目前,高填方路段涵洞的形式較多采用鋼筋砼拱涵,其擁有鋼材用量較少、結(jié)構(gòu)堅固、自重及超載潛力大及使用壽命較長等優(yōu)點,但同時也存在圬工量大、占用勞力較多、工期長和對地基承載能力要求高等不利因素。對比鋼筋砼拱涵,鋼波紋管具有以下優(yōu)勢:
(1)對地基要求低。由于鋼波紋管為柔性結(jié)構(gòu)物,其基礎(chǔ)一般也為柔性基礎(chǔ),涵洞基底的沉降和兩側(cè)路基的沉降是均勻的,所以在涵洞構(gòu)筑時不必單獨對鋼波紋管的基底進(jìn)行特別處理,基本原則是路基怎樣處理,涵洞基底也怎樣處理。而鋼筋砼拱涵對地基承載力的要求較高,涵頂填土高度大于12m的拱涵通常要求地基承載力達(dá)到500kPa以上。南方地區(qū)軟土分布,地基承載力通常達(dá)不到設(shè)置拱涵的要求,需采用的地基處理方案提高地基承載力,而且處理后仍然可能無法避免不均勻沉降,導(dǎo)致拱涵開裂等。
(2)施工便捷。鋼波紋管生產(chǎn)、管體拼裝與土建可分開同時實施,大大縮短施工期。鋼波紋管重量只有水泥制品的10%~20%,現(xiàn)場吊、拼裝通常只需要2~3周,參與的人員和機械較少。而鋼筋砼拱涵施工通常需要數(shù)月時間,需耗費大量人力、物力。同時,減短工期也可使工程早期交付使用及減少因施工而引發(fā)的民怨。
(3)經(jīng)濟性較好。通過測算比較,該文例舉的鋼波紋管平均每延米的造價比同等規(guī)格的拱涵低3000元左右,而高填方的路段往往涵洞較長。因此,采用鋼波紋管能夠節(jié)約較多造價。若考慮到鋼波紋管的施工便利以及地基處理等方面可能節(jié)約的成本,則其經(jīng)濟性更為可觀。
(4)環(huán)保低碳,減少或根本舍棄了常規(guī)建材如水泥、砂石等的使用,有利于環(huán)境保護,環(huán)保意義深遠(yuǎn)。截止2010年底,國內(nèi)粗鋼產(chǎn)量達(dá)到6億t,占全球產(chǎn)量的45.5%。鋼產(chǎn)量的增長為發(fā)展中國鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)事業(yè)創(chuàng)造了良好的時機。
3 南方高填土鋼波紋管設(shè)計經(jīng)驗
(1)南方地區(qū)雨水充沛,地下水豐富,軟土分布,做好涵洞基礎(chǔ)及臺背回填對于鋼波紋管整體穩(wěn)定及防水尤為重要。地基要對整個鋼波紋管保持均勻的承載力,要避免軟弱基和巖基交叉的地基,如果不可避免軟弱地基,要用優(yōu)質(zhì)砂石及礫石壓實成型,盡量減少整個區(qū)間的變位量。基礎(chǔ)厚度從鋼波紋管的底部算起以80cm左右為宜,用透水性好、粒度分布良好的砂礫或碎石成型。材料的大粒徑不得超過波長的1/2。鋼波紋管臺背宜采用砂礫或碎石進(jìn)行回填,兩側(cè)回填應(yīng)同時進(jìn)行,壓實落差應(yīng)小于20cm。因偏壓造成鋼波紋管變形時,應(yīng)修正截面變形后重新壓實
(2)加強防腐防沖刷設(shè)計。南方地區(qū)地下水多帶有不同程度的腐蝕性,同時山嶺重丘地區(qū)地表水流湍急,季節(jié)性降雨沖刷嚴(yán)重。因此,鋼波紋管的防腐及防沖刷設(shè)計應(yīng)重點考慮。在涵洞內(nèi)外壁熱鍍鋅層嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制的基礎(chǔ)上,可采用如下措施加強涵洞的防腐及防沖刷能力:1)對腐蝕及沖刷不嚴(yán)重的場合,可在鋼波紋管內(nèi)外壁增加熱涂瀝青層2道,每道厚約1.5mm,瀝青涂抹需在回填之前進(jìn)行。該措施也可增強涵洞的防水功能。2)對腐蝕及沖刷較為嚴(yán)重的場合,除在外壁增加2道熱涂瀝青層外,可考慮在管內(nèi)壁包裹一層 C25細(xì)石砼,更能加強涵洞受水流沖刷的能力,確保對管管壁的保護。C25細(xì)石砼體積配合比為水泥砂子 石子=11.162.93,加水混合均勻后澆筑在管內(nèi)壁一定高度的圓弧內(nèi),澆筑厚度為高出波峰3cm,抹平即可。細(xì)石砼粘附力很強,能滿足水流及砂石的沖刷要求。此外,也可考慮管身內(nèi)壁鋪設(shè)復(fù)合水泥砂漿鋼絲網(wǎng)保護層的做法,要求小厚度不小于5cm。但此法施工較為困難,不推薦采用。
(3)鋼波紋管采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),通常涵頂填土高度與鋼管厚度、波高等參數(shù)規(guī)格有明確的對應(yīng)關(guān)系。而山區(qū)高速公路涵洞較長,如果某一座涵洞涵頂填土高度位于兩種涵洞規(guī)格臨界處,則采用高或低標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)通常會有幾十萬元的價格差別。在這種情況下,建議在低標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上采用局部增設(shè)加強肋的做法以達(dá)到既能保證波紋管在施工過程及后期運營的安全要求,又節(jié)約造價的目的。具體做法如圖3所示,在管頂填高超過(H-3)m范圍內(nèi)的管身頂部設(shè)置加強肋,加強肋在圖示范圍內(nèi)沿洞身每2m(中心間隔)設(shè)置1道,加強肋是圓心角為225°的鋼波紋管(型號與涵洞洞身所采用的鋼波紋管型號相同)圓弧片。
(4)鋼 波紋管洞基礎(chǔ)施工時應(yīng)在基礎(chǔ)上縱
向預(yù)留0.3%~1%的預(yù)拱度。埋設(shè)于一般土質(zhì)地基上的鋼波紋管,經(jīng)過一段時間后常會產(chǎn)生一定的下沉,而且下沉量通常是管道中部大于兩端。因此,敷設(shè)于路堤下的鋼波紋管管身要設(shè)置中部向上的預(yù)拱度。預(yù)拱度大小根據(jù)地基可能出現(xiàn)的下沉量、涵底縱坡和填土高度等因素綜合考慮,通常為管長的0.3%~1%,大不超過2%,以確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或滑坡。http://topusaedu.com.cn/
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