CN115492015A - 型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法 - Google Patents
型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,包括以下步骤:型钢重构破损盖板涵单位底板;原有盖板涵结构单位断面重构;重构整段破损盖板涵。本发明采用内拼装的型钢+波纹钢组合结构对现状盖板涵进行非开挖修复,将盖板涵素混凝土底板改造成型钢混凝土底板,与其上波纹钢板形成整体受力结构,将无法承受外水压荷载的盖板涵结构,重构为能承受内、外压工况的结构体系,与现有技术相比,本发明带来的有益效果如下:重构后的结构提高原有破损盖板涵的承载能力;重构盖板涵结构的施工过程有效保障施工安全;有效改进了传统盖板涵暗挖修复方法;暗挖修复破损盖板涵降低工程总体造价。
Description
技术领域
本发明涉及过水盖板涵修复技术领域,尤其是涉及一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法。
背景技术
在现状地面环境条件复杂(建筑、道路、管线密集)和地下水环境条件改变的地区,已建盖板涵常出现裂缝、漏筋、漏水等影响结构承载力的病害。修建年代较早的过水箱涵常采用盖板涵结构形式,盖板涵底板多为素混凝土结构,难以承受外水压荷载。盖板涵周边环境复杂,周边常有建(构)筑物、道路、管线等障碍物。盖板涵出现病害时承载能力降低,尤其是地下水环境改变时,盖板涵常因无法承受外水压荷载而加剧破损程度。因此,需要对出现病害的盖板涵进行修复。
但是,周边环境复杂的破损箱涵如采用明挖法重新翻建,社会影响大、工程协调难度高、工程总体造价高,因此一般采用暗挖修复的方式。
传统采用波纹钢板暗挖修复盖板涵的方法,一般采用封闭形状(圆形,椭圆形,拱形)或半封闭形状(圆拱、椭圆拱、马蹄拱)的波纹钢板内衬结构,替代或加强原有盖板涵结构。该方法虽然能够恢复盖板涵结构的承载能力,但封闭形状的波纹钢板内衬的构建很大程度受限于原有盖板涵结构的尺寸,且较大的削减了原盖板涵通水断面尺寸;而半封闭形状的波纹钢板内衬无法修复由外水压荷载引起的原盖板涵结构的损坏;传统的波纹钢板内衬结构在施工搭建时不能有效的作为围护支撑结构使用,施工安全存在风险。
发明专利CN 113089507 A公开了受损桥涵的双层波纹钢加固结构及其加固方法,该受损桥涵的双层波纹钢加固结构包括两层波纹钢板件、内部灌注物和外部灌注物,外层波纹钢板件和内层波纹钢板件间隔叠层方式设置,外层波纹钢板件和内层波纹钢板件之间设置有支撑件,在外层波纹钢板件和内层波纹钢板件之间浇筑有内部灌注物形成组合结构,组合结构位于桥涵受损结构的下方,在桥涵受损结构与组合结构之间浇筑有外部灌注物,但该发明仅采用波纹钢承受外侧土压力,结构整体无底板承受新增的外侧水压力,无法满足破损盖板涵在地下水环境改变时的修复要求,同时排水盖板涵的防水性能也难以满足;破损盖板涵承载力不足,修复施工时存在安全风险,该发明采用顶推的方式修复涵洞,对长度较长、跨度较大的涵洞实施存在困难。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,采用内拼装的型钢+波纹钢组合结构对现状盖板涵进行非开挖修复,将盖板涵素混凝土底板改造成型钢混凝土底板,与其上波纹钢板形成整体受力结构,将无法承受外水压荷载的盖板涵结构,重构为能承受内、外压工况的结构体系;同时,内拼装的型钢和波纹钢板结构也是施工时的围护结构,确保在已受损的盖板涵结构内进行非开挖施工的安全,能够避免横向连接刚度低、横向整体性较差、纵向刚度不足等缺陷,承载能力能够满足需求,能够实施于长度较长、跨度较大的涵洞。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
本发明的目的是提供一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,包括如下步骤:
S1、型钢重构破损盖板涵单位底板:
S11、将待重构的破损盖板涵素混凝土底板局部破除0.5~1m宽的混凝土;
S12、原有侧墙的材料为混凝土或块石,采用拼接钢槽道紧贴所述原有侧墙放置,局部存在孔隙采用硬质木板填塞;
S13、将型钢两侧顶紧拼接钢槽道,并焊接形成型钢组合支撑结构,用以顶住两侧的原有侧墙;
