公路大孔径钢波纹管通道变形分析

陈高志，刘大明，龚海平，胡 滨

（1.广东省南粤交通云湛高速公路管理中心，广东 茂名 525000；2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075；3.西安中交土木科技有限公司，陕西 西安 710075）

引言

近年来，钢波纹管结构逐渐吸引了人们的眼球，作为新型的绿色环保材料，钢波纹管通道具备较好的环向钢形和轴向柔性，并且基础的适应能力以及抗变形能力强[1-2]。国内外现有资料表明，钢波纹管通道具有生产周期短，效率高，现场安装便捷等特点，减少了混凝土材料的使用，并且可回收利用，有利于环保[3-5]。另外，钢波纹管同时具有刚性和柔性的特性，土-钢相互作用使结构受力更加合理，应用前景广阔。

针对广东省地形地貌多变、地质条件复杂以及部分路段路基填土高的特点，采用钢波纹管通道可以更好地适应当地的地形特征。通过现场测试，研究大孔径钢波纹管通道的变形和其管顶路面沉降的问题，分析覆土作用下钢波纹管变形与管顶路面沉降之间的关系。基于监测所得的大孔径钢波纹管通道变形的相关数据，并结合管顶路面沉降的特点，总结变化规律，有效解决工程中的问题，进一步促进钢波纹管通道在公路工程中的应用。

1 工程概况

本项目依托工程为广东省云浮至湛江段高速公路支线工程K727+778处直径10 m钢波纹管通道。钢波纹管管材采用Q355钢板热轧加工成型，表面为热浸镀锌，在镀锌基础上内外再增加热熔塑防腐提高钢波纹管寿命。地基采用砂砾回填处理，并用压路机械对基底进行分层压实，钢波纹管通道的管顶以上填土高度约为11 m。

2 钢波纹管变形及其管顶路面沉降监测方案

2.1 钢波纹管变形监测的内容及要求

2.1.1 监测的主要内容

对钢波纹管不同断面的管顶、管底的竖向变形以及水平斜向变形进行监测，并记录数据。

2.1.2 监测方法

每个距离测量时，长按启动连续测量模式后静置（短按就是单次距离测量，会受动作按压影响射光角度），观察显示数值稳定波动在2 mm内波动时可直接用笔抄写填表记录，注意红外射光点越照平面越亮（即对着波峰最亮），同时响应读数越快。

2.1.3 监测要求

因监测周期长，监测时间为2a，第一年按雨季和非雨季划分，雨季4月、5月、6月、7月、8月、9月每月测试一次，非雨季10月、11月、12月、1月、2月、3月每三个月监测一次，第二年每季度监测一次。红外仪器保存完好，因监测周期长，故不应更换仪器（外形尺寸标定位置会不一致）。

2.2 钢波纹管变形监测的点位布设

（1）设定5个断面，管端各1处，管中3处，布置位置见图1～图3（A1/A2，B1/B2，C1/C2，D1/D2，E1/E2）。依据图1、图2断面位置布置地面红外线测距仪放置点，需垂直放置于路面并稍移动轴向位置。

图1 钢波纹管通道监测点布置/mm

图2 钢波纹管通道监测点断面布置/mm

（2）红外线测距仪的光要打到顶板中轴线上对应波峰位置，此时地面上按测试仪器，外形现场石笔描绘矩形，然后再用相同面积的薄铁板（厚2 mm左右）套上矩形喷涂自喷漆形成线框，在线框外旁（图3）打入钢钉标记以便下次测量找位。

图3 钢波纹管通道混凝土地坪钢钉布置

（3）用人梯爬至顶板打光显示的红外点处喷涂十字自喷漆标记测点A5/B5/C5/D5/E5，红外测量顶底距离H1/H2/H3/H4/H5。在A、B、C、D、E断面处的涵管左右侧按图1、图2布置左右距离测点A1/A2，B1/B2，C1/C2，D1/D2，E1/E2，高度见图1、图2，A3/B3/C3/D3/E3和A4/B4/C4/D4/E4的测点可按以上方法测量。

（4）通道中间B/C/D断面水平标记点方法一样，考虑到波峰上按压红外测距仪的稳定操作，需切割配制5号角钢（3 mm厚）,长度500 mm（跨两个波峰形成稳定平面），角钢在侧拱波纹板上标记位置，以后每次都把角钢放在同一位置，红外仪顶到角钢上，同时位置也在波峰正上方。定位标记按图4操作。

图4 钢波纹管通道槽钢布置/mm

（5）操作原则也是调整测距仪的轴向位置使之射光到对面波峰上，红外测量A、B、C、D、E断面的距离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 管顶路面沉降监测的内容及要求

