公路大孔徑鋼波紋管通道變形分析

陳高志，劉大明，龔海平，胡 濱

（1.廣東省南粵交通云湛高速公路管理中心，廣東 茂名 525000；2.中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710075；3.西安中交土木科技有限公司，陜西 西安 710075）

引言

近年來，鋼波紋管結(jié)構(gòu)逐漸吸引了人們的眼球，作為新型的綠色環(huán)保材料，鋼波紋管通道具備較好的環(huán)向鋼形和軸向柔性，并且基礎(chǔ)的適應(yīng)能力以及抗變形能力強(qiáng)[1-2]。國內(nèi)外現(xiàn)有資料表明，鋼波紋管通道具有生產(chǎn)周期短，效率高，現(xiàn)場安裝便捷等特點，減少了混凝土材料的使用，并且可回收利用，有利于環(huán)保[3-5]。另外，鋼波紋管同時具有剛性和柔性的特性，土-鋼相互作用使結(jié)構(gòu)受力更加合理，應(yīng)用前景廣闊。

針對廣東省地形地貌多變、地質(zhì)條件復(fù)雜以及部分路段路基填土高的特點，采用鋼波紋管通道可以更好地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡匦翁卣鳌Ｍㄟ^現(xiàn)場測試，研究大孔徑鋼波紋管通道的變形和其管頂路面沉降的問題，分析覆土作用下鋼波紋管變形與管頂路面沉降之間的關(guān)系?；诒O(jiān)測所得的大孔徑鋼波紋管通道變形的相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合管頂路面沉降的特點，總結(jié)變化規(guī)律，有效解決工程中的問題，進(jìn)一步促進(jìn)鋼波紋管通道在公路工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

本項目依托工程為廣東省云浮至湛江段高速公路支線工程K727+778處直徑10 m鋼波紋管通道。鋼波紋管管材采用Q355鋼板熱軋加工成型，表面為熱浸鍍鋅，在鍍鋅基礎(chǔ)上內(nèi)外再增加熱熔塑防腐提高鋼波紋管壽命。地基采用砂礫回填處理，并用壓路機(jī)械對基底進(jìn)行分層壓實，鋼波紋管通道的管頂以上填土高度約為11 m。

2 鋼波紋管變形及其管頂路面沉降監(jiān)測方案

2.1 鋼波紋管變形監(jiān)測的內(nèi)容及要求

2.1.1 監(jiān)測的主要內(nèi)容

對鋼波紋管不同斷面的管頂、管底的豎向變形以及水平斜向變形進(jìn)行監(jiān)測，并記錄數(shù)據(jù)。

2.1.2 監(jiān)測方法

每個距離測量時，長按啟動連續(xù)測量模式后靜置（短按就是單次距離測量，會受動作按壓影響射光角度），觀察顯示數(shù)值穩(wěn)定波動在2 mm內(nèi)波動時可直接用筆抄寫填表記錄，注意紅外射光點越照平面越亮（即對著波峰最亮），同時響應(yīng)讀數(shù)越快。

2.1.3 監(jiān)測要求

因監(jiān)測周期長，監(jiān)測時間為2a，第一年按雨季和非雨季劃分，雨季4月、5月、6月、7月、8月、9月每月測試一次，非雨季10月、11月、12月、1月、2月、3月每三個月監(jiān)測一次，第二年每季度監(jiān)測一次。紅外儀器保存完好，因監(jiān)測周期長，故不應(yīng)更換儀器（外形尺寸標(biāo)定位置會不一致）。

2.2 鋼波紋管變形監(jiān)測的點位布設(shè)

（1）設(shè)定5個斷面，管端各1處，管中3處，布置位置見圖1～圖3（A1/A2，B1/B2，C1/C2，D1/D2，E1/E2）。依據(jù)圖1、圖2斷面位置布置地面紅外線測距儀放置點，需垂直放置于路面并稍移動軸向位置。