S14、核算原有盖板涵结构的原有断面净高是否达到预设阈值,当达到预设阈值时,直接执行S2,当未达到预设阈值时,向下开挖至不超过所述原有侧墙基础底标高,在渣土清运后所述型钢组合支撑结构、所述原有侧墙及原有混凝土顶板形成整体受力体系,之后执行S2;
S2、原有盖板涵结构单位断面重构:
S21、在盖板涵内根据原有盖板涵结构尺寸采用波纹钢板重新拼接断面;
S22、在所述波纹钢板之间的拼接横向采用高强螺栓连接、纵向采用圆头方颈螺栓连接;
S23、在所述波纹钢板与所述拼接钢槽道采用高强螺栓连接,钢板连接件一和钢板连接件二连接;
S24、拱脚处采用多层波纹钢板叠合,以共同受力,叠合层数根据计算确定,波纹钢板之间采用橡胶板加强防水;
S25、将所述波纹钢板与所述型钢组合支撑重构破损盖板涵单位结构体系;
S3、重构整段破损盖板涵:
S31、根据原有盖板涵结构长度,以一定的间距重复步骤S1、S2,直至暗挖重构好整段破损盖板涵;
S32、在所述型钢上面铺设钢筋网,浇筑混凝土底板;
S33、重构盖板涵结构和原有盖板涵结构之间的孔隙采用水泥砂浆或细石混凝土填充。
进一步地,步骤S21中所述断面的拼接形状包括但不限于:半圆形、椭圆形、拱形、马蹄形、簸箕形。
进一步优选地,步骤S21中所述断面的拼接形状为半圆形、椭圆形、拱形、马蹄形、簸箕形中的一种或多种的组合。
进一步地,步骤S23中所述钢板连接件一和所述钢板连接件二采用焊接连接。
进一步地,步骤S31中所述间距的取值范围是0.5~1m。
进一步地,所述原有盖板涵结构的参数取值范围如下:
受力跨度的取值范围是1.5~6m;
高度的取值范围是1.5~4m;
顶部荷载的取值范围是5kPa~60kPa。
进一步地,所述顶部荷载包括但不限于:覆土荷载、建筑物荷载、构筑物荷载、汽车荷载、设备荷载、堆载。
进一步优选地,所述顶部荷载为覆土荷载、建筑物荷载、构筑物荷载、汽车荷载、设备荷载、堆载中的一种或多种的组合。
进一步地,所述拼接钢槽道的型号为:双拼角钢180×110~200×125或双拼槽钢20a~40c或焊接的U形截面型钢。
进一步地,所述型钢的型号为:工字钢18~56c或H型钢HW300×300~HM500×300。
进一步地,所述波纹钢板尺寸的取值范围如下:
波距L的取值范围是150~380mm;
波高d的取值范围是50~140mm;
壁厚t的取值范围是3~10mm;
半径r的取值范围是16~76mm。
进一步地,所述水泥砂浆或细石混凝土采用M7.5~M15水泥砂浆或C10~C20细石混凝土。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本技术方案提供的型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,重构后的结构提高原有破损盖板涵的承载能力,采用型钢+波纹钢组合重构结构体系的方法,恢复或增强原盖板涵的承载能力,底板改造为型钢混凝土结构,使其能承受外水压荷载。
(2)本技术方案提供的型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,重构结构的施工过程有效保障施工安全,本发明的型钢组合支撑+波纹钢板结构受力体系,施工时逐个单元重构修复,既是永久受力结构,又是施工时的临时支撑结构,避免了非开挖修复时因原破损盖板涵承载能力不足可能发生的施工事故,从而保障施工安全、降低施工难度。本专利靠型钢和波纹钢组合受力,水泥砂浆或注浆仅作为盖板涵与波纹钢之间的填充物,非主要受力结构。
(3)本技术方案提供的型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,有效改进了传统盖板涵暗挖修复方法,本发明改进和弥补了传统盖板涵暗挖修复方法的不足,采用逐步破除底板、逐步增加型钢支撑、逐步拼接波纹钢板断面的方法重构结构,既能承受原有结构荷载,也能承受外水压荷载,同时还有效的保障施工安全;本发明构建方式灵活,不受原有盖板涵断面尺寸的限制,构建时可通过降低底板标高来增加断面面积,用以弥补过水断面的不足。
(4)本技术方案提供的型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,暗挖修复破损盖板涵降低工程总体造价,周边环境复杂的破损箱涵如采用明挖法重新翻建,社会影响大、工程协调难度高、工程总体造价高,采用本发明的暗挖修复方法,保障了现状建(构)筑物、道路、管线等不受损坏,施工作业速度较快,施工操作简单,经估算,节约工程总体造价30%~60%。
