钢波纹板技术在铁路涵洞整修中的应用

闫飞

摘   要：现今运营的铁路涵洞都为混凝土材料，由于这种脆性材料使用时间过长后易出现开裂、掉块、露筋、渗水等病害，即使进行相应整修，病害也经常反复出现。朔黄铁路近几年采用钢波纹板包裹注浆技术，在涵洞病害整治方面取得了很好的效果，不仅工期缩短，整修后的涵洞具有美观、结实、根治通病等特点。随着材料的科学的快速发展，波纹板技术已从装饰装修行业，快速推广到其他建设领域，并且逐步取代了很多传统的承重材料，本文主要以钢波纹板技术在涵洞整修施工过程中的施工工艺总结，达到推广新材料、新工艺和分享施工经验的目的。

关键词：钢波纹板;整修;承重;新材料

1  前言

在国家重点铁路货运线中，对于涵洞病害的加固整修先后采用了内套框构法、体外预应力加固法、粘贴钢板法等方法，虽然加固效果比较显著，但也出现了各种弊端，比如减少涵洞净空、间接渗水和承载强度不够等。钢波纹板加固技术的快速发展，整合上述施工方法的优点，同时有效的避免了整治工作的“后遗症”。

钢波纹板是由合金钢板在车间轧制而成，单向成波形，在施工现场通过拼装定型，具有非常强的适应纵向变形能力。钢波纹板加固整治技术也是利用增大截面尺寸来提高抗弯刚度的，但由于钢波纹板本身具有很强的刚度，实施过程中可以最大限度的保留原涵洞的净空尺寸，实际施工中波纹板离涵洞内墙表面5cm即可保证整修效果。

2  钢波纹板技术适用的涵洞病害

钢波纹板技术在涵洞整修中主要应用于涵身主体的病害整治，相关病害类型有：盖板涵的盖板或框架涵的顶板掉块、腐蚀、露筋;侧墙的裂缝、混凝土剥落、露筋;盖板涵的沉降缝脱落渗水;加固浆砌片石墙身等。钢波纹板涵洞整修技术的应用，对于通行涵洞病害的整治及通道内主体防护具有非常典型的意义，整修后的涵洞不仅承载能力可靠，而且波纹板材料具有整体严密防水、耐腐蚀、抗冲撞等优点。

3  钢波纹板涵洞整修案例选择

本文以朔黄铁路运煤专线在河北省沧州市内几座通行涵洞的整修为实例，介绍钢波纹板技术在铁路涵洞整修施工中的应用，总结本项技术的施工工艺和实施要点。案例涵洞为跨度5m～6m的通行涵洞，净高4m以上，普遍存在内表面混凝土剥落、露筋、沉降缝脱落等病害情况。前期考虑线路运量不断加大，涵洞将持续承受最大30t軸重重车等运营因素，通过方案比选采用钢波纹板加固技术进行整修。设计阶段利用三维激光扫描，对涵洞断面尺寸进行扫描，根据扫描结果对采用的波纹板进行结构设计，并通过模型受力模拟分析最终确定钢波纹板结构截面尺寸和板材规格。本案例设计采用200×55波形波纹板，Q345钢材，钢板厚8mm，抗拉设计值为310MPa，外镀锌84um以上，根据结构尺寸在厂家进行波纹板分段定型轧制，施工现场拼装使用，波纹板的搭接采用二排M20高强螺栓连接，螺栓间距10cm，在荷载最大的倒角处，螺栓满足承载力要求。

4  钢波纹板涵洞整修技术的施工工艺

4.1  既有涵洞监测

涵洞整修前在重车线下对加固前的既有涵洞结构受力情况以及变形情况进行监测，监测点布置在重车线下方盖板（或顶板）跨中位置，监测不少于5次列车的有效数据。收集监测数据留存资料，待整修完成后，对比新结构的监测数据考察整修成果。

4.2  基坑开挖

将原涵洞内铺砌面沿边墙开挖，深度到原框构涵底面，如果既有路面至框构涵底板顶面高度小于30cm，需凿出部分基础混凝土，保证新做波纹管涵基础高度大于等于30cm，开挖宽带40cm。

4.3  基础制作

基坑开挖完成后，植入直径不小于20mm的HRB400抗剪钢筋，横向间距25cm，纵向间距50cm，交错布置。抗剪钢筋植入原基础深度30cm，外露不小于15cm，所有植筋锚固需满足设计强度，用以保证新筑基础与既有基础连结可靠。同时在既有涵底板顶面植M20高强螺栓，间距20cm，用于连接角钢。使用140×140×10mm的等边角钢作为钢波纹板结构的涵管承载，在角钢一肢上按20cm间距打孔，开孔后将角钢安装到所植M20高强螺栓上，使角钢固定。在角钢另一肢上按20cm间距打孔，以便使波纹板与角钢固定。角钢上两肢上的螺栓孔要交错布置。通过调整预埋螺栓上的两螺母，使角钢达到预定标高。钢筋、预埋螺栓、角钢全部安装完成后支模浇筑钢波纹板结构的基础混凝土。