圖1 鋼波紋管通道監(jiān)測點布置/mm

圖2 鋼波紋管通道監(jiān)測點斷面布置/mm

（2）紅外線測距儀的光要打到頂板中軸線上對應(yīng)波峰位置，此時地面上按測試儀器，外形現(xiàn)場石筆描繪矩形，然后再用相同面積的薄鐵板（厚2 mm左右）套上矩形噴涂自噴漆形成線框，在線框外旁（圖3）打入鋼釘標(biāo)記以便下次測量找位。

圖3 鋼波紋管通道混凝土地坪鋼釘布置

（3）用人梯爬至頂板打光顯示的紅外點處噴涂十字自噴漆標(biāo)記測點A5/B5/C5/D5/E5，紅外測量頂?shù)拙嚯xH1/H2/H3/H4/H5。在A、B、C、D、E斷面處的涵管左右側(cè)按圖1、圖2布置左右距離測點A1/A2，B1/B2，C1/C2，D1/D2，E1/E2，高度見圖1、圖2，A3/B3/C3/D3/E3和A4/B4/C4/D4/E4的測點可按以上方法測量。

（4）通道中間B/C/D斷面水平標(biāo)記點方法一樣，考慮到波峰上按壓紅外測距儀的穩(wěn)定操作，需切割配制5號角鋼（3 mm厚）,長度500 mm（跨兩個波峰形成穩(wěn)定平面），角鋼在側(cè)拱波紋板上標(biāo)記位置，以后每次都把角鋼放在同一位置，紅外儀頂?shù)浇卿撋?，同時位置也在波峰正上方。定位標(biāo)記按圖4操作。

圖4 鋼波紋管通道槽鋼布置/mm

（5）操作原則也是調(diào)整測距儀的軸向位置使之射光到對面波峰上，紅外測量A、B、C、D、E斷面的距離L1-1/L1-2/L1-3、L2-1/L2-2/L2-3、L3-1/L3-2/L3-3、L4-1/L4-2/L4-3、L5-1/L5-2/L5-3。

2.3 管頂路面沉降監(jiān)測的內(nèi)容及要求

2.3.1 監(jiān)測的主要內(nèi)容

樁號K727+679—K727+876段鋼波紋管通道頂部兩側(cè)路肩進(jìn)行沉降監(jiān)測。

2.3.2 監(jiān)測方法

根據(jù)《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2007）變形監(jiān)測的水準(zhǔn)觀測技術(shù)要求，采用常規(guī)水準(zhǔn)測量方法作業(yè)?，F(xiàn)場實施時，自基準(zhǔn)點開始，聯(lián)測所有沉降監(jiān)測點，最后閉合到起始點。通過計算各變形監(jiān)測點與基準(zhǔn)點之間的高差，計算各變形監(jiān)測點的高程。監(jiān)測儀器采用電子水準(zhǔn)儀，儀器性能指標(biāo)見表1。

表1 儀器性能指標(biāo)

2.3.3 監(jiān)測要求

路面沉降基準(zhǔn)網(wǎng)精度和水準(zhǔn)觀測的主要技術(shù)要求均按照《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2007）的相關(guān)規(guī)定。要求見表2～表4。

表2 變形監(jiān)測精度要求

表3 垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的主要技術(shù)要求

表4 水準(zhǔn)觀測的主要技術(shù)要求

3 鋼波紋管變形及路面沉降監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 鋼波紋管變形監(jiān)測結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

對直徑10 m的鋼波紋管通道進(jìn)行不同位置變形監(jiān)測，根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果和《公路涵洞通道用波紋鋼管(板)》（JT/T 791—2017）規(guī)范，可知變形

2.4 路面沉降監(jiān)測的點位布設(shè)

2.4.1 監(jiān)測基準(zhǔn)點布置

垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)采用原設(shè)立的獨立高程系統(tǒng)，采用埋石點統(tǒng)一布設(shè)的方法進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)。K727+679—K727+876兩側(cè)路基布設(shè)3個垂直位移基準(zhǔn)點。

