一种用于铁路涵洞的加固结构和加固方法

技术领域

本发明属于铁路涵洞加固技术领域，特别涉及一种用于铁路涵洞的加固结构和加固方法。

背景技术

近年来，我国重载铁路在实际运行的过程中，由于重载列车长时间的冲击涵洞开始出现了开裂现象、露筋现象与掉块现象等，导致涵洞内部漏水、积水，甚至还会出现基础结构变形现象、松软现象与下沉现象，严重影响行车的安全性，因此在既有重载铁路病害涵洞方面应重点引进现代化的加固技术，提升结构的稳定性和稳固性，预防发生安全风险隐患问题。

既有铁路涵洞加固是一项非常复杂的系统工程，尤其是当铁路线路运营繁忙时，增加了加固工程的难度。

如何设计一种用于铁路涵洞的加固结构，如何在确保整体加固的效果、性能符合标准的同时，降低加固工程的难度，成为急需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于铁路涵洞的加固结构和加固方法，用于解决现有技术中铁路涵洞加固难度大，并且不能保证整体加固的效果的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于铁路涵洞的加固结构，包括波纹钢层、角钢、封口墙和膨胀水泥加固层；

所述波纹钢层安装在既有涵洞内部，所述波纹钢层由波纹钢单体拼接而成，相邻所述波纹钢单体之间通过紧固螺栓连接；

所述角钢的一肢与波纹钢层的底端固定，所述角钢的另一肢与既有涵底板固定；

所述封口墙由砖块砌筑在既有涵洞端口形成，所述封口墙、波纹钢层和既有涵洞之间形成灌注空间；

所述膨胀水泥加固层由灌注在灌注空间内部的微膨胀水泥固结而成。

通过采用这种技术方案：在既有涵洞的内部使用波纹钢单体在既有涵底板上拼装成波纹钢层，并在涵底板上对应波纹钢层的底部安装角钢实现波纹钢层的固定，然后在既有涵洞的端口位置通过砖块砌筑形成封口墙，使得封口墙、波纹钢层和既有涵洞之间形成灌注空间，为膨胀水泥加固层的形成提供前提，最后向封口墙、波纹钢层和既有涵洞之间形成的灌注空间内部灌注微膨胀水泥固结形成膨胀水泥加固层实现既有涵洞的加固；采用波纹钢配合封口墙与既有涵洞之间形成灌注空间，再向灌注空间内部灌注微膨胀水泥实现既有涵洞的加固的方式，降低了涵洞的加固难度，并可以保证实际工程的安全可靠性；波纹钢本身具有较强的支撑强度，并且可以进行预拼装，可以在配合微膨胀水泥保证加固强度的同时，缩减施工时间，增加既有涵洞的加固效率；波纹钢形成涵洞内表面，本身的波纹造型具有一定的审美价值。

于本发明的一实施例中，涵洞轴向方向的相邻所述波纹钢单体错位设置，相邻所述波纹钢单体连接位置处夹设有密封层。

通过采用这种技术方案：涵洞轴向方向的相邻波纹钢单体错位设置连接后，具有较强的连接稳定性，可以增加波纹钢层的支撑强度；相邻波纹钢单体连接处夹设密封层可以保证波纹钢单体衔接位置处的密封性，降低连接位置处渗水的概率。

于本发明的一实施例中，所述紧固螺栓与波纹钢单体外壁之间垫设有与波纹钢单体外形匹配的垫圈。

通过采用这种技术方案：通过在紧固螺栓与波纹钢单体之间垫设垫圈来增加紧固螺栓连接的稳定性，可以降低紧固螺栓松动的概率。

于本发明的一实施例中，既有所述涵底板上浇筑有混凝土基础，所述混凝土基础由浆体固结在角钢的两端形成。

通过采用这种技术方案：混凝土基础可以实现角钢的固定，从而保证角钢位置的稳定性，进而增加波纹钢层连接的稳定性，增加对涵洞的加固效果。

于本发明的一实施例中，既有所述涵底板上打设有抗剪短筋，所述抗剪短筋的上端伸出涵底板的顶面，且抗剪短筋的上端一体固结在混凝土基础的内部。

通过采用这种技术方案：通过在涵底板上打设抗剪短筋来增加混凝土基础与既有涵底板之间的连接强度，避免混凝土基础松动导致波纹钢层不稳定，进而影响涵洞的加固效果。

一种用于铁路涵洞的加固方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.基坑开挖：将原涵洞内路面沿墙边开挖，深度到既有涵底板顶面；

S2.基础制作：在既有涵底板顶面植高强螺栓，然后将角钢的一肢安装到所植高强螺栓上，在角钢的端部两侧既有涵底板上植抗剪短筋，并支模浇筑混凝土形成混凝土基础完成角钢的固定；

