大兴钢波纹涵管代替钢筋混凝土管涵的可行性探究

钢筋混凝土结构管涵存在自重大、适应变形能力差、设计施工繁复等缺点,故为了优化管涵设计,钢波纹管涵开始逐渐应用于公路建设中。

针对钢波纹涵管和钢筋混凝土管涵结构特点,先从理论上对比了两种管涵结构的强度及变形特性,再采用ABAQUS软件进行三维有限元模拟,选取公路1级汽车荷载的车辆荷载标准值作为车辆荷载,定量分析了两种管涵结构在使用期间的力学特性,包括管涵竖向变形、水平收敛变形及Mises主应力。

钢波纹涵管代替钢筋混凝土管涵的可行性探究

研究结果表明:(1)钢波纹管涵可急大程度上分散由荷载所产生的应力集中,并且能与土体共同承担荷载；而钢筋混凝土管涵无法很好的分散应力,大部分的荷载也将由涵洞结构直接承担；(2)采用高强度且适应变形能力强的钢波纹管涵代替钢筋混凝土管涵,其适应地基与基础变形的能力更优；(3)通过三维数值模拟,对两种管涵结构的竖向沉降、水平收敛及Mises主应力进行分析,结果表明波纹钢管涵结构的整体性能明显较好。

钢波纹涵管施工过程中的技术内容为：预留拱度设置、回填土压实度、管节间密闭性控制等，消除质量隐患及杜绝返工，以实现环保节能效益。

1、预留拱度设置

埋设于一般土质地基上的波纹管，常会时间性沉降，且往往管身中部大于两端。考虑到水流要求和结构整体性，应设置基础的纵向预留拱度，以实现管身预留拱度。预留拱度大小根据地基土可能出现的下沉量、涵底纵坡和填土高度等因素综合考虑，基础在涵管纵向预留拱度一般为0.5%～1%（一般情况下取0.6%），醉大不宜大于2%，以确保管身中部不出现凹陷或纵向滑移。

涵管两侧回填应采用砂砾或与路基填料相同的材料。涵管两侧回填应对称施工，分层回填，每层厚度为20cm。涵管两侧近处用机械夯实，管底下方粗砂用“水密法”震荡器振实。涵管两侧回填应采用振动夯实机逐层夯实。密实度不小于96%。当管顶回填土厚度超过50cm后，采用压路机静压；填土厚度超过60cm后，采用压路机振压，压实度不小于96%。

采用粗砂“水密法”振荡器密实，或采用流态粉煤灰回填，或水泥浆体浇筑。也可选用更大粒径不超过3cm的级配碎石回填，用小型夯实机械斜向夯实，确保管底回填质量。

级配碎石夯实，对于大直径（3m以上）圆管涵，可采用素混凝土或气泡混合轻质土回填，待其固化后再实行其外延部分的正常回填。

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