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一種山區(qū)公路深埋園管涵控制裂縫的施工方法與流程

文檔序號(hào):11844639閱讀:905來源:國知局
一種山區(qū)公路深埋園管涵控制裂縫的施工方法與流程

本發(fā)明屬于工程施工領(lǐng)域,具體涉及一種山區(qū)公路深埋園管涵控制裂縫的施工方法。



背景技術(shù):

隨著國家新型區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施,需要修建許多山區(qū)公路,設(shè)置深埋園管涵是高填方山區(qū)公路的經(jīng)濟(jì)實(shí)用方法。圓管涵由于可以集中制作,造價(jià)較低,便于質(zhì)量控制,施工安裝方便,對(duì)于設(shè)計(jì)流量較小時(shí),填土有一定高度,采用圓管涵作為公路排水、灌溉的構(gòu)筑物相當(dāng)普遍。因此,圓管涵的設(shè)計(jì)制作及施工質(zhì)量對(duì)工程造價(jià)、工程進(jìn)度以及使用效果影響很大。實(shí)際工程中圓管涵裂縫很普遍,調(diào)查表明,管道開裂占63.5%,其中70%是縱向開裂。

圓管涵的裂縫原因較復(fù)雜,涉及設(shè)計(jì)、制作工藝以及施工各方面。實(shí)際工程中鋼筋混凝土圓管涵往往因?yàn)槟骋环矫婊蚨喾矫娴脑颍玟摻罨\的制作、預(yù)制、養(yǎng)護(hù)、圓管涵基礎(chǔ)處理、管節(jié)處理、回填土等環(huán)節(jié)的處理不當(dāng),輕則裂縫漏水影響路基穩(wěn)定,重則造成路堤坍塌,造成工程事故,直接影響到工程的質(zhì)量和施工進(jìn)度。但究其原因,圓管涵開裂最主要的原因是實(shí)際荷載超出了設(shè)計(jì)荷載范圍。因此,控制圓管涵開裂最主要的方法也就是控制圓管涵的實(shí)際荷載。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,并提供一種山區(qū)公路深埋園管涵控制裂縫的施工方法,以減小圓管涵的實(shí)際荷載,防止開裂。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:

一種山區(qū)公路深埋園管涵控制裂縫的施工方法,步驟如下:

1)填筑路基至園管涵頂部設(shè)計(jì)高度;

2)開挖路基和地基至園管涵基底設(shè)計(jì)標(biāo)高;

3)澆筑園管涵基底,并進(jìn)行養(yǎng)護(hù);

4)安裝預(yù)制園管涵,并在圓管涵頂部設(shè)置新月形的土拱引導(dǎo)墊層,所述的土拱引導(dǎo)墊層采用彈塑性材料,且其兩端分別延伸至圓管涵水平外徑的兩端;新月形的土拱引導(dǎo)墊層貼圓管涵外壁設(shè)置;

5)分層補(bǔ)填園管涵周邊路基,并人工夯實(shí);

6)對(duì)圓管涵頂部以上的土層進(jìn)行分層碾壓,填筑路基至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

本發(fā)明的理論依據(jù)如下:

現(xiàn)有深埋園管涵施工規(guī)范沒有從力學(xué)概念說明深埋園管涵如何避免開裂風(fēng)險(xiǎn)問題。申請(qǐng)人創(chuàng)造性地直接用力學(xué)方法分析深埋園管涵如何避免開裂風(fēng)險(xiǎn),并找到深埋園管涵的控制開裂方法。

第一步直接用力學(xué)方法分析深埋園管涵開裂原因:

由圖1(a)可知,深埋園管涵設(shè)計(jì)荷載P設(shè)計(jì)=H×D (1.1)

由于園管涵剛度大于路基剛度,園管涵設(shè)計(jì)荷載呈矩形分布小于園管涵實(shí)際荷載呈類似倒梯形分布,淺埋園管涵超額受力在安全范圍之內(nèi);深埋園管涵超額受力會(huì)導(dǎo)致園管涵開裂,事實(shí)上深埋園管涵的薄弱部位或環(huán)節(jié)是園管涵開裂,應(yīng)該防止誘發(fā)不利作用力和能量都向園管涵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移或集中作用。即深埋園管涵實(shí)際荷載

P實(shí)際=H×(D+Hsinα) (1.2)

