一种公路填方路基中钢波纹管涵填土施工方法与流程

本发明涉及填方路基下涵洞结构病害处理技术领域，具体涉及一种公路填方路基中钢波纹管涵填土施工方法。

背景技术：

钢波纹管涵具有造价低、后期维护费用低、自重轻、运输方便、施工周期短、变形适应性强、维修加固便捷等优势，目前在多年冻土、湿陷性黄土、软土、膨胀土等地基不良地区以及路基高填方区得到了大量的应用。

但是，现有的公路填方路基中钢波纹管涵侧面填土施工方法通常是在钢波纹管涵两侧填筑砂土、素填土，此类填筑施工方法由于两侧填土不易密实，无法抵抗管涵过大的侧向力，不能有效的限制钢波纹管涵的变形，易导致管涵在施工及使用过程中变形过大及局部应力集中，局部应力集中现象会造成应力集中处的连接件损坏，进而引起管涵结构的破坏及其上路基的不均匀沉降，具有较大的缺点及安全隐患；因此，如何有效限制钢波纹管涵的变形是工程施工中一直亟待解决的难题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种公路填方路基中钢波纹管涵填土施工方法，该方法适用于黄土、软土、冻土等多种土质。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种公路填方路基中钢波纹管涵填土施工方法，包括以下步骤：

步骤一：挖掘基槽，在基槽的底部铺设底部垫层；

步骤二：填筑分层台阶式水泥土层：在底部垫层上对称填筑一对分层的台阶式的压实的水泥土层，水泥土层呈上窄下宽结构，分层台阶式水泥土层填筑的高度为所使用的钢波纹管涵径向高度的二分之一；

步骤三：铺设砂石垫层：在对称设置的两个分层台阶式压实水泥土层最底层台阶之间形成的底部空间内铺设砂石垫层；

步骤四：安装钢波纹管涵：将钢波纹管涵安装于对称设置的两个分层台阶式压实水泥土层之间，水泥土层每层台阶的棱条与钢波纹管涵之间设有空隙，钢波纹管涵底部与砂石垫层平齐；

步骤五：灌注砂浆固结体：向分层台阶式水泥土层与钢波纹管涵之间的空隙中灌注砂浆固结体；

步骤六：填筑覆土：在分层台阶式水泥土层顶面填土并压实，填土高度应超过钢波纹管涵的顶部至水稳层底部标高。

进一步地，在步骤二中，分层台阶式水泥土层使用水泥含量为8%的水泥土；分层台阶式压实水泥土层每阶台阶高度均为20cm，每层台阶压实度不小于96%，每阶台阶棱条处与钢波纹管涵外壁的水平距离为10-30cm。

进一步地，分层台阶式水泥土层与钢波纹管涵外壁的水平距离优选为20cm。

进一步地，在步骤五中，砂浆固结体为水灰比为0.5的水泥浆，分层台阶式水泥土与填筑的填砂灌浆固结体结合形成能控制管涵变形的侧向约束体。

进一步地，在步骤三中，砂石垫层为中砂垫层，砂石垫层的宽度等于两分层台阶式压实水泥土最底层台阶间的长度，砂石垫层的厚度为台阶高度的三分之一，砂石垫层顶部与钢波纹管涵底部平齐。

进一步地，在步骤七中，填筑覆土所使用的土料为原设计中使用的土料，填筑覆土分两次进行，第一次填筑范围为分层台阶式水泥土层顶面至钢波纹管涵顶面，第二次填筑范围为钢波纹管涵顶面至水稳层底部标高。

进一步地，在第一次填筑覆土的过程中，钢波纹管涵两侧对称同步进行填筑覆土，应使用小型机械分层填筑、分层夯实，每层压实厚度为20cm，两侧的回填土的高度差不得大于30cm，压实度不小于96%。

进一步地，第二次填筑覆土过程采用分层填筑、分层夯实的方式，当回填的覆土厚度小于100cm时采用手扶振动夯机压实，填筑的覆土厚度为每层20cm；当覆土厚度大于100cm后采用压路机压实，填筑的覆土厚度为每层30cm；填筑覆土的压实度均应满足规范要求，规范指的是jtg／t3610-2019公路路基施工技术规范。

