CN212582461U - 一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构 - Google Patents

Abstract

一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，包括多段钢波纹管和路基涵洞，路基涵洞包括钢波纹管下方的砂砾垫层、特别夯实区和砂砾基础层，砂砾垫层位于特别夯实区下方，且处于路基涵洞中部的凹形基坑底部，特别夯实区位于钢波纹管下方，特别夯实区下部位于凹形基坑内，上部高于凹形基坑，砂砾基础层位于特别夯实区的两侧，砂砾基础层和特别夯实区表面形成钢波纹管的安装槽；在砂砾基础层上设有混凝土层，在混凝土层、砂砾基础层以及特别夯实层之间埋设钢波纹管，混凝土层的上部及上方设有土工格栅层；土工格栅层下方还设有压实的回填层。本实用新型可解决冻土地区地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏、路面开裂问题,降低项目后期运维费用。

Description

一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构

技术领域

本实用新型属于公路涵洞施工技术领域，具体涉及一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构。

背景技术

传统的路基涵洞成型的施工，通常是采用预制混凝土管道预埋或现浇混凝土进行施工成型。在高寒冻土地区，地理位置特殊、冬季时间长、昼夜温差大、气候寒冷，一般为冻土环境，由于土体呈饱和状态，冬季冻胀严重，春季消融易形成翻浆现象，因此采用传统的预制混凝土管道施工，地基承载力无法满足路基的要求，造成路面沉降、开裂，造成后期运行维护对人力物力的大量耗费。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，解决冻土地区地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏、路面开裂问题,降低项目后期运维费用。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，包括多段相互连接的钢波纹管以及用于安装钢波纹管的路基涵洞，所述路基涵洞包括位于钢波纹管预设位置正下方的砂砾垫层、特别夯实区和砂砾基础层，所述砂砾垫层位于特别夯实区的下方，且处于路基涵洞中部的凹形基坑的底部，所述特别夯实区位于钢波纹管预设位置下方，特别夯实区的下部位于所述凹形基坑内，上部高于凹形基坑，且特别夯实区上部宽度方向的两侧形成边坡，边坡的延长线能够通过钢波纹管的圆心，所述砂砾基础层位于特别夯实区宽度方向的两侧，砂砾基础层和特别夯实区表面形成与钢波纹管外形吻合的安装槽；在砂砾基础层之上设有混凝土层，在混凝土层、砂砾基础层以及特别夯实层之间埋设有所述的钢波纹管，所述混凝土层的上部以及混凝土层的上方设有分层铺设的土工格栅层，土工格栅层铺设的宽度为不小于钢波纹管直径的三倍；所述土工格栅层的下方、位于所述混凝土层及砂砾基础层宽度方向的两侧为压实的回填层。

所述凹形基坑是通过1:1放坡开挖的。

所述砂砾垫层的回填厚度大于30cm。

所述特别夯实区采用最大粒径不超过2.5cm的级配碎石进行回填，厚度控制在50cm-70cm之间，并进行压实以保证压实度达到95%。

所述回填层的压实度为90%。

所述土工格栅层与相邻的土工格栅层之间垂直距离不大于20cm。

所述土工格栅层与相邻的土工格栅层之间通过钢丝连接。

所述钢波纹管端部焊接有角钢法兰，相邻钢波纹管的两个需要连接的角钢法兰之间设有密封橡胶垫，通过沿角钢法兰圆周设置的螺栓和螺母的配合连接相邻钢波纹管，角钢法兰外还包裹一圈橡胶石垫层。

所述钢波纹管的内外分别涂布有沥青保护层。

本实用新型的有益效果是：第一，本实用新型中钢波纹管涵结构具有结构简单、施工便捷、质量易控的特点，可有效降低冻土冻融产生的力学、温度等影响，预防路面沉降、开裂，增加钢波纹管涵使用效率，对地基承载力要求不高，可适用于软土、冻土等不良地质条件的高海拔寒区。