其中H為園管涵頂部以上填方高度;D為園管涵直徑;α為實(shí)際荷載擴(kuò)展角;P設(shè)計(jì)為深埋園管涵設(shè)計(jì)荷載;P實(shí)際為深埋園管涵實(shí)際荷載。

顯然P實(shí)際>P設(shè)計(jì) (1.3)

如果P實(shí)際超過深埋園管涵允許應(yīng)力,深埋園管涵必然會(huì)產(chǎn)生裂縫。

第二步直接用力學(xué)方法尋找深埋園管涵減少荷載方法:

由圖1(b)、圖2、公式(1.4)可知,在深埋園管涵頂部路基設(shè)置形成土拱引導(dǎo)墊層,例如厚D/6~D/4的泡沫等彈塑性材料,再進(jìn)行填方施工,墊層上路基塊體或顆粒有下沉趨勢(shì)但又遇到墊層阻礙,周邊路基會(huì)產(chǎn)生對(duì)上部路基塊體或顆粒的支持力,自然形成土拱,土拱上部荷載轉(zhuǎn)移給附近路基承擔(dān),則深埋園管涵頂部路基的平衡公式如下:

P1cosα1+P2cosα2+T=W (1.4)

式(1.4)中,P1,P2——路基塊體或顆粒之間相互支持力;W——路基重力;T——園管涵頂部路基壓力(路基壓力T盡可能小)。

因此,園管涵設(shè)計(jì)荷載呈矩形分布大于園管涵實(shí)際荷載類似塌落體分布,其上部荷載轉(zhuǎn)移給附近路基承擔(dān),這樣不管淺埋或深埋園管涵受力都在安全范圍之內(nèi),園管涵不會(huì)開裂。即深埋園管涵實(shí)際荷載

P實(shí)際=D/2×D (1.5)

其中H約等于D/2,遠(yuǎn)小于園管涵頂部以上填方高度;

顯然P實(shí)際<P設(shè)計(jì) (1.6)

這樣部分填方荷載轉(zhuǎn)移給附近路基承擔(dān),深埋園管涵自然不會(huì)產(chǎn)生裂縫。

另外,土拱引導(dǎo)墊層的兩端分別延伸至圓管涵水平方向外徑的兩端,即新月形的兩個(gè)銳角分別位于圓管涵外壁與經(jīng)過圓心的水平面的交點(diǎn)處。申請(qǐng)人在研究中發(fā)現(xiàn),若土拱引導(dǎo)墊層的兩端未延伸至圓管涵水平方向外徑的兩端,所形成的實(shí)際荷載會(huì)大大增加。因?yàn)闉楦采w土拱引導(dǎo)墊層的部分管壁上依然受到梯形荷載的作用,部分極端情況下可能導(dǎo)致實(shí)際荷載依然大于設(shè)計(jì)荷載,造成圓管涵開裂。

作為優(yōu)選,所述的土拱引導(dǎo)墊層的最厚處厚度為園管涵內(nèi)徑的1/6~1/4。

作為優(yōu)選,所述的土拱引導(dǎo)墊層的材料彈性需滿足以下條件:深埋園管涵設(shè)計(jì)荷載重量作用于新月型彈塑性路基土拱引導(dǎo)墊層之上時(shí),引起的土拱引導(dǎo)墊層壓縮變形不大于20%。

上述土拱引導(dǎo)墊層的厚度和彈性要求均是申請(qǐng)人經(jīng)過大量試驗(yàn)所獲得的,深埋園管涵的厚度和壓縮變形均會(huì)影響其上述的實(shí)際荷載轉(zhuǎn)移量。要使實(shí)際荷載形成如圖1(b)的荷載模式,設(shè)計(jì)荷載重量作用于新月型彈塑性路基土拱引導(dǎo)墊層之上時(shí),引起的壓縮變形必須不大于20%,否則,墊層壓縮變形過大,墊層無法較好地自然形成土拱,因此其轉(zhuǎn)移路基上部設(shè)計(jì)荷載的效果也相應(yīng)較差,可能依然會(huì)產(chǎn)生類似圖1(a)的荷載模式,使得實(shí)際荷載可能大于設(shè)計(jì)荷載,可能造成深埋園管涵開裂。彈塑性材料可采用泡沫,也可采用其他具有彈性形變性能的現(xiàn)有材料。

