拼裝鋼波紋板加固既有涵洞施工新技術(shù)

田 英，劉 楠，郭小雄

(1．大秦鐵路股份有限公司 茶塢工務(wù)段，北京 101402;2．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

拼裝鋼波紋板加固既有涵洞施工新技術(shù)

田 英1，劉 楠1，郭小雄2

(1．大秦鐵路股份有限公司 茶塢工務(wù)段，北京 101402;2．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

論述了拼裝鋼波紋板技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)原理、優(yōu)缺點(diǎn)及適用性。首次將該技術(shù)應(yīng)用于鐵路涵洞加固，分析了涵洞排水、拼裝波紋板精細(xì)化安裝、分區(qū)域分次空隙回填注漿、結(jié)構(gòu)多層防銹等關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)踐證明，該技術(shù)應(yīng)用于涵洞加固，施工工期短，侵占限界少，便于維護(hù)，對(duì)類似工程有重要的參考價(jià)值。

重載鐵路 拼裝波紋板 涵洞 加固

1 概述

拼裝鋼波紋板結(jié)構(gòu)是將2.0～8.0 mm厚的鋼板板面壓成波紋(正弦、三角形、矩形等)后，經(jīng)冷彎加工成相應(yīng)弧度，經(jīng)熱鍍鋅、絕緣等處理后制成波紋板片，板片間通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接形成的拱形承載結(jié)構(gòu)。波紋板結(jié)構(gòu)在國(guó)外應(yīng)用已成規(guī)模，相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造及施工安裝手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已趨于完善。例如在20世紀(jì)90年代初，《日本高速公路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了波紋管的設(shè)計(jì);韓國(guó)通過(guò)引用北美技術(shù)于1997年開(kāi)始研究應(yīng)用波紋鋼管涵洞，并于2002年發(fā)布了《波紋鋼板結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)及施工指南》。國(guó)內(nèi)波紋板涵洞技術(shù)雖起步較晚，但在公路、水利等行業(yè)亦有一定的應(yīng)用。

鋼板板面壓成波紋板后，其抗彎剛度和抗壓強(qiáng)度大幅增加。拼裝波紋板拱形結(jié)構(gòu)形成環(huán)向受力狀態(tài)，更優(yōu)化了結(jié)構(gòu)受力，增強(qiáng)了承載能力，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗震能力，能適應(yīng)較大的沉降與變形。

在既有涵洞加固方面，與常用的鋼筋混凝土套襯結(jié)構(gòu)相比，拼裝波紋板加固涵洞技術(shù)在結(jié)構(gòu)限界、受力與變形適應(yīng)性、可維護(hù)性、環(huán)境親和性、美觀等方面有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。尤其是在節(jié)省工期方面更有不可替代的優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在:拼裝波紋加固既有涵洞施工周期一般為10 d左右，是混凝土結(jié)構(gòu)加固施工周期的1/2，可有效降低施工成本。同時(shí)，其侵占的既有空間小，既能保證限界要求，又可減少由于施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)及周邊居民的影響。此外，后期維護(hù)換掉的波紋鋼板材能夠完全回收再利用，具有很好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

本文以大秦鐵路一涵洞采用高強(qiáng)度拼裝波紋板加固為例，闡述該技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。

2 應(yīng)用高強(qiáng)度拼裝波紋板加固涵洞實(shí)例分析

2.1 工程概況

大秦鐵路一涵洞為一孔凈寬5.0 m，凈高3.6，長(zhǎng)12.1 m的蓋板涵。鋼筋混凝土蓋板多處開(kāi)裂，有的已露出鋼筋。涵頂混凝土蓋板開(kāi)裂掉塊，涵內(nèi)積水，鋪砌松軟變形下沉，造成了蓋板涵承載能力降低，抗剪強(qiáng)度減小，穩(wěn)定性差。此外，蓋板涵防水已大部分損毀，潮濕的空氣及雨雪侵蝕板內(nèi)鋼筋，使得病害進(jìn)一步發(fā)展，嚴(yán)重威脅行車安全，需立即整治。

結(jié)合該涵洞特點(diǎn)，考慮到傳統(tǒng)套襯鋼筋混凝土加固法在施工工期、運(yùn)營(yíng)限界、施工質(zhì)量控制以及后期維護(hù)方面的不足，經(jīng)理論計(jì)算后，決定采用高強(qiáng)度拼裝紋波板技術(shù)加固該涵洞。

2.2 加固方案

1)拼裝波紋板結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，該涵洞需拼裝波紋板共10環(huán)，每環(huán)由3塊波紋板片通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，環(huán)間采用搭接的連接方式。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力，奇數(shù)環(huán)與偶數(shù)環(huán)板片采用不同長(zhǎng)度，形成螺栓錯(cuò)縫連接的效果。波紋板參數(shù)見(jiàn)表1。拼裝波紋板構(gòu)造如圖1所示。

表1 波紋板參數(shù)

2)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

拼裝波紋板結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的承載能力要求很高。為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，本次采用新筑C30鋼筋混凝土基礎(chǔ)(尺寸為1 210 mm×70 mm×40 mm)，并將其與既有蓋板涵基礎(chǔ)通過(guò)植筋相連接。為保證結(jié)構(gòu)受力均勻，在新筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)里預(yù)設(shè)傾斜角鋼，作為拼裝波紋板承載及傳力構(gòu)件。原蓋板間縫隙作統(tǒng)一排水處理，波紋板結(jié)構(gòu)與原蓋板涵間空隙采用注漿回填。