2.3.1 监测的主要内容

桩号K727+679—K727+876段钢波纹管通道顶部两侧路肩进行沉降监测。

2.3.2 监测方法

根据《工程测量规范》（GB 50026—2007）变形监测的水准观测技术要求，采用常规水准测量方法作业。现场实施时，自基准点开始，联测所有沉降监测点，最后闭合到起始点。通过计算各变形监测点与基准点之间的高差，计算各变形监测点的高程。监测仪器采用电子水准仪，仪器性能指标见表1。

表1 仪器性能指标

2.3.3 监测要求

路面沉降基准网精度和水准观测的主要技术要求均按照《工程测量规范》（GB 50026—2007）的相关规定。要求见表2～表4。

表2 变形监测精度要求

表3 垂直位移监测基准网的主要技术要求

表4 水准观测的主要技术要求

3 钢波纹管变形及路面沉降监测结果分析

3.1 钢波纹管变形监测结果及数据分析

对直径10 m的钢波纹管通道进行不同位置变形监测，根据变形监测结果和《公路涵洞通道用波纹钢管(板)》（JT/T 791—2017）规范，可知变形

2.4 路面沉降监测的点位布设

2.4.1 监测基准点布置

垂直位移监测基准网采用原设立的独立高程系统，采用埋石点统一布设的方法进行基准网布设。K727+679—K727+876两侧路基布设3个垂直位移基准点。

2.4.2 监测点布置

桩号K727+679—K727+876两侧路肩为管桩和波纹管路段出现裂缝，在该路段共埋设20个沉降点，测点布置见图5。容许量为管径2%，10 m直径管允许量在200 mm，现场宏观观察端头并无明显变形，且主要监测意义在于形变的变化趋势与稳定性，取100 mm作为界定结构再变形稳定性与否的判定取值。监测结果数据见表5。

图5 桩号K727+679—K727+876两侧路肩监测点布置

表5 K727+778钢波纹管通道监测数据/mm

可以得出：（1）从管顶和管底竖向变形（H1～H5）的监测数据来看，各测点的变化量均较小，初始阶段监测未发现明显变形断面，在持续监测过程中，管顶至底部最大竖向变形量在10 mm以内，满足规范《公路涵洞通道用波纹钢管（板）》（JT/T 791—2017）的要求。（2）从水平和斜向变形的数据监测来看，总体数据趋于稳定，在2020年1月至7月长达0.5a的观测中，水平方向和斜向方向各测点的变形较小，累计最大值为10 mm，说明钢波纹管施工完成经过一段时间后，变形已趋于稳定，后期不会产生大的变形，结构安全可靠。

3.2 管顶路面沉降监测结果及数据分析

监测数据经计算得出，桩号K727+679—K727+876两侧高程最大中误差为0.04 mm，最大高差中误差为0.03 mm，均满足规范要求。本期监测数据与上期监测数据及首期监测数据见表6，由于测试数据较多，表6中仅列出了部分数据。不同测试时期路面相对沉降变形曲线见图6、图7。

表6 桩号K727+679—K727+876两侧路肩沉降数据

图6 K727+679—K727+876左幅路面相对沉降变形曲线

图7 K727+679—K727+876右幅路面相对沉降变形曲线

通过对表6、图6和图7进行分析，可以得出：（1）该路段左、右幅监测点的本期沉降变形量和累计沉降变形量基本为负值，左幅累计沉降变形量介于0.3～-67.0 mm之间，累计最大沉降变形量为-67.0 mm，位于断面K727+725—L；右幅累计沉降变形量介于0.5～-64.3 mm之间，累计最大沉降变形量为-64.3 mm，位于断面K727+705—R。（2）与上期监测数据对比，本期左、右幅沉降变形量介于1.4～-4.7 mm之间，左幅最大沉降变形量为-4.7 mm，位于断面K727+725—L；右幅最大沉降变形量为-4.5 mm，位于断面K727+705—R。由此表明，K727+684—K727+876两侧路基仍存在继续沉降的趋势，断面K727+705—K727+745之间出现的沉降变形仍较明显，应继续监测。

4 结语

（1）波纹管的最大变形量在容许量的范围内，0.5 a内管周各测点变形较小，累计最大值为10 mm，说明钢波纹管施工完成经过一段时间后，变形已趋于稳定，后期不会产生大的变形，结构安全可靠。（2）相对于钢波纹管，顶部两侧路肩沉降量较大，且存在继续沉降的趋势，是由于施工时钢波纹管两侧及管顶土层分层回填不够均匀，部分区域压实度不够引起的，后期应继续监测。（3）钢波纹管与周围土体形成整体结构，未出现较大变形，而路面出现沉降裂缝，主要是回填施工不规范引起的，因此，应严格控制回填材料及施工工艺，避免钢波纹管通道施工完成后路面出现沉降引起裂缝等问题。