S3.既有涵洞内壁处理：对既有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杂质；

S4.波纹钢安装：波纹钢单体按顺时针方向使用紧固螺栓拼装成一圈，拼装完成后以角钢为轨道向涵洞内推入一段；继续安装第二圈，将第二圈与第一圈使用紧固螺栓固定后再向涵洞内推入一段，以此类推，全部推进就位后将由波纹钢单体连接后形成的波纹钢层底端与角钢用螺栓固定；

S5.封堵墙砌筑：使用砖块在既有涵洞的端口处砌筑封口墙，并在封口墙上预留观察孔、注浆孔和排气孔；

S6.灌浆：由封口墙上的注浆孔采用自上而下的注浆方式向由封口墙、波纹钢层和既有涵洞内壁间形成的灌浆空间内部注入微膨胀水泥，注入过程中，由观察孔观察水泥注入高度，并在水泥液面高出观察孔时对观察孔进行及时封堵，直至水泥由顶部溢出为止，等待微膨胀水泥固结为膨胀水泥加固层，完成加固施工。

于本发明的一实施例中，S3步骤还包括：凿除老化、脱落的沉降缝，将沉降缝内的杂物清理干净之后，进行沉降缝的填补。

通过采用这种技术方案：增加铁路涵洞加固过程中的沉降缝处理，避免沉降缝对整体的加固效果造成影响。

如上所述，本发明的一种用于铁路涵洞的加固结构和加固方法，具有以下有益效果：采用波纹钢、端口墙和微膨胀水泥配合完成既有涵洞的加固，既能够保证既有涵洞的加固强度，又能够保证实际工程的安全可靠性；波纹钢可以进行预拼装，降低了加固工程的难度，并能够缩减施工时间，增加既有涵洞的加固施工效率；使用微膨胀水泥作为中间加固层，除了能够完成涵洞的加固之外，还能够实现涵洞内壁坑洞的填补；波纹钢和端口墙均具有规则的纹路，本身具有一定的审美价值；推广应用具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的波纹钢加固剖面示意图。

图2是图1的A处放大图。

图3是本发明的封口墙位置示意图。

图4是本发明的波纹钢加固涵轴纵断面示意图。

图5是本发明的波纹钢层平面展开图。

图6是本发明的波纹钢单体连接结构示意图。

图7是本发明的施工步骤图。

图中：1.涵底板；2.波纹钢层；21.波纹钢单体；22.紧固螺栓；23.密封层；3.混凝土基础；4.膨胀水泥加固层；5.角钢；6.抗剪短筋；7.封口墙。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1-7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1-6，本发明提供一种铁路涵洞的加固结构，包括波纹钢层2、角钢5、封口墙7和膨胀水泥加固层4；通过采用这种技术方案：波纹钢层2、角钢5、封口墙7和膨胀水泥加固层4为铁路涵洞加固的主要组成结构。

波纹钢层2安装在既有涵洞内部，波纹钢层2由波纹钢单体21拼接而成，相邻波纹钢单体21之间通过紧固螺栓22连接；通过采用这种技术方案：波纹钢层2由波纹钢单体21通过紧固螺栓22连接而成，波纹钢层2的预制难度较低，可以节省大量的工时。

进一步的，涵洞轴向方向的相邻波纹钢单体21错位设置，相邻波纹钢单体21连接位置处夹设有密封层23；通过采用这种技术方案：涵洞轴向方向的相邻波纹钢单体21错位设置连接后，具有较强的连接稳定性，可以增加波纹钢层2的支撑强度；相邻波纹钢单体21连接处夹设密封层23可以保证波纹钢单体21衔接位置处的密封性，降低连接位置处渗水的概率。

进一步的，紧固螺栓22与波纹钢单体21外壁之间垫设有与波纹钢单体21外形匹配的垫圈。通过采用这种技术方案：通过在紧固螺栓22与波纹钢单体21之间垫设垫圈来增加紧固螺栓22连接的稳定性，可以降低紧固螺栓22松动的概率。

角钢5的一肢与波纹钢层2的底端固定，角钢5的另一肢与既有涵底板1固定；通过采用这种技术方案：通过角钢5实现波纹钢层2与涵底板1的连接固定，保证波纹钢层2自身安装的稳定性，进而增加支撑稳定性。

进一步的，既有涵底板1上浇筑有混凝土基础3，混凝土基础3由浆体固结在角钢5的两端形成；通过采用这种技术方案：混凝土基础3可以实现角钢5的固定，从而保证角钢5位置的稳定性，进而增加波纹钢层2连接的稳定性，增加对涵洞的加固效果。