圖1 拼裝波紋板構(gòu)造(單位:cm)

2.3 施工工序

現(xiàn)場(chǎng)踏勘→施工進(jìn)場(chǎng)→清理涵洞→打磨清理蓋板縫隙→縫隙處粘貼土工布(過(guò)濾)→新做排水設(shè)施→基礎(chǔ)開(kāi)挖→基礎(chǔ)植筋及角鋼固定→安裝波紋管涵→現(xiàn)澆波紋管涵混凝土基礎(chǔ)→封閉波紋管涵端部→分區(qū)域分次間隔注漿→波紋板防銹處理。

2.4 拼裝波紋板加固涵洞施工關(guān)鍵技術(shù)

2.4.1 排水技術(shù)

原蓋板涵排水處于無(wú)序狀態(tài)，雨季上部道床處的積水通過(guò)蓋板間隙雜亂流出。本次重新作了排水設(shè)計(jì)。通過(guò)在蓋板間增設(shè)排水半管及在兩端設(shè)置集水總管，使得上部道床積水通過(guò)半管引排至兩側(cè)端口并排至既有水溝。同時(shí)，為了防止上部道床泥沙堵塞排水管，在蓋板間隙處增設(shè)雙層土工布作為過(guò)濾層。

2.4.2 拼裝波紋板精細(xì)化安裝技術(shù)

由于拼裝波紋板每環(huán)由3塊板片構(gòu)成，每環(huán)設(shè)置縱向連接螺栓與環(huán)向搭接螺栓多達(dá)60多個(gè)，為保證結(jié)構(gòu)受力，要求每個(gè)螺栓都須精確安裝，難度極大。這對(duì)波紋板加工弧度和螺栓孔位設(shè)置精度要求極高。要求生產(chǎn)廠家加工完成后進(jìn)行廠內(nèi)預(yù)拼裝，對(duì)不合格部位須二次處理。在現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，通過(guò)背面背絲、千斤頂矯正等措施，進(jìn)行精細(xì)化施工安裝。

2.4.3 分區(qū)域分次充填注漿技術(shù)

為充分發(fā)揮拼裝高強(qiáng)波紋板的承載能力，需對(duì)波紋板與原蓋板涵結(jié)構(gòu)間的空隙進(jìn)行注漿充填。對(duì)注漿體強(qiáng)度要求不高，只需保證填充密實(shí)，尤其是拼裝波紋板上部與蓋板之間的密實(shí)，否則會(huì)產(chǎn)生沖擊動(dòng)載，惡化結(jié)構(gòu)受力。

注漿材料:下部結(jié)構(gòu)空隙采用水泥漿液充填，為了避免水泥漿液凝固收縮產(chǎn)生空隙，上部結(jié)構(gòu)與蓋板之間預(yù)留2 cm空隙并采用微膨脹灌漿料充填。

注漿壓力:由于注漿在列車正常運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行，為保證運(yùn)營(yíng)安全，要求注漿壓力不大于上部蓋板及道床結(jié)構(gòu)的自重。本次注漿壓力控制在0.5 MPa以下。

注漿密實(shí)保證措施:采用分區(qū)域分次間隔注漿措施，每次注漿高度1 m，間隔24 h，在注漿過(guò)程中設(shè)置排氣孔、排水孔及監(jiān)測(cè)孔，要求監(jiān)測(cè)孔位高于蓋板底部，監(jiān)測(cè)孔溢漿時(shí)說(shuō)明空隙填充飽滿，可停止注漿。

2.4.4 波紋鋼板多層防銹技術(shù)

1)整體波紋板熱鍍鋅防銹技術(shù)。由于主材采用成品的高強(qiáng)度波紋板，其表面采用1 200 g/m2的熱浸鍍鋅鍍層，具有很好的防腐蝕性能，在使用周期內(nèi)能夠有效減少維護(hù)次數(shù)及費(fèi)用。

2)整體波紋板鍍塑防銹技術(shù)。在鍍鋅層外增加鍍塑層來(lái)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗銹蝕能力。

3)關(guān)鍵部位膠封及噴涂防銹漆防銹技術(shù)。為了防止拼接螺栓孔等關(guān)鍵部位在運(yùn)輸、安裝及后期服役過(guò)程中鍍鋅層損壞，在結(jié)構(gòu)安裝完成后采用結(jié)構(gòu)膠密封螺栓孔并整體噴涂防銹漆，增強(qiáng)防銹能力。

2.5 加固效果

蓋板涵加固完成后，線路穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)受力及變形均在規(guī)定的限值內(nèi)。同時(shí)充分保證了蓋板涵洞結(jié)構(gòu)限界，涵洞內(nèi)社會(huì)車輛暢通無(wú)阻。加固效果美觀，如圖2所示。

圖2 用拼裝波紋板加固完成后的涵洞

3 結(jié)語(yǔ)

本文所介紹的大秦鐵路涵洞加固工程，首次將拼裝波紋板技術(shù)引入國(guó)內(nèi)鐵路涵洞加固領(lǐng)域，具有重要的指導(dǎo)意義。有別于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拼裝波紋板用于加固既有涵洞要求精細(xì)化施工，對(duì)工廠加工質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量等提出了極高的要求。由于該技術(shù)具有施工工期短、侵占限界少、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是鐵路既有涵洞加固技術(shù)的發(fā)展方向，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

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(責(zé)任審編 李付軍)

U449.7

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．09

2015-03-12;

:2015-05-20

田英(1968— )，男，北京人，工程師。

1003-1995(2015)08-0032-03