在幾種特殊地基上施做鋼波紋管涵的比較與分析

楊旭平

摘 要：由于鋼波紋管涵地基處理意義重大，方法很多，本文筆者從不同（特殊）地基的特征和病害生成原理入手，有針對(duì)性地對(duì)一般土質(zhì)、優(yōu)質(zhì)土質(zhì)、石質(zhì)地基、季節(jié)性凍土（雪害）、濕陷性黃土、膨脹土地基上施做鋼波紋管進(jìn)行分析和比較。從地基加固原理、波紋管涵適用范圍、材料特性、使用預(yù)期效果等各方面進(jìn)行技術(shù)對(duì)比，選擇一個(gè)最佳處理方案。

關(guān)鍵詞：鋼波紋管涵 地基處理；比較；分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 金屬波紋管涵的作用

金屬波紋管涵的波紋結(jié)構(gòu)可使涵洞路面受力合理，荷載分布均勻，并具有一定的抗變形能力，能解決北方寒冷地區(qū)（霜凍）對(duì)橋梁和管涵砼結(jié)構(gòu)的破壞問(wèn)題；使路表面沒(méi)有伸縮縫，提高行車(chē)舒適性；改善路堤與軟基結(jié)構(gòu)分界處錯(cuò)臺(tái)，減少跳車(chē)，提高行車(chē)安全性。鋼波紋涵管管徑0.5m～8m，管壁厚度3mm～7mm，能滿足0.5m～40m的填土厚度需要。

2 鋼波紋管涵的特點(diǎn)和施工工藝

2.1 安全可靠、行車(chē)舒適

采用柔性、高強(qiáng)度的鋼波紋管涵，其本身是一種彈性結(jié)構(gòu)，具有適應(yīng)地基與基礎(chǔ)變形的能力，而且鋼波紋管涵因軸向波紋使其具有良好的受力特征，可以更大程度地分散荷載的應(yīng)力集中，讓鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)更明顯。如果采用混凝土結(jié)構(gòu)或是其他結(jié)構(gòu)，構(gòu)造物與非構(gòu)造物部分連接處最容易產(chǎn)生跳車(chē)現(xiàn)象，而采用鋼波紋管結(jié)構(gòu)、管身上部填土厚度是漸變的，避免了突變引起的跳車(chē)現(xiàn)象，還避免了因?yàn)樘?chē)現(xiàn)象造成的結(jié)構(gòu)物損壞。

2.2 工期短、工程造價(jià)低

一方面是鋼波紋管涵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖和地基處理與管體制作分別實(shí)施，另一方面鋼波紋管涵與鋼筋混凝土蓋板涵和漿砌片石結(jié)構(gòu)涵洞相比，直接造價(jià)費(fèi)用可以降低 20%～30%。

2.3 工廠化機(jī)械化程度高，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單快捷

鋼波紋管涵生產(chǎn)由專業(yè)化工廠實(shí)施，不受現(xiàn)場(chǎng)條件影響，既降低了成本又確保了質(zhì)量，同時(shí)鋼波紋管涵質(zhì)量輕，現(xiàn)場(chǎng)安裝無(wú)需大型安裝設(shè)備，一般都是由廠家安排專業(yè)化隊(duì)伍安裝，施工進(jìn)度快，安裝質(zhì)量有保障。

2.4 施工工藝（圖1）

2.4.1 基礎(chǔ)挖設(shè)方法。先挖掘管道溝槽，溝槽的寬度在滿足設(shè)計(jì)基礎(chǔ)寬度的基礎(chǔ)上，還應(yīng)方便管道側(cè)面填土。

2.4.2 預(yù)留拱度。置于一般土質(zhì)地基上的鋼波紋管，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，常會(huì)產(chǎn)生一定的下沉，而且往往是管道中部大于兩端。因此，鋪設(shè)于路堤下的波紋管的管身要設(shè)置預(yù)留拱度。其大小根據(jù)地基土可能出現(xiàn)的下沉量，涵底縱坡和填土高度等因素綜合考慮，通?？蔀楣荛L(zhǎng)的 0.6%～1%，最大不宜大于 2%，以確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或滑坡。