第二，钢波纹管直接用钢板压制而成，采用壁薄、刚度较大的整体式钢波纹管制成。不需要碎石和土等天然资源，对环境的破坏程度较小，利于环保。

第三，本实用新型中的砂砾垫层和特别夯实区均位于钢波纹管的正下方，其中砂砾垫层可以起到隔水、排水、防冻等效果，还可以对路面载荷进行缓冲，所述特别夯实区的压实度要高于其他区域的压实度，可以为钢波纹管提供良好稳定的安装基座。

第四，钢波纹管涵铺设完成后进行混凝土层分层浇筑，不仅能保护钢波纹管不受外界环境等变化影响，也有利于降低路面行车对刚波纹管的受力影响等，进一步增强钢波纹管涵的使用年限。同时进行分层铺设土工格栅，直至路床顶面，土工格栅的铺设宽度≥3D（D为钢波纹管涵直径）。这使得钢波纹管与上部混凝土层、下部特别夯实区形成一个整体，共同承担上部路面荷载，增强钢波纹管涵使用效率；土工格栅可以有效降低土层不均匀沉降对路面及波纹管涵的受力影响，且土工格栅在竖直方向依靠钢丝彼此连接，进一步提高土工格栅层间的整体性。

第五，本实用新型中相邻钢波纹管通过在角钢法兰的上下左右四个位置采用螺栓固定连接，有效增强钢波纹管整体性，受力更加均匀。由于季节温度变化等外界自然条件改变影响刚波纹管受力变形，通过增强钢波纹管整体性使其不易发生局部膨胀，沉降或变形，延长钢波纹管涵使用年限，有效避免因其受力变化发生膨胀致使路面开裂现象等。既能保证路基路面平顺稳定，又能节约施工成本，提高涵洞在冻土等复杂地质条件下的耐受性。

相邻钢波纹管连接位置外包裹橡胶石垫层，可以降低波纹管接口处由于路面等震动带来的影响，延长波纹管使用寿命。

第六，在高海拔冻土区由于季节变换，钢波纹管涵附近土层发生循环冻融，影响钢波纹管受力状态，钢波纹管内外涂布的沥青保护层能够有效降低土层对钢波纹管的力学及温度影响，起到保温隔热作用，增强钢波纹管在复杂工况下的耐腐蚀性，有效延长钢波纹管涵使用年限。

第七，本实用新型可以提高行车的舒适性和安全性，便于维修保养，有效减少路面通车后养护成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中相邻钢波纹管连接示意图；

图中标记：1—钢波纹管，2—角钢法兰，3—橡胶石垫层，4—密封橡胶垫，5—螺栓，6—螺母，7—砂砾基础层，8—特别夯实区，9—砂砾垫层，10—混凝土层，11—道路，12—钢波纹管螺母位置，13—土工格栅层,14、回填层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对实用新型做任何限制的依据。

参照附图所示，一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，多段相互连接的钢波纹管1以及用于安装钢波纹管1的路基涵洞，路基涵洞包括位于钢波纹管1预设位置正下方的砂砾垫层9、特别夯实区8和砂砾基础层7，所述砂砾垫层9位于特别夯实区8的下方，且处于路基涵洞中部的凹形基坑的底部，砂砾垫层9采用砂砾石土，施工时必须保证回填厚度大于等于30cm，压实度满足设计图纸及施工规范要求；所述特别夯实区8位于钢波纹管预设位置下方，特别夯实区8的下部位于所述凹形基坑内，上部高于凹形基坑，且特别夯实区8上部宽度方向的两侧形成边坡，边坡的延长线能够通过钢波纹管1的圆心，回填时，特别夯实区8采用最大粒径不超过2.5cm的级配碎石进行回填，厚度控制在50cm-70cm之间，并采用小型夯实机械进行压实以保证压实度达到95%，严格控制回填质量；所述砂砾基础层7位于特别夯实区宽度方向的两侧，砂砾基础层7和特别夯实区8表面形成与钢波纹管外形吻合的安装槽；在砂砾基础层7之上设有分层浇筑的混凝土层10，在混凝土层10、砂砾基础层7以及特别夯实层8之间埋设有所述的钢波纹管1，所述混凝土层10的上部以及混凝土层10的上方设有分层铺设的土工格栅层13，土工格栅层13铺设的宽度为不小于钢波纹管1直径的三倍；所述土工格栅层13的下方、位于所述混凝土层10及砂砾基础层7宽度方向的两侧为压实的回填层14，回填层14的压实度为90%。

