用于各种形状的波纹钢管，包括圆管、椭圆管和管拱式等。
附图说明
图1为一种波纹钢管涵洞填筑结构单管填筑结构图。
图2为一种波纹钢管涵洞填筑结构双管填筑结构图。
图3为管拱式波纹管的单管填筑结构图
图4为管拱式波纹管的管腋处结构图。
其中：1—砂垫层，2—底基层，3—结构性回填区，4—路侧回填区，5—理论地面线，6—波纹钢管，7—拱腋加固区，8—土工布；9-开挖线；
t1：波纹钢管顶至结构性回填区顶的距离；t2：结构性回填区填筑的分层厚度；t3：波纹钢管管底砂垫层的厚度；t4：砂垫层向下凹陷的距离；t5：底基层的厚度。
D：波纹钢管直径；T：底基层从波纹钢管最外侧向外延伸的距离；E：波纹钢管的间距。
Rs：椭圆管或管拱式波纹钢管拱腋处的半径；Rb：椭圆管或管拱式波纹钢管管底处的半径；W：波纹钢管拱腋加固区底部的长度。
n1、n2分别为结构性回填区的挖方边坡斜率和填方边坡斜率，即指当结构性回填区的高度为1时，对应的挖方边坡和填方边坡在水平面上投影的长度为n1、n2。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种波纹钢管涵洞填筑结构，包括设置在地面5上的路侧回填区4，还包括设置在路侧回填区4内的结构性回填区3和设置在结构性回填区3内的波纹钢管6，且波纹钢管6设置在砂垫层1上，砂垫层1的上表面与地面平齐，砂垫层1上设置有与波纹钢管6下部外形适配的凹陷，砂垫层1设置在底基层2上。
结构性回填区3包括依次叠放的填筑层，每个填筑层的厚度为20-50cm。
底基层2的底面设置有土工布8。
底基层2从波纹钢管的最外侧向外延伸的距离T大于2m。
波纹钢管6为圆形波纹管、椭圆波纹管或管拱式波纹管。
管拱式波纹管的拱腋处下方的底基层2设置有拱腋加固区7。
拱腋加固区7的底宽W大于0.2Rb/Rs，其中Rs为管拱式波纹管拱腋处的半径；Rb为管拱式波纹管管底处的半径。
拱腋加固区7的横截面为边坡为1:1的倒梯形。
波纹钢管6为单个或多个，砂垫层1上设置有与波纹钢管6数目对应的凹陷。
实施例2：
涵洞下卧层为岩石，波纹钢管为圆管，直径为D＝2m时：
砂垫层1厚t3＝30cm，底基层2厚t5＝60cm，底基层2的顶宽T＝5m，波纹钢管6顶部以上的结构性回填区3高度t1＝100cm。砂垫层1的粒径不大于12mm。底基层2为砂砾，粒径不大于37.5mm，底基层2不得过度压实，压实度介于85～90％之间，底基层延伸距离T为2m。结构性回填区3按每层厚度20cm分层填筑，压实度介于93～95％之间。结构性回填区高度范围内，压路机平行于涵洞运行，且不得走行至管侧150cm范围内；结构性回填区高度以上，压路机可垂直于涵洞方向运行。
实施例3：
涵洞下卧层为沼泽，波纹钢管为圆管，直径为D＝6m时：
砂垫层1厚t3＝30cm，底基层2厚t5＝80cm，底基层2的顶宽T＝10m，波纹钢管6顶部以上的结构性回填区3高度t1＝100cm，砂垫层1粒径不大于12mm。底基层2为砂砾，粒径不大于37.5mm，底基层2不得过度压实，压实度介于85～90％之间。底基层2下表面D范围内铺设土工布，底基层延伸距离T为2m。。结构性回填区3为砂砾，按每层厚度40cm分层填筑，压实度介于93～95％之间。结构性回填区3高度范围内，压路机平行于涵洞运行，且不得走行至管侧150cm范围内；结构性回填区3高度以上，压路机可垂直于涵洞方向运行。
实施例4：
涵洞下卧层为岩石，波纹钢管为管拱式，跨径为6.25m，矢高为3.91m，波纹钢管底部直径为Rb＝9.625m，拱腋直径为Rs＝0.84m时：
砂垫层1厚t3＝30cm，底基层2厚t5＝60cm，底基层2的顶宽T＝9.25m，波纹钢管6顶部以上的结构性回填区3高度t1＝100cm。砂垫层1的粒径不大于12mm。底基层2为砂砾，粒径不大于37.5mm，底基层2不得过度压实，压实度介于85～90％之间，底基层延伸距离T为3m。结构性回填区3按每层厚度20cm分层填筑，压实度介于93～95％之间。结构性回填区3高度范围内，压路机平行于涵洞运行，且不得走行至管侧150cm范围内；结构性回填区3高度以上，压路机可垂直于涵洞方向运行。