2.4.3 涵管安裝與操作。一是安裝前工作：檢查涵管底部基礎(chǔ)平整度、水平、標(biāo)高；核對(duì)土建基準(zhǔn)，確定涵洞位置、中心軸線、中點(diǎn)；二是連接安裝波紋管：根據(jù)涵洞實(shí)際情況，安放涵管。如果涵洞兩側(cè)進(jìn)出水口是與路基同坡度的斜口形式，安裝時(shí)先安裝中間管節(jié)，在基礎(chǔ)長(zhǎng)度方向留出進(jìn)出水口的位置。中間管節(jié)全部安裝完畢，校正就位后再安裝兩側(cè)進(jìn)出水口；三是鑲石棉墊；四是管壁內(nèi)外防滲處理：管壁內(nèi)外涂乳化瀝青或熱瀝青兩道，一般瀝青涂層的厚度要達(dá)到1mm；五是用千斤頂校正整道涵管，使其中心在所規(guī)定的中心線上。

2.4.4 回填土。（1）涵管兩側(cè)回填應(yīng)采用符合設(shè)計(jì)要求的材料；（2）回填土應(yīng)兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行，分層填筑分層壓實(shí)，每層厚度不超過(guò)20cm；密實(shí)度≥ 95%；其六涵管上方當(dāng)回填土厚度超過(guò) 30cm 后，采用壓路機(jī)靜壓，填土厚度超過(guò) 60cm 后，采用壓路機(jī)振壓，壓實(shí)度≥ 95%。

3 鋼波紋管涵對(duì)地基的要求

3.1 地基沉降的要求

地基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基固結(jié)和沉降分析。對(duì)于有沉降發(fā)生的地基，應(yīng)使得結(jié)構(gòu)的沉降大于兩側(cè)的沉降，沉降差應(yīng)不大于25mm。

3.2 地基承載力的要求

主要驗(yàn)算拱腋處的地基承載力，公式如下：

T/RS≦σ

式中：σ—拱腋處的地基承載力；T—管壁恒載推力與活載推力之活；RS—結(jié)構(gòu)拱腋處的半徑側(cè)A區(qū)的沉降，沉降差應(yīng)不大于25mm。

3.3 基礎(chǔ)厚度和寬度的要求

鋼波紋管地基應(yīng)具有較為均勻的力學(xué)特征，開(kāi)挖地基時(shí)，開(kāi)挖寬度要符合結(jié)構(gòu)管基的最小厚度與寬度要求，以保證提供足夠的空間組裝及周邊結(jié)構(gòu)性回填材料的回填壓實(shí)。

4 幾種特殊地基的處理方式和分析比較

4.1 不同地基處理的分析與比較

筆者著重對(duì)一般土質(zhì)、優(yōu)質(zhì)土質(zhì)、石質(zhì)地基、季節(jié)性凍土（雪害）、濕陷性黃土地基、膨脹土地基上進(jìn)行分析和比較。但是由于鋼波紋管涵地基處理意義重大，方法很多，因此要認(rèn)真研究工程現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和不同地基的特征和病害生成原理選擇合適的處理方案。筆者認(rèn)為要做好以下幾點(diǎn)：（1）搜集地勘和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料；（2）通過(guò)對(duì)比不同地基的特征和形成原理來(lái)確定合理性的地基處理方案；（3）調(diào)查本地區(qū)類(lèi)似地基處理經(jīng)驗(yàn)；（4）結(jié)合結(jié)構(gòu)物類(lèi)型的使用功能、荷載大小以及鋼波紋管對(duì)地基的要求初選幾種可行性方案，再對(duì)比各初選方案，從中選擇一個(gè)最佳的處理方案。具體處理方法分析對(duì)比見(jiàn)表1。

