摘要：波纹钢结构是一种工厂标准化生产、现场施工周期短、耐久性好的结构。本文结合西藏某波纹钢棚洞结构防冰雪棚洞先导试验段，分析了波纹钢棚洞在高海拔地区的设计思路，阐述了波纹钢棚洞在高海拔地区的工程应用情况。经工程实践表明，波纹钢棚洞结构在高海拔恶劣气候条件下，能够满足抗冰雪灾害及抵抗落石的要求，证明先导试验段是可行的。
关键词：装配式；波纹钢棚洞结构；高海拔
1 序言
波纹钢是在钢板上轧制出波纹，使其惯性矩明显提高，结构刚度增加，从而使结构承载能力明显提高[1]。目前，波纹钢材料在已经得到大量应用于管涵，但使用跨径一般较小，但波纹钢在较大跨径中的应用仍比较少，相关的设计计算方面的研究也不多。本文结合实际工程，探讨波纹钢棚洞结构在高海拔恶劣气候条件下的应用情况。
2 工程概况
依托工程位于某新建边防公路，海拔4200m—4500m，部分路段在每年11月至次年4月，均处于积雪覆盖状态，同时路基边坡坍塌等地质病害频发且规模较大，经常导致道路中断，甚至危及驾乘人员的生命，严重影响沿线军民的生活与后勤保障。原计划采用钢筋混凝土矩形框架式棚洞，现场浇筑施工，但施工速度较慢，造价更高，对沿线军民影响较大，经过比选后，改用了工厂标准化生产、现场拼装的波纹钢棚洞结构。
3 设计计算
板片断面线性直接影响截面内力分布和大小，合理的断面线性可降低荷载产生的偏心弯矩。合理的断面线性应基本和荷载压力线重合，目前多采用恒载压力线确定断面线性。断面线性包含圆曲线、抛物线、悬链线。圆弧作为断面线性，对应的压力线为所受荷载由顶部向拱脚逐渐减小。竖向均布荷载下多抛物线作为断面线性型。所受荷载由顶部向拱脚逐渐减小时多使用悬链线作为合理断面线性。近似认为积雪均匀堆积于棚洞顶面，在自重、外界风力等作用下，边缘附近积雪在自重竖向分力或外界风力作用下部分塌落最终形成顶部自重最大，向顶部外缘逐渐减小。因此，选用圆弧作为断面线性，其造型美观，板片制作也较抛物线、悬链线方便。
为满足[2] [3]要求及现场地形，尽可能节约造价，最终确定采用三圆弧搭接。最终结构断面如图1所示，采用三圆弧波纹钢拼装板，拼装板与基础连接处跨径9m（路面宽7.5m），净高4.5m。波纹钢板采用Q235材质，300mm×110mm×5mm（波长×波高×板厚），为满足照明与通风要求，拱部左右两侧每隔4米开有150×60cm的窗口，板片间采用10.9级M22螺栓连接，板片预埋于混凝土基础预留口中，后浇形成整体。
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图1结构横断面示意图
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图2 板片分段展开示意图
根据有限元分析结果，在零弯矩点附近分段且避开三圆弧连接处，每断面分为4个板片（其中A板片分有窗口和无窗口两种形式），板片分段示意如图2。
根据《公路桥涵用波形钢板》（JT/T710—2008）、《公路交通工程钢构件防腐技术条件》（GB/T18226—2015），采用表面热镀锌进行防腐处理，板片镀锌量不小于600g/m2，螺栓、螺母等连接件镀锌量不小于350g/m2，连接件强度大于板片强度。用专用密封胶条封填板缝搭接处及螺栓连接处，以防波纹板连接处漏水。安装完成后，外表面喷涂防腐沥青。
基础根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），按照墙下条形基础进行设计配筋。
4 施工工艺
首先，进行基础混凝土浇筑，基础采用C30砼，预留连接固定波纹板与其基础的凹槽。凹槽位置应保证沿道路中线左右平行对称，偏差距离不得大于15mm，以免影响后续波纹钢板片安装。
在混凝土基础强度达到设计强度的80%时，可开始波纹钢板片安装。安装前，应预先在基础凹槽中放置支撑工字钢或混凝土垫块，并预先将地锚安装于板片。测量放样确定支撑标高。为加快安装速度，现场采用了预先在地面将板片拼接成环，吊车整环吊装放置于槽口中，检查标高位置等符合设计要求后，固定板片，再次紧固拼接螺栓与防水橡胶条。
拼装完成若干环后，浇筑预留凹槽，最后在外表面喷涂防腐沥青。
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基础（预留凹槽） 浇筑预留凹槽 成洞图
图3 施工现场图
5 结论与建议
本文以某实际工程为背景，对装配式波纹钢结构在西藏高海拔的应用展开了探索。现场实践表明，在海拔4200-4300m，仅需一台吊车和7-8名安装工人的情况下，施工速度可达到4-5m/天，证实了其施工速度快的优点。波纹钢棚洞结构在高海拔恶劣气候条件下，能够满足抗冰雪灾害及抵抗落石的要求。
参考文献：
[1]李祝龙．公路钢波纹管涵设计与施工技术[M]．北京：人民交通出版社，2007．
[2]交通运输部．JTG B01-2014公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，2014．
[3]交通运输部．JTG D01-2004公路隧道设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．
论文作者:李延辉1,2,李光辉1,2
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/29
标签：波纹论文; 断面论文; 线性论文; 结构论文; 凹槽论文; 基础论文; 荷载论文; 《基层建设》2020年第2期论文;