本发明是一种暗挖重构的方法,不影响盖板涵周边现状环境,大大节约了工程造价,适用于周边环境复杂的破损盖板涵的修复,不适用于隧道初期支护。
附图说明
图1是本发明的底板局部破除示意图;
图2是本发明的重构盖板涵结构横断面示意图;
图3是本发明的波纹钢板与拼接钢槽道连接详图;
图4是实施例的重构盖板涵结构横断面设计图。
图中,部件名称与附图编号的对应关系为:1、素混凝土底板;2、原有侧墙;3、拼接钢槽道;4、型钢;5、波纹钢板;6、钢板连接件一;7、钢板连接件二;8、混凝土底板;9、水泥砂浆或细石混凝土;10、原有混凝土顶板;11、硬质木板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构等特征,均视为现有技术中公开的常见技术特征。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1~3是本发明的示意图,图4是实施例的设计图。实施例为九江市滨江路白水湖段等积水点改造工程,该项目从2019年5月投入运营至今,排水顺畅,排水箱涵结构未出现异常裂缝或漏水,运行状况良好。
本发明能支持的原有盖板涵结构的取值范围如下:
(1)受力跨度:1.5~6m;
(2)高度:1.5~4m;
(3)顶部荷载:5kPa~60kPa;顶部荷载包括但不限于覆土荷载、建筑物荷载、构筑物荷载、汽车荷载、设备荷载、堆载。
实施例
本实施例原有盖板涵结构的设计参数为:盖板涵结构受力跨度3m,高度1.5m,顶部荷载为40kPa,顶部荷载包括覆土荷载和汽车荷载。实施例的设计参数都在本发明的支持范围内,因此可以适用本发明进行重构,本实施例的设计图如图4所示,本实施例提供的型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法的具体步骤如下:
S1、如图1、2所示,型钢重构破损盖板涵单位底板:
S11、将待重构的破损盖板涵素混凝土底板1局部破除0.5m宽的混凝土。
S12、采用拼接钢槽道3紧贴所述原有侧墙2放置,局部存在孔隙采用硬质木板11填塞;原有侧墙2的材料可以为混凝土或块石,本实施例为混凝土;拼接钢槽道3的型号可以选择:双拼角钢180×110~200×125、双拼槽钢20a~40c或焊接的U形截面型钢,本实施例采用的是180×110×16和200×125×18双拼角钢槽道。
S13、将型钢4两侧顶紧拼接钢槽道3,并焊接形成型钢组合支撑结构,用以顶住两侧的原有侧墙2;型钢4的型号可以选择:H型钢HW300×300~HM500×300、工字钢18~56c,本实施例采用的是18号工字钢。
S14、经核算原有断面净高未达到预设阈值,向下开挖0.5m,不超过原有混凝土侧墙2基础底标高,渣土清运后型钢组合支撑结构、原有混凝土侧墙2及混凝土顶板10形成整体受力体系。
S2、如图3所示,原有盖板涵结构单位断面重构:
S21、在盖板涵内根据原有盖板涵结构尺寸采用波纹钢板5重新拼接断面;所述断面拼接形状包括但不限于:半圆形、椭圆形、拱形、马蹄形、簸箕形,本实施例选用的是半圆形;波纹钢板5尺寸的取值范围如下:波距L:150~380mm;波高d:50~140mm;壁厚t:3~10mm;半径r:16~76mm,本实施例采用的是波距178×波高50×壁厚4.5×半径16的波纹钢板5。
S22、在所述波纹钢板5之间的拼接横向采用M16高强螺栓连接、纵向采用M16×45圆头方颈螺栓连接。
S23、在所述波纹钢板5与所述拼接钢槽道3采用M16高强螺栓连接,钢板连接件一6和钢板连接件二7采用焊接连接;本实施例采用的是160×225×8钢板连接件一6和140×120×10钢板连接件二7。
S24、拱脚处采用3层波纹钢板叠合,以共同受力,叠合层数根据计算确定,波纹钢板之间采用8mm厚橡胶板加强防水。
S25、将波纹钢板5与型钢4组合支撑重构破损盖板涵单位结构体系。
S3、重构整段破损盖板涵:
S31、根据原有盖板涵结构长度,以一定的间距重复步骤S1、S2,直至暗挖重构好整段破损盖板涵;间距的取值范围是0.5~1m,本实施例采用的数值是0.5m。
S32、在所述型钢4上面铺设Φ10@200钢筋网,浇筑混凝土底板8;
S33、重构盖板涵结构和原有盖板涵结构之间的孔隙采用水泥砂浆或细石混凝土9填充;水泥砂浆或细石混凝土9可以采用M7.5~M15水泥砂浆或C10~C20细石混凝土,本实施例采用的M10水泥砂浆。
重构后结构主要承受的荷载如下:
1)结构自重:按实际取,钢筋混凝土容重γc=25kN/m3,钢容重γc=78.5kN/m3。