进一步的，土工格栅层13与相邻的土工格栅层13之间垂直距离不大于20cm，并依靠钢丝连接成一个整体。

本实用新型中钢波纹管1是直接用钢板压制而成，属于壁薄、刚度较大的整体式钢波纹管。钢波纹管1由法兰螺栓连接，每个连接处有四组螺栓固定连接，有效增强钢波纹管1整体性，受力更加均匀。具体的连接方式如图2所示，所述钢波纹管1端部焊接有角钢法兰2，角钢法兰2是将角钢弯折成圆形得到的，焊接时，角钢法兰2的一个圆面和钢波纹管1焊接，另一个圆面用于和相邻钢波纹管1的角钢法兰2连接，相邻钢波纹管1的两个需要连接的角钢法兰2之间设有密封橡胶垫4，通过沿角钢法兰2圆周设置的螺栓5和螺母6的配合连接相邻钢波纹管1，角钢法兰2外还包裹一圈橡胶石垫层3，以降低波纹管接口处由于路面等震动带来的影响，延长波纹管使用寿命。

进一步的，本实用新型中所用钢波纹管1的内外表面涂乳化沥青或热沥青两道，以增强钢波纹管在复杂工况下的耐腐蚀性，并且有效降低土层对钢波纹管1的力学及温度影响，起到保温隔热作用，有效延长钢波纹管涵使用年限。

下面结合施工方法进一步的对本实用新型的结构进行说明。所用钢波纹管1由中部管节和端部管节组成，均采用螺栓连接。管节直径为1.2m以上，管节长度为12-16m，其中中部管节长度为13.5m，端部管节长度根据实际工程中涵洞的长度确定。所述钢波纹管1采用环形波纹圆管管节，管节的刚度用柔度系数不宜大于0.114mm/N。

具体的处理步骤如下：

（1）用全站仪确定涵洞的中心桩及其轴线，并在适当位置进行保护，根据确定的轴线与现行的排灌系统进行现场核对。

（2）基坑开挖前，精确定位圆管涵轴线及边线控制桩。

（3）采用人工配合挖掘机进行基坑开挖，开挖深度严格按设计高程进行控制，开挖到距换填底面约30cm时采用人工开挖整平至设计标高。基坑采用1：1放坡开挖，涵洞基底适当扩宽以利于施工。

（4）圆管涵的砂砾垫层9的换填材料采用砂砾石土，施工前进行场地平整，保证压实度在90%，采用分层回填并及时进行平整碾压，每层回填高度不超过20cm，上层松铺不超过5cm，施工时必须保证回填厚度≥30cm，压实度满足设计图纸及施工规范要求。

（5）特别夯实区8采用最大粒径不超过2.5cm的级配碎石进行回填，厚度控制在50cm-70cm之间，并采用小型夯实机械进行压实以保证压实度达到95%，严格控制回填质量。

（6）在进行砂砾基础层施工前，需精确放出基础层边界线，边坡1：1放坡直至设计标高位置平整即可，然后在砂砾基础层施工时进行分层回填，每层回填厚度控制在20cm以内并进行压实，以保证每层压实度符合施工设计标准。需要注意在施工时预留波纹管位置，待波纹管吊装施工完成后进行缝隙回填并压实。

（7）安装钢波纹管前在特别夯实区8上精确放出涵洞的中心线及轴线，并测放出每一节管的接头位置，安装时以此作为控制每一钢波纹管的具体位置。采用吊车从涵洞下游向上游进行安装，钢波纹管平稳安放在管基上用混凝土垫块垫好后，用撬杠缓缓移动钢波纹管并适当调整垫块直至两管对接整齐、紧密，并注意两管接头处内侧管底平顺、不错台。根据实际情况，排放涵管，安装时从一侧排放第一根管节，使其管中心和基础纵向中心平行，同样把第二根管放置就位。当两根管相邻角钢法兰间距3-5cm的缝隙时，用一根钢筋对准角钢法兰2上的螺栓孔，使两根波纹管角钢法兰2上的螺栓孔对正，从第二节管向的另一端移动管节，使其向涵洞纵向平移。当两法兰间距在2cm左右时，将各个螺栓5插入螺孔，套上螺母6后初拧，不拧紧螺母6。待全部组装完毕后，再逐个拧紧螺母6，每个螺母6的扭力矩不得小于135.6Nm，最大不得超过203.4Nm。用机动扳手时，拧扳时间应持续2s-5s，之后以此方法依次连接。钢波纹管1管壁内外涂乳化沥青或热沥青两道，从外观看管壁内外均匀的涂成了黑管即可，沥青涂层的总厚度应不小于1mm。用千斤顶校正整道涵管，使其中心位于涵位的中间轴线上。

