高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构及施工方法

摘要

本发明涉及一种高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构及施工方法，首先施工半填半挖路基，在路基施工前，在沿坡脚位置增设盲沟；大直径波纹管涵单片拼装而成，两片波纹板之间用法兰螺栓连接；拼装时搭接部分上钢波纹板覆盖下钢波纹板，波纹管涵拼装时采用可移动式脚手架，脚手架的轨道安放在波纹管涵底片上，可移动式脚手架下部安装有滚轮，滚轮上有刹车板，整个脚手架体系有四个滚轮，内部与外部四周均设有剪刀撑；本发明有益的效果是:钢波纹管涵采用柔性垫层，能更好的适合钢波纹管均匀受力及地基可能出现的沉降。

说明书

技术领域

本发明属于路基工程施工技术领域，具体涉及高原高寒区半填半挖路基大直径钢 波纹管涵结构及施工方法。

背景技术

高寒地区钢筋混凝土圆管涵或盖板涵在使用过程中多出现不同程度的损坏，较严 重病害为地基不均匀沉降导致涵洞破坏。但是钢波纹管涵具有很强的适应地基与基础变形 的能力，可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题。在软土、膨胀土、湿陷性黄 土、多年冻土等不良工程岩土地区，高填方路基沉降路段，具有抗涵洞开裂破坏的优势。还 可取代大体积圬工、混凝土结构，减少石方开采山体破坏，利于环保；并且施工便捷快速，主 体结构可重复利用，在道路抢修、抗灾抢险、临时便道、地下工程安全支护等方面具有广阔 的应用前景。

相对于普通钢筋混凝土涵洞，钢波纹管涵洞易于施工，特别是在多雨季节、高寒地 区便于施工的特点使其得到广泛应用，且应用效果良好。虽然钢波纹管涵洞在高寒地区已 经应用并迅速增加，但施工设备、施工工艺不尽相同，影响了施工质量。高原高寒区公路施 工受到施工季节影响，全年可施工时间较短；目前高寒地区已施工完成的钢波纹管涵洞顶 部路面局部有微小裂缝，并有一部分的腐蚀现象；于此同时大直径钢波纹管涵在高原高寒 区的施工技术还未成熟。

鉴于此，针对高原高寒区公路施工受到施工季节影响的特点，为了加快大直径钢 波纹管涵的施工进度与施工质量，亟待发明一种简单有效的高原高寒区半填半挖路基大直 径钢波纹管涵施工方法，来提高大直径波纹管涵的施工质量与施工效率。

发明内容

本发明的目的在于改善传统波纹管涵施工方式的不足，提供一种高原高寒区半填 半挖路基大直径钢波纹管涵结构及施工方法，它能提高大直径波纹管涵的施工质量与施工 效率，兼具生态保护、资源可持续利用，具有较好的技术经济效益。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构，包括基底及大直径波纹管涵，所述 基底上设有素混凝土板，所述素混凝土板上铺设有柔性垫层，所述大直径波纹管涵设置在 柔性垫层上，所述柔性垫层上铺设有土工格栅，所述大直径波纹管涵径向方向上的两端处 的地面以下设有八字梁基础，所述八字梁基础上架设八字梁，所述八字梁的底部搭设加筋 混凝土板，所述八字梁的顶端搭设有帽石，所述大直径波纹管涵上沿轴向方向铺设有土工 格栅，所述加筋混凝土板的上平面铺设砂垫层，所述大直径波纹管涵的外侧设置挡墙，所述 大直径波纹管涵的轴向两端口底部设置加固区，所述加固区下设有加固基层，所述八字梁 的内外侧分别设有内侧片石护坡及片石护坡，所述片石护坡的坡脚开设有盲沟，所述大直 径波纹管涵内部设有内部设置可调式临时支撑架，所述土工格栅上填充回填土。

所述的高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构，其特征在于，所述的土 工格栅为双向土工格栅。

所述的高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构，其特征在于，所述的挡 墙上设有预埋拉环，预埋拉环上设有固定带，固定带一端固定在一侧预埋拉环上，另一端紧 贴于大直径波纹管涵外侧并固定于另一侧的预埋拉环上。

所述的高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构，其特征在于，所述的大 直径波纹管涵为钢波纹管涵，采用波纹管片通过螺栓连接构成，波纹管片内外设有防腐层， 防腐层上设有防水层，所述波纹管片缝隙之间采用密封胶密封。

所述的高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构，其特征在于，所述的可 调式临时支撑架为伞状结构，靠近中部有螺纹调节段，支撑杆底部设有弧形扁铁，支撑杆为 可调型。