2)顶板覆土荷载:土容重按18kN/m3考虑,覆土厚度取1m。
3)侧墙水土压力荷载:侧向土压力按朗肯主动土压力计算,回填土内磨擦角取30°,重度取18kN/m3,浮重度取8kN/m3。水容重10kN/m3。
4)底板浮力:地下水位按基础底标高以上2m计。
5)汽车活荷载及其引起的侧向土压力满足《城市桥梁设计规范》(J1190)。
6)地面堆载:20kPa。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、型钢重构破损盖板涵单位底板:
S11、将待重构的破损盖板涵素混凝土底板(1)局部破除0.5~1m宽的混凝土;
S12、原有侧墙(2)的材料为混凝土或块石,采用拼接钢槽道(3)紧贴所述原有侧墙(2)放置,局部存在孔隙采用硬质木板(11)填塞;
S13、将型钢(4)两侧顶紧拼接钢槽道(3),并焊接形成型钢组合支撑结构,用以顶住两侧的原有侧墙(2);
S14、核算原有盖板涵结构的原有断面净高是否达到预设阈值,当未达到预设阈值时,向下开挖至不超过所述原有侧墙(2)基础底标高,在渣土清运后所述型钢组合支撑结构、所述原有侧墙(2)及原有混凝土顶板(10)形成整体受力体系;
S2、原有盖板涵结构单位断面重构:
S21、在盖板涵内根据原有盖板涵结构尺寸采用波纹钢板(5)重新拼接断面;
S22、在所述波纹钢板(5)之间的拼接横向采用高强螺栓连接、纵向采用圆头方颈螺栓连接;
S23、在所述波纹钢板(5)与所述拼接钢槽道(3)采用高强螺栓连接,钢板连接件一(6)和钢板连接件二(7)连接;
S24、拱脚处采用多层所述波纹钢板(5)叠合,以共同受力,叠合层数根据计算确定;
S25、将所述波纹钢板(5)与所述型钢(4)组合支撑重构破损盖板涵单位结构体系;
S3、重构整段破损盖板涵:
S31、根据原有盖板涵结构长度,以一定的间距重复步骤S1、S2,直至暗挖重构好整段破损盖板涵;
S32、在所述型钢(4)上面铺设钢筋网,浇筑混凝土底板(8);
S33、重构盖板涵结构和原有盖板涵结构之间的孔隙采用水泥砂浆或细石混凝土(9)填充。
2.根据权利要求1所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,步骤S21中所述断面的拼接形状为半圆形、椭圆形、拱形、马蹄形、簸箕形中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,步骤S23中所述钢板连接件一(6)和所述钢板连接件二(7)采用焊接连接。
4.根据权利要求1所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,步骤S31中所述间距的取值范围是0.5~1m。
5.根据权利要求1所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,所述原有盖板涵结构的参数取值范围如下:
受力跨度的取值范围是1.5~6m;
高度的取值范围是1.5~4m;
顶部荷载的取值范围是5kPa~60kPa。
6.根据权利要求5所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,所述顶部荷载为覆土荷载、建筑物荷载、构筑物荷载、汽车荷载、设备荷载或堆载中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,所述拼接钢槽道(3)的型号为:双拼角钢180×110~200×125或双拼槽钢20a~40c或焊接的U形截面型钢。
8.根据权利要求1所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,所述型钢(4)的型号为:工字钢18~56c或H型钢HW300×300~HM500×300。
9.根据权利要求1所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,所述波纹钢板(5)尺寸的取值范围如下:
波距L的取值范围是150~380mm;
波高d的取值范围是50~140mm;
壁厚t的取值范围是3~10mm;
半径r的取值范围是16~76mm。
10.根据权利要求1所述的一种型钢和波纹钢组合暗挖重构破损盖板涵结构体系的方法,其特征在于,所述水泥砂浆或细石混凝土(9)采用M7.5~M15水泥砂浆或C10~C20细石混凝土。
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