进一步地，在步骤一中，底部垫层为素土或水泥土，底部垫层的厚度不小于10cm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）现有技术中一般在钢波纹管涵底部两侧填筑素填土，素填土的侧向刚度有限，管涵易变形，而本发明在钢波纹管底部两侧一定范围内灌注砂浆固结体，提高钢波纹管涵抵抗侧向变形的能力，从而提高了钢波纹管涵的稳定性。

（2）本申请首先填筑分层台阶式水泥土层，然后放置钢波纹管涵，分层台阶式水泥土层每阶台阶高度均为20cm，每阶台阶的棱条与钢波纹管涵外壁的水平距离均为10-30cm，由于水泥浆有一定的粘性和稠度，当二者的距离小于10cm时，在缝隙内灌注水泥浆会产生灌注死角，当距离大于30cm时，水泥浆的用量较大，经济成本高。优选为20cm既可以减少灌注死角，方便施工人员在空隙内连续灌注砂浆固结体，易于填充密实，又节省了砂浆固结体的灌注量，在满足施工要求的前提下节约了经济成本。

（3）填筑覆土的过程分两次进行，第一次填筑范围为分层台阶式水泥土层顶面至钢波纹管涵顶面，填筑时采用小型机械在管涵两侧对称同步进行，管涵两侧的填土高度差不大于30cm，可以有效防止管涵两侧的压力差过大而导致管涵变形或移位；第二次填筑时先采用小型机械，后采用大型机械，可以在不破坏管涵结构的情况下满足施工要求，提高了施工效率。

（4）本发明分层台阶式水泥土层与砂浆固结体固结形成侧向约束体，与天然土相比，水泥土的无侧限抗压强度较大，可以给钢波纹管涵提供更大的被动土压力，从而提高钢波纹管涵两侧填土的侧压力系数，进而达到减少管涵变形及应力集中的目的，既可以保护钢波纹管涵和消除安全隐患，又可以使钢波纹管涵承受更大的上部荷载。

附图说明

图1为本发明的施工流程图；

图2为本发明的效果示意图；

图3为现有技术下产生形变的管涵照片；

图4是使用本发明的方法施工的管涵的照片；

图5为现有技术下管涵的变形云图；

图6是使用本发明的方法施工的管涵的变形云图。

图中，底部垫层1，水泥土层2，砂石垫层3，砂浆固结体4，中线以上覆土层5，上覆土层6，钢波纹管涵7。

具体实施方式

为使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的解释说明。

实施例1

参见图1-图6，一种公路填方路基中钢波纹管涵填土施工方法，包括以下步骤：

步骤一：挖掘基槽：在基槽的底部铺设底部垫层1，底部垫层1的材料为素土或水泥土且厚度不小于10cm；

步骤二：填筑分层台阶式水泥土层2：在底部垫层1上对称填筑一对分层台阶式的、压实的、上窄下宽的水泥土层2，分层台阶式水泥土层2所使用的材料为水泥含量为8%的水泥土，每阶台阶高度均为20cm，每层台阶压实度不小于96%，每阶台阶棱条处与钢波纹管涵7外壁的水平距离均为20cm；分层台阶式水泥土层填筑的高度为钢波纹管涵径向高度的二分之一；

步骤三：铺设砂石垫层3：在对称设置的两个分层台阶式压实水泥土层2最底层台阶之间形成的底部空间内铺设砂石垫层3，砂石垫层3为中砂垫层，砂石垫层3的宽度等于两水泥土层2最底层台阶间的长度，砂石垫层3的厚度为台阶高度的三分之一，砂石垫层3的最顶层与钢波纹管涵7底部平齐；

步骤四：安装钢波纹管涵7：将钢波纹管涵7安装于对称设置的两个分层台阶式压实水泥土层2之间，水泥土层2每层台阶的棱条与钢波纹管涵7之间具有一定的距离，形成了有一定规律的空隙，钢波纹管涵7的底部与砂石垫层3顶层平齐；