设置拱腋加固区7，其高度即为底基层2的高度t5＝60cm，底部长度W＝0.2Rb/Rs＝0.2*9.625/0.84＝2.3m。拱腋加固区7的侧边坡为1:1。
实施例5：
一种波纹钢管涵洞填筑方法，包括以下步骤：
步骤1、开挖后铺设一层土工布8以起到防渗和隔离的作用。
步骤2、回填底基层2，
步骤3、底基层2压实后填筑砂垫层1，并将砂垫层1的顶面做成与波纹钢管6外形匹配的凹陷，凹陷深度为砂垫层1厚度的一半。底基层2和砂垫层1的宽度为管侧向外分别延伸T，T>2m。
步骤4、在管侧T范围外的路侧回填区4进行回填，回填坡度为1:n2，n2根据回填材料取值，但要保证边坡的稳定性和安全性。当回填材料为砂砾时可取n2为1，即回填坡度为1：1。路侧回填区4的回填按20cm一层进行分层填筑，压实度符合路基施工要求。
步骤5、将波纹钢管轻放至砂垫层1凹陷处，随后对管周进行结构性回填。管腋处的回填采用水密法或人工夯实。结构性回填区3按每层20cm进行分层填筑，压实度为93％～95％。管两侧应对称回填，两侧厚度差不能超过20cm。结构性回填区的高度高于管顶高度100cm以上，在结构性回填区高度以内，压实机械只能平行于波纹钢管延伸方向运行，且不得运行至管侧150cm范围内。在结构性回填区高度以外，压实机械能垂直于波纹钢管方向运行。在结构性回填区高度以上为路基回填区，按路基方法施工。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种波纹钢管涵洞填筑结构，包括设置在地面(5)上的路侧回填区(4)，其特征在于，还包括设置在路侧回填区(4)内的结构性回填区(3)和设置在结构性回填区(3)内的波纹钢管(6)，且波纹钢管(6)设置在砂垫层(1)上，砂垫层(1)的上表面与地面平齐，砂垫层(1)上设置有与波纹钢管(6)下部外形适配的凹陷，砂垫层(1)设置在底基层(2)上；
波纹钢管(6)为管拱式波纹管；
管拱式波纹管的拱腋处下方的底基层(2)设置有拱腋加固区(7)；
拱腋加固区(7)的底宽(W)大于0.2Rb/Rs，其中Rs为管拱式波纹管拱腋处的半径；Rb为管拱式波纹管管底处的半径；
拱腋加固区(7)的横截面为边坡为1:1的倒梯形。
2.根据权利要求1所述的一种波纹钢管涵洞填筑结构，其特征在于，所述的结构性回填区(3)包括依次叠放的填筑层，每个填筑层的厚度为20-50cm。
3.根据权利要求1所述的一种波纹钢管涵洞填筑结构，其特征在于，所述的底基层(2)的底面设置有土工布(8)。
4.根据权利要求1所述的一种波纹钢管涵洞填筑结构，其特征在于，所述的底基层(2)从波纹钢管的最外侧向外延伸的距离(T)大于2m。
5.根据权利要求1所述的一种波纹钢管涵洞填筑结构，其特征在于，所述的波纹钢管(6)为单个或多个，砂垫层(1)上设置有与波纹钢管(6)数目对应的凹陷。
6.一种波纹钢管涵洞填筑方法，包括以下步骤：
步骤1、开挖后铺设一层土工布(8)；
步骤2、回填底基层(2)；
步骤3、底基层(2)压实后填筑砂垫层(1)，并将砂垫层(1)的顶面做成与波纹钢管(6)外形匹配的凹陷，凹陷深度为砂垫层(1)厚度的一半，底基层(2)和砂垫层(1)的宽度为管侧向外分别延伸T，T>2m；
步骤4、在管侧T范围外的路侧回填区(4)进行回填，回填坡度为1:n2，n2为预定值，路侧回填区(4)的回填按20cm一层进行分层填筑；
步骤5、将波纹钢管轻放至砂垫层(1)凹陷处，随后对管周进行结构性回填，拱腋处的回填采用水密法或人工夯实，结构性回填区(3)按每层20cm进行分层填筑，压实度为93％～95％，管两侧应对称回填，两侧厚度差不能超过20cm，结构性回填区的高度高于管顶高度100cm以上，在结构性回填区高度以内，压实机械只能平行于波纹钢管延伸方向运行，且不得运行至管侧150cm范围内，在结构性回填区高度以外，压实机械能垂直于波纹钢管方向运行，在结构性回填区高度以上为路基回填区，按路基方法施工。
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