4.4  涵洞内部处理

在安装波纹板前，需对原涵洞的内侧混凝土表面进行凿毛、清洗处理，清除既有混凝土表面的剥落、酥松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土。凿除老化、脱落的沉降缝，将缝内的杂物处理干净，并用高压水枪冲洗。待沉降缝干燥后，重新填充沥青木板和沥青浸制麻筋。安装快速膨胀型橡胶止水条，然后嵌缝。对沉降缝整治完后，路堤涵洞在既有涵洞顶板底面的沉降缝位置处，沿沉降缝布设横向排水半管并用卡扣固定，通过横向排水半管将水导入侧墙顶部的纵向排水整管，通过纵向排水管将水引至涵洞外;同时在排水半管与涵洞顶板底面中间铺设土工布，排水管之间通过连接头连接。路堑式涵洞需将横向排水半管沿边墙延长到基础顶面，纵向排水管布设于基础顶面。

4.5  钢波纹板安装

波纹板根据涵洞尺寸每环分为三至五种板型，相邻环间板材的搭接位置要相互错开。波纹板运至现场后分类堆放，根据现场情况，在涵洞的出口或入口搭设好脚手架及罩棚，开始拼装。拼接第一圈板时，顺序为顺时针方向，拼装完成后沿角钢轨道向涵洞内推入一段，露出涵轴方向的搭接部分。继续按装第二圈，此时拼装顺序为逆时针方向，拼装完成后再向涵洞内推入一段，留够搭接长度后再进行第三圈波纹板的拼装，拼装方向同第一圈，依次类推，直至全部波纹板安装完成。全部推进就位后将波纹板围成的管涵与角钢用螺栓固定。同时波纹板材的搭接要特别注意密封性检查，在搭接部分板材上涂抹密封胶，然后进行螺栓连接，螺栓连接牢靠后再次进行密封处理。

4.6  管涵注浆

钢波纹板管涵全部安装完毕后将涵洞两端堵死，使用微膨胀水泥浆进行注浆，保证注浆质量。本案例中在涵洞出入口两端各设置一道20cm宽的240砖墙对缝隙进行封堵，并在上部的两个梗肋位置各预留一个50mm注浆管，注浆管长度5m。波纹板围成的管涵顶部位置预留两个排气管，长度不小于5m。

4.7  钢波纹板结构二次防腐处理

对施工完成后的钢波纹板结构外露外表面全部涂刷氟碳漆两遍，尤其是高强螺栓、搭接部分以及镀锌层破损处需重点涂刷。

4.8  波纹板结构监测

为保证加固整修效果，得到結构真实受力状态，施工完成后，布设钢波纹板结构应力测点及竖向位移测点，并测试不少于5次列车有效数据，通过与施工前原涵洞监测数据对比，检查钢波纹板结构的工作受力状态是否正常，同时可以检验钢波纹板构成的管涵结构与既有涵洞是否有效结合、结构内是否有注浆空洞。

5  钢波纹板涵洞整修技术施工效果

（1）运用钢波纹板技术进行整修后的涵洞，外观整洁密实，无漏水漏浆现象。（2）在重列通过时，通过技术手段测得的钢波纹板结构各部位的内力值较小，即可得结论：钢波纹板结构的内力储备较大。同时重列通过时，监测的顶板垂直变形量也较整修前发生了极大的减小，本案例中的盖板涵此现象尤为明显，分析原因为：注浆层分担了部分列车荷载，加上钢波纹板自身的抗弯刚度较大，抑制了顶板的垂直变形。（3）高强螺栓连接处经现场检测无失效现象，波纹板结构的整体性得到保证。

6  总结

波纹板技术在铁路涵洞整修施工中的应用是成功的，各项技术指标满足设计要求，得到了使用者的好评。从施工过程可以看出，本项技术施工工艺简单、工期大大缩短、节约成本，对于铁路加固整修甚至抢修项目意义重大。单独使用的钢波纹板结构承载能力巨大，注浆时无需外部支撑，且在后期使用中仍具有较大的能力储备。如果钢波纹板再配合钢筋、型钢等其他承力结构，必要时辅以外部支撑，本项技术在其他更大、更复杂的工程项目中必将发挥出更大的推进和创新作用。

参考文献：

[1] 徐日雄.公路涵洞加固方法探讨与实例[J].交通世界，2016（24）：58～59+120.

[2] 李欣欣. 钢波纹板桥涵设计与实例分析[D].华南理工大学，2013.

[3] 邹文浩，付兵先，马伟斌，李尧，郭小雄，安哲立.新型铁路涵洞病害整治技术研究[J].铁道建筑，2018（1）：10～13.

[4] 尚培培.既有重载铁路病害涵洞波纹板加固技术[J].铁道建筑，2017（8）：50～53.

[5] 王欣.金属波纹管施工技术[J].建材技术与应用，2011（3）：10～12+17.

[6] 马慧君，田四明，付兵先，马伟斌，叶阳升.波纹管（板）在铁路工程中的技术应用与发展[J].中国铁路，2019（1）：91～101.