作為優(yōu)選,所述的步驟1)之前需根據(jù)測(cè)量路基范圍,清理地基表面雜物。

作為優(yōu)選,所述的土拱引導(dǎo)墊層為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)。左右對(duì)稱狀態(tài)下能夠盡量保持圓管涵的受理均勻性,防止其長期受壓不勻?qū)е麻_裂。

作為優(yōu)選,所述的步驟1)中,每層填筑的路基厚度為50cm。

作為優(yōu)選,所述的步驟6)中,每層碾壓的路基厚度為50cm。

本發(fā)明通過在圓管涵上設(shè)置新月形的土拱引導(dǎo)墊層,使得再進(jìn)行填方施工,墊層上路基塊體或顆粒有下沉趨勢(shì)但又遇到墊層阻礙,周邊路基會(huì)產(chǎn)生對(duì)上部路基塊體或顆粒的支持力,自然形成土拱,土拱上部荷載轉(zhuǎn)移給附近路基承擔(dān)。園管涵設(shè)計(jì)荷載呈矩形分布大于園管涵實(shí)際荷載類似塌落體分布,其上部荷載轉(zhuǎn)移給附近路基承擔(dān),保證園管涵受力小于設(shè)計(jì)荷載并處于安全范圍之內(nèi),防止開裂。

附圖說明

圖1為深埋園管涵受力特征示意圖,其中:a)園管涵荷載呈類似倒梯形分布圖;b)園管涵荷載呈類似塌落體分布;

圖2為深埋園管涵頂部路基形成土拱引導(dǎo)墊層示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說明。本發(fā)明中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒有相互沖突的前提下,均可進(jìn)行相應(yīng)組合。

一種山區(qū)公路深埋園管涵控制裂縫的施工方法,步驟如下:

(1)清理地基表面雜物;

根據(jù)測(cè)量路基范圍,清理地基表面雜物,例如表土,植被等,為填筑路基做準(zhǔn)備。

(2)分層填筑路基至園管涵頂部高度;

按照路基規(guī)范要求每50cm厚分層碾壓,填筑路基至園管涵頂部設(shè)計(jì)高度。

(3)園管涵范圍開挖路基和地基至園管涵基底設(shè)計(jì)標(biāo)高;

(4)按設(shè)計(jì)要求澆筑好園管涵基底,并按規(guī)范進(jìn)行養(yǎng)護(hù);

(5)按設(shè)計(jì)要求安裝預(yù)制園管涵,分層補(bǔ)填園管涵周邊路基,并人工夯實(shí)。

(6)根據(jù)公式(1.4),按圖2的形式,在深埋園管涵頂部貼外壁設(shè)置左右對(duì)稱的呈新月形的土拱引導(dǎo)墊層。土拱引導(dǎo)墊層采用最厚處厚度為D/6~D/4的泡沫作為彈塑性材料,加工呈內(nèi)徑與圓管涵外徑一致的新月狀,由此可以覆蓋于圓管涵頂部。墊層具體厚度視頂部覆蓋土層而定,基本要求為設(shè)計(jì)荷載重量作用于新月型彈塑性路基土拱引導(dǎo)墊層之上時(shí),引起的壓縮變形必須不大于20%。新月形的土拱引導(dǎo)墊層的兩端延伸至圓管涵水平外徑的兩端,以便形成圖1(b)所示的對(duì)稱實(shí)際荷載土拱,否則可能出現(xiàn)圖1(a)所示的偏載現(xiàn)象,可能造成圓管涵開裂。

(7)按照路基規(guī)范要求每50cm厚分層碾壓,填筑路基至設(shè)計(jì)標(biāo)高;由于園管涵頂部路基設(shè)置形成土拱引導(dǎo)墊層,其上部荷載轉(zhuǎn)移給附近路基承擔(dān),園管涵設(shè)計(jì)荷載呈矩形分布大于園管涵實(shí)際荷載類似塌落體分布,這樣不管淺埋或深埋園管涵受力都在安全范圍之內(nèi),園管涵不會(huì)開裂。

將上述施工方法應(yīng)用于某鐵路段施工中,對(duì)該路段中的深埋園管涵頂部均設(shè)置了上述土拱引導(dǎo)墊層后,在近20年的使用時(shí)間內(nèi)園管涵均沒有出現(xiàn)裂縫。由此可以證明,本發(fā)明的設(shè)置土拱引導(dǎo)墊層的方法能夠有效的減小圓管涵頂部的實(shí)際荷載,從而減小其開裂風(fēng)險(xiǎn)。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案,然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下,還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案,均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

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