步骤五：灌注砂浆固结体4：向分层台阶式压实水泥土层2与钢波纹管涵7之间的空隙中灌注砂浆固结体4，砂浆固结体4为水灰比为0.5的水泥浆，水泥土层2与灌注的砂浆固结体4结合形成能控制钢波纹管涵7变形的侧向约束体；

步骤六：填筑覆土：在分层台阶式压实水泥土层2上面填筑覆土并压实，整个填土过程分两次进行，第一次填筑范围为水泥土层2顶面至钢波纹管涵7顶面，填筑时需在钢波纹管涵7两侧对称、同步进行，应使用小型机械分层填筑、分层夯实，每层压实厚度为20cm，两侧的回填土的高度差不得大于30cm，压实度不小于96%，最终形成中线以上覆土层5；第二次填筑范围为钢波纹管涵7顶面至水稳层底部标高，第二次填筑覆土的方式为分层填筑、分层夯实，当回填的覆土厚度小于100cm时采用手扶振动夯机压实，填筑的覆土厚度为每层20cm；当覆土厚度大于100cm后采用20t压路机压实，填筑的覆土厚度为每层30cm，最终形成上覆土层6；中线以上覆土层5和上覆土层6所使用的土料均为原设计中使用的土料，压实度均应满足规范要求；规范指的是jtg／t3610-2019公路路基施工技术规范。

在相同施工条件下，传统的填土施工方法为在底部垫层1上直接安装钢波纹管涵7，然后在管涵两侧填土，最后填筑上覆土；传统的施工方法在管涵中线以下两侧直接填砂，这样不易填筑密实，极易形成如图3所示的变形，此时钢波纹管涵7内部支撑被压弯，钢波纹管涵7被压成椭圆，管涵发生了较大的侧向变形，严重影响了管涵和公共安全；参见图4，本专利施工方法在国道310洛三界至三门峡西段南移新建工程三分部钢波纹管施工项目中的应用，钢波纹管涵7中线以下两侧首先填筑分层台阶式水泥土层2，然后向水泥土层2与钢波纹管涵7之间的缝隙中灌注砂浆固结体4，砂浆固结体4具有一定的流动性，易在管涵两侧填筑密实，砂浆固结体4与分层台阶式水泥土层2固结形成控制管涵侧向变形的侧向约束体，此时的钢波纹管涵7几乎没有发生形变。

由于受弯构件的挠度主要由弯曲变形形成，运用结构力学方法，对管顶、管底、管侧压力作用下的变形进行计算并叠加，可以得到管道的压缩变形δp如下：

式中，，分别为基床系数和侧压力系数；为管顶垂直土压力；为管道结构的平均半径；e为管侧填土的弹性抗力系数；指的是管道惯性矩；为管道材料弹性模量。

采用本方法进行填方路基中钢波纹管涵填土施工，钢波纹管涵7两侧便于填充密实，填充的水泥土相较于天然土具有更高的无侧限抗压强度，可以给钢波纹管涵7提供更大的被动土压力，由上面公式可知，采用本方法施工能够提高钢波纹管涵两侧填土的弹性抗力系数e，提高管侧填土侧压力系数，可以有效减少钢波纹管涵7由于土压力作用而引起的变形δp，提高了钢波纹管涵7的稳定性。

参见图5-图6，经过实地检测得出采用传统的施工方法和采用本专利施工方法进行施工后管涵的变形云图，经过对比可发现采用本方法施工后的管涵对不可知变形减少了42.23%。

实施例2

一种公路填方路基中钢波纹管涵填土施工方法，与实施例1的区别在于，步骤二中填筑分层台阶式水泥土层2时，每阶台阶棱条处与钢波纹管涵7外壁的水平距离均为10cm。

实施例3

一种公路填方路基中钢波纹管涵填土施工方法，与实施例1的区别在于，步骤二中填筑分层台阶式水泥土层2时，每阶台阶棱条处与钢波纹管涵7外壁的水平距离均为30cm。

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