所述的高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构，其特征在于，所述柔性 垫层在大直径波纹管涵径向预留0.2%～0.5%的基础预拱度。

所述的高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构，其特征在于，挡墙与大 直径波纹管涵空隙处填有水泥稳定砂粒。

所述的高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构的施工方法，包括以下步 骤：

1)底基层平整：施工前在片石护坡的坡脚位置开设盲沟，挖基部分分段开挖，填基部 分分层回填、压实，对冻土采用砂粒换填；

2)大直径波纹管轴向两端口底部加固基层的处理：对大直径波纹管涵轴向两端口底 部的施工区进行换填处理，换填后上部位置填密实土形成加固区；

3)垫层施工：在基底施工一层素混凝土板，上部施工柔性垫层，随后铺设一层土工格 栅；

4)设置基础预拱度：水泥稳定砂粒在大直径波纹管涵纵向预留0.2%～0.5%的基础 预拱度；

5)安装波纹管涵底片：波纹管片紧贴在柔性垫层上，以中心轴线、安装起点位置为基 准，将第1张波纹管片定位，管节两侧各用两个千斤顶进行固定，第2张波纹管片搭接在第1 张波纹管片上面，插入螺栓，对螺母进行预紧；

6)管涵内搭设可移动式脚手架：滚轮轨道置于大直径波纹管涵内底片上，两轨道板之 间设有轨道固定板，滚轮置于滚轮轨道上，滚轮上搭设脚手架，横向水平杆上部安放操作平 台；

7)安装余下波纹管片：余下波纹管涵片能在可移动式脚手架上施工，波纹管片拼装环 形下至上拼接；搭接部分上波纹管片覆盖下波纹管片，圆周向连接采用阶梯形，连接孔对正 后，插入螺栓，对螺母进行预紧；

8)大直径波纹管涵防水处理：波纹管片连接缝与螺栓孔采用密封胶密封处理；大直径 波纹管涵内外侧涂刷防水层；

9）波纹管侧回填：大直径波纹管涵内部设置可调式临时支撑架，在大直径波纹管涵管 外侧每隔相同间距设置挡墙，挡墙上设有预埋拉环，固定带一端固定在一侧预埋拉环上，另 一端紧贴于波纹管外侧并固定于另一侧的预埋拉环上，在45°-90°锲型部分回填水泥稳定 砂粒，随后管涵两侧对称回填土、分层施工。

所述的高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构的施工方法，其特征在 于，所述步骤1)填挖完成后再进行管涵基坑开挖。

本发明有益的效果是:

1）本发明首先施工半填半挖路基，随后采用水泥稳定砂粒对基础进行换填，波纹管涵 拼装时采用可移动式脚手架，整个施工过程操作简单，效益显著；

2）本发明钢波纹管涵采用柔性垫层，能更好的适合钢波纹管均匀受力及地基可能出现 的沉降；

3）本发明对波纹管两腋下的施工区进行加固处理，同时在波纹管两腋下填密实土，可 增强大直径波纹管涵的抗滑性能；

4）本发明波纹管涵底片上设置可移动式脚手架，脚手架上安装操作平台，便于大直径 波纹管涵拼装。

附图说明

图1是本发明高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵施工方法结构示意图；

图2是本发明大直径钢波纹管涵平面图；

图3是本发明大直径钢波纹管涵洞口剖面图；

图4是图2的A-A剖面图；

图5是图2的B-B剖面图；

图6是图2的C-C剖面图；

图7是本发明管涵内可移动式脚手架示意图；

图8是本发明管涵拼接示意图；

图9是本发明可调式临时支撑架示意图；

图10是本发明钢波纹管片结构示意图；

图11是本发明挡墙设置示意图；

图12是本发明施工过程图。

图中：1.大直径波纹管涵，2.柔性垫层，3.加筋混凝土板，4.基底，5.土工格栅，6. 加固区，7.加固基层，8.素混凝土板，9.帽石，10.回填土，11.路基边线，12.路基中心线， 13.八字梁，14.片石护坡，15.内侧片石护坡，16.大直径波纹管中轴线，17.砂垫层，18.八字 梁基础，19.基础预拱，20.水泥稳定砂粒，21.坡面，22.地面，23.防水层，24.第一层操作 平台，25.脚手架，26.第二层操作平台，27.十字扣件，28.原地面线，29.挡墙，30.滚轮， 31.滚轮轨道，32.滚轮刹车板，33.轨道固定板，34.盲沟，35.固定带，36.预埋拉环，37.可调 式临时支撑架，38.调节段，39.波纹管片，40.螺栓，41.防腐层，42.弧形扁铁，43.密封胶。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-12所示，高原高寒区半填半挖路基大直径钢波纹管涵结构，包括大直径波 纹管涵1、柔性垫层2、加筋混凝土板3、台背基底4、土工格栅5、加固区6、加固基层7、素混凝 土板8、帽石9、回填土10、八字梁13、片石护坡14、内侧片石护坡15、砂垫层17、八字梁基础 18、21坡面、22地面，挡墙29及34盲沟。所述大直径波纹管涵1采用若干波纹管片39之间通 过螺栓40连接而成的，波纹管片39之间采用密封胶43密封，波纹管片39的内外层均设有防 腐层41，防腐层41上设有防水层23，所述挡墙29上设有埋拉环36，预埋拉环36上设有固定带 35，固定带35一端固定在一侧预埋拉环36上，另一端紧贴于大直径波纹管涵1外侧并固定于 另一侧的预埋拉环上36，将大直径波纹管涵1固定。所述大直径波纹管涵1内部设有可调式 临时支撑架37，可调式临时支撑架37为伞状结构，靠近中部有螺纹调节段38，支撑杆底部设 有弧形扁铁42，支撑杆为可调型，所述柔性垫层2为水泥稳定砂粒20，所述柔性垫层2在大直 径波纹管涵1径向预留0.2%～0.5%的基础预拱度19。所述土工格栅5上填充回填土10。

半填半挖路基坡面21采用片石护坡14，片石护坡14底部坡脚设有盲沟34，半填半 挖路基平整后开挖波纹管涵基坑，大直径波纹管涵1轴向两端底部设置加固区6，加固区6为 当地取材的级配良好的砂粒，加固区6下设有加固基层7，加固基层7为砂粒换填区柔性垫层 2采用常用的水泥稳定砂粒20，大直径波纹管涵1置于水泥稳定砂粒20之上，水泥稳定砂粒 20配合时使用的水泥为慢凝普通硅酸盐水泥，碎石为10-30mm碎石、5-10mm碎石和小于5mm 的石屑，石屑中小于0.5mm料塑性指数不大于8。水泥稳定砂粒20上铺设土工格栅5，土工格 栅5为双向土工格栅，经向和纬向断裂强力≥50kN/m。大直径波纹管涵1纵向两端设有八字 梁13，八字梁13的内外侧分别设有内侧片石护坡15及片石护坡14，片石石材强度等级不小 于MU30。

如图7所示，脚手架25的滚轮轨道31置于大直径波纹管涵1内底片上，脚手架25的 滚轮轨道31底部与大直径波纹管1表面波纹吻合，两轨道板之间设有轨道固定板33，滚轮轨 道31与轨道固定板33为Q235钢材，两者焊接固定，脚手架25为可移动式，下部安装有四个滚 轮30，滚轮30上设有滚轮刹车板32，滚轮30置于滚轮轨道31上，滚轮30上搭设脚手架25，采 用钢管脚手架，脚手架25可随着施工进度向大直径波纹管涵1纵向移动，内部与外部四周均 设有剪刀撑，横向水平杆设于纵向杆之下，横距为1.05m，立杆纵距为1.5m，脚手架搭设全 部采用φ48mm的钢管，强度Q235，高度根据大直径波纹管涵1直径选取，并用十字扣件27固 定，横杆上部安放木质操作平台，所述操作平台包括第一层操作平台24及第二层操作平台 26。

如图8所示：大直径波纹管涵1直径为6米，施工时分6片拼装，管身采用Q235A热轧 钢板制作，钢板屈服强度≥235MPa，抗压强度≥375MPa，出厂前进行热浸镀锌防腐处理，外 观清洁，无孔洞，咬口无开裂，无脱扣。波纹管片39拼装环形下至上拼接；搭接部分上波纹管 片39覆盖下波纹管片39，圆周向连接采用阶梯形，连接孔对正后，插入螺栓40，对螺母进行 预紧，按以上步骤拼装完1节段长度后，要对该节段进行截面形状及轴线偏位的测定，满足 设计要求再继续拼装；不满足要求的应及时校正，截面形状及轴线偏位通过千斤顶调节。

如图9所示，可调式临时支撑架37采用直径为48mm的钢管，中间部位用十字扣件固 定，靠近中部有螺纹调节段38方便调节长度，端部焊接一块弧形扁铁42，增加与波纹管片39 的接触面积。