（8）钢波纹管安装完毕后，进行涵洞端墙支模工作，用对拉、外加斜支撑方式进行加固，模板支撑完毕后进行混凝土分层浇筑。涵洞端墙模板采用组合钢模，端墙应根据实际地形情况采用跌井、直翼墙、八字墙、一字墙或挡墙。

（9）待混凝土层10超过钢波纹管1时，且混凝土强度达到设计强度的85%后方可进行回填层14施工，回填时分层进行填筑，每层填土厚度不超过20cm，采用小型压路机进行分层夯实，压实度应达到90%。

（10）在回填层14达到混凝土层高度时，开始分层铺设土工格栅，土工格栅层13、混凝土层10交替分层施工，当混凝土层10达到设计高度时，继续进行土工格栅层13的分层铺设，直至路床顶面。土工格栅层13与相邻的土工格栅层13之间垂直距离不大于20cm，并依靠钢丝连接成一个整体。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，包括多段相互连接的钢波纹管以及用于安装钢波纹管的路基涵洞，其特征在于：所述路基涵洞包括位于钢波纹管预设位置正下方的砂砾垫层、特别夯实区和砂砾基础层，所述砂砾垫层位于特别夯实区的下方，且处于路基涵洞中部的凹形基坑的底部，所述特别夯实区位于钢波纹管预设位置下方，特别夯实区的下部位于所述凹形基坑内，上部高于凹形基坑，且特别夯实区上部宽度方向的两侧形成边坡，边坡的延长线能够通过钢波纹管的圆心，所述砂砾基础层位于特别夯实区宽度方向的两侧，砂砾基础层和特别夯实区表面形成与钢波纹管外形吻合的安装槽；在砂砾基础层之上设有混凝土层，在混凝土层、砂砾基础层以及特别夯实层之间埋设有所述的钢波纹管，所述混凝土层的上部以及混凝土层的上方设有分层铺设的土工格栅层，土工格栅层铺设的宽度为不小于钢波纹管直径的三倍；所述土工格栅层的下方、位于所述混凝土层及砂砾基础层宽度方向的两侧为压实的回填层。

2.根据权利要求1所述的一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，其特征在于：所述凹形基坑是通过1:1放坡开挖的。

3.根据权利要求1所述的一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，其特征在于：所述砂砾垫层的回填厚度大于30cm。

4.根据权利要求1所述的一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，其特征在于：所述特别夯实区采用最大粒径不超过2.5cm的级配碎石进行回填，厚度控制在50cm-70cm之间，并进行压实以保证压实度达到95%。

5.根据权利要求1所述的一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，其特征在于：所述回填层的压实度为90%。

6.根据权利要求1所述的一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，其特征在于：所述土工格栅层与相邻的土工格栅层之间垂直距离不大于20cm。

7.根据权利要求1所述的一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，其特征在于：所述土工格栅层与相邻的土工格栅层之间通过钢丝连接。

8.根据权利要求1所述的一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，其特征在于：所述钢波纹管端部焊接有角钢法兰，相邻钢波纹管的两个需要连接的角钢法兰之间设有密封橡胶垫，通过沿角钢法兰圆周设置的螺栓和螺母的配合连接相邻钢波纹管，角钢法兰外还包裹一圈橡胶石垫层。

9.根据权利要求1所述的一种高寒冻土地区预防路面开裂的钢波纹管涵结构，其特征在于：所述钢波纹管的内外分别涂布有沥青保护层。

Images