4.2 不同地基處理具體敘述

4.2.1 凍土（雪害）地基具體措施：一是排水和隔水處理。地表排水一般通過(guò)修建截水溝、排石溝等來(lái)實(shí)現(xiàn)；基床排水，通過(guò)換填水穩(wěn)性好滲透性好的材料、鋪設(shè)橫向盲溝、橫向排水管等來(lái)實(shí)現(xiàn)排水；地下水排除，通過(guò)截水溝，滲溝等來(lái)實(shí)現(xiàn)；隔水處理，一般通過(guò)用塑料薄膜、聚苯乙烯板等不透水材料來(lái)隔斷毛細(xì)水的上升。二是保溫處理。一般采用隔熱材料 XPS，PU 板等來(lái)增加熱阻，降低凍結(jié)深度。

4.2.2 粉質(zhì)土的改良處理：筆者認(rèn)為根據(jù)有無(wú)地下水的情況處理方法不同，一是對(duì)于無(wú)地下水的，在粉土中摻入部分沙礫后一起填筑、碾壓即可；二是對(duì)于有地下水的，在地下水位以下采用沙礫填筑，在地下水位以上鋪設(shè)兩層土工膜，以隔離土壤的毛細(xì)現(xiàn)象吸水而軟化路床。

4.2.3 濕陷性黃土的處理方法很多，要從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)角度去合理選擇。一是墊層法，就是將原有濕陷性黃土挖出，并與消石灰按體積配合比進(jìn)行攪拌均勻。體積配合比宜取 2∶8 或 3∶7，并由試驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證回填土體的最佳含水量，拌合均勻后進(jìn)行基槽回填。二是灰土樁或水泥土樁；三是強(qiáng)夯法 ；四是重錘夯實(shí)法。

4.2.4 膨脹土的處理：一是適當(dāng)增加基礎(chǔ)埋深；二是換填土，填土應(yīng)分層壓實(shí)，以達(dá)到地基設(shè)計(jì)要求；三是鋪筑沙墊層；四是做好地基的防水保濕。

4.2.5 一般性土質(zhì)地基處理：承載能力不太高的普通地基，需設(shè)一定厚度的基礎(chǔ)。但是，若將涵管底基槽原狀土經(jīng)嚴(yán)格夯實(shí)（其夯實(shí)度到重型擊實(shí)密實(shí)度的 90%以上）以后，也可直接將波紋管置于地基上。

4.2.6 巖石地基處理：因?yàn)椴y管不能直接置于巖石基床上，因過(guò)于剛性的支承，不但會(huì)降低管壁本身所具有的良好柔性，而且還會(huì)減小涵管的承載能力。所以對(duì)巖石地基應(yīng)挖掉一部分軟巖，換填一層優(yōu)質(zhì)土，并認(rèn)真夯實(shí)。開(kāi)挖軟巖溝槽，不能使用烈性炸藥和放深孔炮，以避免將過(guò)多的外層炸松散。巖石風(fēng)化層地基不能作為基礎(chǔ)，需換填優(yōu)質(zhì)土。

4.2.7 軟土地基處理：當(dāng)涵管處于軟土地基上時(shí)，需對(duì)軟土路基進(jìn)行處理，處理后表層再鋪上一層大于30cm 厚的級(jí)配良好的砂礫墊層。

5 還需要注意的問(wèn)題

5.1管涵基礎(chǔ)、側(cè)面、頂部的填料要分層填筑分層碾壓，壓實(shí)度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求。避免或減少涵管應(yīng)力集中、涵管變形和路面下沉造成涵管兩側(cè)跳車(chē)的現(xiàn)象。

5.2 為防止施工過(guò)程中波紋管涵滾動(dòng)出現(xiàn)偏移軸線現(xiàn)象，可在壓實(shí)后的地基表面刻深 20cm 槽，呈凹孤形。以安放涵管，同時(shí)兩側(cè)回填時(shí)分別回填 D/4，D/2（D 為管徑）高度且兩側(cè)分別壓實(shí)。

結(jié)論

綜上所述，對(duì)于鋼波紋管涵不同地基的處理方法比較與分析，只要尊重實(shí)際情況，充分掌握不同地基的特性，合理地選擇處理方法，認(rèn)真完善施工工藝，完全可以妥善處理，從而保證鋼波紋管涵的安全使用。同時(shí)隨著科技水平的日益進(jìn)步，更多更好的處理方法將不斷地推廣和應(yīng)用，為工程建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。

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