如图10所示，波纹管片39出厂前内外侧分别有镀锌防腐层41，拼装完后内外两侧 分别涂刷两道热沥青防水层23。

如图11所示：填土前在波纹管每隔5米设置高50cm的挡墙，挡墙用砖砌成三角形， 与波纹管空隙部分填充水泥稳定砂粒20。

如图12所示，本发明主要包括如下施工步骤：

1)底基层平整：施工前在片石护坡14坡脚位置增设盲沟34，将水导流至填方区以外排 水沟内，挖基部分分段开挖，填基部分分层回填、压实，对冻土采用砂粒换填；

2)大直径波纹管涵1轴向两端口底部设有加固基层7处理：对大直径波纹管涵1轴向两 端口底部施工区的季节性冻胀区，用级配良好的砂粒进行换填，换填后上部位置填密实土 形成加固区6；

3)垫层施工：柔性垫层2采用水泥稳定砂粒20，水泥稳定砂粒20配合时使用的水泥为慢 凝普通硅酸盐水泥，碎石为10-30mm碎石、5-10mm碎石和小于5mm的石屑，石屑中小于0.5mm 料塑性指数不大于8。拌和好的水泥稳定砂粒20直接运到管涵基坑后人工配合装载机均匀 摊铺与底基层上，分层碾压，摊铺完成水泥终凝前铺设一层土工格栅5，土工格栅5为双向土 工格栅，经向和纬向断裂强力≥50kN/m。大直径波纹管涵纵向两端设有八字梁13，八字梁 13内侧设有内侧片石护坡15，外侧设有片石护坡14，片石石材强度等级不小于MU30；

4)设置基础预拱度19：水泥稳定砂粒20在大直径波纹管涵1纵向预留0.2%～0.5%的基 础预拱度19，基础预拱度19随着垫层的施工逐层控制；

5)安装波纹管涵底片：管身采用Q235A热轧钢板制作，钢板屈服强度≥235MPa，抗压强 度≥375MPa，首先检查管涵底部基础平整度、水平、标高；确定涵洞位置、中心轴线、中点、路 基中心线12、大直径波纹管涵中轴线16及原地面线28。管身安装应紧贴在柔性垫层2上，使 管涵能受力均匀，由中心向两端对称安装。以中心轴线、安装起点位置为基准，将第一张波 纹管片39定位，管节两侧各用个千斤顶进行固定，防止安装过程中心轴线出现较大偏位，以 此为起点向另一端延伸；第二张波纹管片39搭接在第一张波纹管片39上面，使两张波纹管 片间连接孔对正。由内向外将螺栓40插入连接孔，将垫圈螺母套在外侧，对螺母进行预紧；

6)管涵内搭设可移动式脚手架：脚手架25的滚轮轨道31置于大直径波纹管涵1内底片 上，脚手架25的滚轮轨道31底部与大直径波纹管1表面波纹吻合，两轨道板之间设有轨道固 定板33，滚轮轨道31与轨道固定板33为Q235钢材，两者焊接固定，脚手架25下部安装有四个 滚轮30，滚轮30上设有滚轮刹车板32，滚轮30置于轨道上，滚轮30上搭设脚手架25，采用钢 管脚手架，脚手架25可随着施工进度向大直径波纹管涵1纵向移动，内部与外部四周均设有 剪刀撑，横向水平杆设于纵向杆之下，横距为1.05m，立杆纵距为1.5m，脚手架25搭设全部 采用φ48mm钢管，强度Q235，高度根据大直径波纹管涵1直径选取，并用十字扣件27固定，横 杆上部安放木质操作平台，操作平台为木板；

7)安装余下波纹管片39：余下波纹管涵片39可在可移动式脚手架上施工，波纹管片39 拼装环形下至上拼接；搭接部分上波纹管片39覆盖下波纹管片39，圆周向连接采用阶梯形， 连接孔对正后，插入法兰螺栓，对螺母进行预紧；

8)大直径波纹管涵1防水处理：连接螺栓35拧紧并符合要求后，在螺栓孔处采用专用密 封材料密封，波纹管片39内外侧涂刷两道沥青防水层23；

9）波纹管侧回填：回填之前大直径波纹管涵内部设置可调式临时支撑架，可调式临时 支撑架采用直径48mm的钢管，中间部位用十字扣件固定，靠近中部有螺纹调节段方便调节 长度，端部焊接一块弧形铁片，增加与大直径波纹管涵1的接触面积。填土前在波纹管每隔5 米设置高1米的挡墙，挡墙用砖砌成三角形，与波纹管空隙部分填充水泥稳定砂粒。钢波纹 管涵管侧大于45度锲型部分回填水泥稳定砂粒20，回填时在离大直径波纹管涵1管顶部大 约50cm处铺设一层土工格栅5。管涵两侧回填土10应对称、分层施工，每层厚度不超过20cm， 回填至与路基边线11平齐。