2.4.2 監(jiān)測點布置

樁號K727+679—K727+876兩側(cè)路肩為管樁和波紋管路段出現(xiàn)裂縫，在該路段共埋設(shè)20個沉降點，測點布置見圖5。容許量為管徑2%，10 m直徑管允許量在200 mm，現(xiàn)場宏觀觀察端頭并無明顯變形，且主要監(jiān)測意義在于形變的變化趨勢與穩(wěn)定性，取100 mm作為界定結(jié)構(gòu)再變形穩(wěn)定性與否的判定取值。監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)見表5。

圖5 樁號K727+679—K727+876兩側(cè)路肩監(jiān)測點布置

表5 K727+778鋼波紋管通道監(jiān)測數(shù)據(jù)/mm

可以得出：（1）從管頂和管底豎向變形（H1～H5）的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，各測點的變化量均較小，初始階段監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)明顯變形斷面，在持續(xù)監(jiān)測過程中，管頂至底部最大豎向變形量在10 mm以內(nèi)，滿足規(guī)范《公路涵洞通道用波紋鋼管（板）》（JT/T 791—2017）的要求。（2）從水平和斜向變形的數(shù)據(jù)監(jiān)測來看，總體數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，在2020年1月至7月長達(dá)0.5a的觀測中，水平方向和斜向方向各測點的變形較小，累計最大值為10 mm，說明鋼波紋管施工完成經(jīng)過一段時間后，變形已趨于穩(wěn)定，后期不會產(chǎn)生大的變形，結(jié)構(gòu)安全可靠。

3.2 管頂路面沉降監(jiān)測結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)計算得出，樁號K727+679—K727+876兩側(cè)高程最大中誤差為0.04 mm，最大高差中誤差為0.03 mm，均滿足規(guī)范要求。本期監(jiān)測數(shù)據(jù)與上期監(jiān)測數(shù)據(jù)及首期監(jiān)測數(shù)據(jù)見表6，由于測試數(shù)據(jù)較多，表6中僅列出了部分?jǐn)?shù)據(jù)。不同測試時期路面相對沉降變形曲線見圖6、圖7。

表6 樁號K727+679—K727+876兩側(cè)路肩沉降數(shù)據(jù)

圖6 K727+679—K727+876左幅路面相對沉降變形曲線

圖7 K727+679—K727+876右幅路面相對沉降變形曲線

通過對表6、圖6和圖7進(jìn)行分析，可以得出：（1）該路段左、右幅監(jiān)測點的本期沉降變形量和累計沉降變形量基本為負(fù)值，左幅累計沉降變形量介于0.3～-67.0 mm之間，累計最大沉降變形量為-67.0 mm，位于斷面K727+725—L；右幅累計沉降變形量介于0.5～-64.3 mm之間，累計最大沉降變形量為-64.3 mm，位于斷面K727+705—R。（2）與上期監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，本期左、右幅沉降變形量介于1.4～-4.7 mm之間，左幅最大沉降變形量為-4.7 mm，位于斷面K727+725—L；右幅最大沉降變形量為-4.5 mm，位于斷面K727+705—R。由此表明，K727+684—K727+876兩側(cè)路基仍存在繼續(xù)沉降的趨勢，斷面K727+705—K727+745之間出現(xiàn)的沉降變形仍較明顯，應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測。

4 結(jié)語

（1）波紋管的最大變形量在容許量的范圍內(nèi)，0.5 a內(nèi)管周各測點變形較小，累計最大值為10 mm，說明鋼波紋管施工完成經(jīng)過一段時間后，變形已趨于穩(wěn)定，后期不會產(chǎn)生大的變形，結(jié)構(gòu)安全可靠。（2）相對于鋼波紋管，頂部兩側(cè)路肩沉降量較大，且存在繼續(xù)沉降的趨勢，是由于施工時鋼波紋管兩側(cè)及管頂土層分層回填不夠均勻，部分區(qū)域壓實度不夠引起的，后期應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測。（3）鋼波紋管與周圍土體形成整體結(jié)構(gòu)，未出現(xiàn)較大變形，而路面出現(xiàn)沉降裂縫，主要是回填施工不規(guī)范引起的，因此，應(yīng)嚴(yán)格控制回填材料及施工工藝，避免鋼波紋管通道施工完成后路面出現(xiàn)沉降引起裂縫等問題。