进一步的，既有涵底板1上打设有抗剪短筋6，抗剪短筋6的上端伸出涵底板1的顶面，且抗剪短筋6的上端一体固结在混凝土基础3的内部。通过采用这种技术方案：通过在涵底板1上打设抗剪短筋6来增加混凝土基础3与既有涵底板1之间的连接强度，避免混凝土基础3松动导致波纹钢层2不稳定，进而影响涵洞的加固效果。

封口墙7由砖块砌筑在既有涵洞端口形成，封口墙7、波纹钢层2和既有涵洞之间形成灌注空间。通过采用这种技术方案：通过砌筑封口墙7，使其与波纹钢层2和既有涵洞之间形成灌注空间，为膨胀水泥加固层4的行程提供前提。

膨胀水泥加固层4由灌注在灌注空间内部的微膨胀水泥固结而成。通过采用这种技术方案：通过向灌注空间内部灌注微膨胀水泥固结形成膨胀水泥加固层4，实现波纹钢层2与既有涵洞之间空间的填补，并使得波纹钢层2间接提供既有涵洞的支撑，实现对既有涵洞的加固。

请参阅图1-7，本发明提供一种用于铁路涵洞的加固方法，包括如下步骤：

S1.基坑开挖：将原涵洞内路面沿墙边开挖，深度到既有涵底板1顶面；

S2.基础制作：在既有涵底板1顶面植高强螺栓，然后将角钢5的一肢安装到所植高强螺栓上，在角钢5的端部两侧既有涵底板1上植抗剪短筋6，并支模浇筑混凝土形成混凝土基础3完成角钢5的固定；

S3.既有涵洞内壁处理：对既有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杂质；

S4.波纹钢安装：波纹钢单体21按顺时针方向使用紧固螺栓22拼装成一圈，拼装完成后以角钢5为轨道向涵洞内推入一段；继续安装第二圈，将第二圈与第一圈使用紧固螺栓22固定后再向涵洞内推入一段，以此类推，全部推进就位后将由波纹钢单体21连接后形成的波纹钢层2底端与角钢5用螺栓固定；

S5.封堵墙砌筑：使用砖块在既有涵洞的端口处砌筑封口墙7，并在封口墙7上预留观察孔、注浆孔和排气孔；

S6.灌浆：由封口墙7上的注浆孔采用自上而下的注浆方式向由封口墙7、波纹钢层2和既有涵洞内壁间形成的灌浆空间内部注入微膨胀水泥，注入过程中，由观察孔观察水泥注入高度，并在水泥液面高出观察孔时对观察孔进行及时封堵，直至水泥由顶部溢出为止，等待微膨胀水泥固结为膨胀水泥加固层4，完成加固施工。

于本发明的一实施例中，S3步骤还包括：凿除老化、脱落的沉降缝，将沉降缝内的杂物清理干净之后，进行沉降缝的填补。通过采用这种技术方案：增加铁路涵洞加固过程中的沉降缝处理，避免沉降缝对整体的加固效果造成影响。

具体实施时，将原涵洞内路面沿墙边开挖，深度到既有涵底板1顶面；在既有涵底板1顶面植高强螺栓，然后将角钢5的一肢安装到所植高强螺栓上，在角钢5的端部两侧既有涵底板1上植抗剪短筋6，并支模浇筑混凝土形成混凝土基础3完成角钢5的固定；对既有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杂质；波纹钢单体21按顺时针方向使用紧固螺栓22拼装成一圈，拼装完成后以角钢5为轨道向涵洞内推入一段；继续安装第二圈，将第二圈与第一圈使用紧固螺栓22固定后再向涵洞内推入一段，以此类推，全部推进就位后将由波纹钢单体21连接后形成的波纹钢层2底端与角钢5用螺栓固定；使用砖块在既有涵洞的端口处砌筑封口墙7，并在封口墙7上预留观察孔、注浆孔和排气孔；由封口墙7上的注浆孔采用自上而下的注浆方式向由封口墙7、波纹钢层2和既有涵洞内壁间形成的灌浆空间内部注入微膨胀水泥，注入过程中，由观察孔观察水泥注入高度，并在水泥液面高出观察孔时对观察孔进行及时封堵，直至水泥由顶部溢出为止，等待微膨胀水泥固结为膨胀水泥加固层4，完成加固施工。

综上所述，本发明的一种用于铁路涵洞的加固结构和加固方法，具有以下有益效果：采用波纹钢、端口墙7和微膨胀水泥配合完成既有涵洞的加固，既能够保证既有涵洞的加固强度，又能够保证实际工程的安全可靠性；波纹钢可以进行预拼装，降低了加固工程的难度，并能够缩减施工时间，增加既有涵洞的加固施工效率；使用微膨胀水泥作为中间加固层，除了能够完成涵洞的加固之外，还能够实现涵洞内壁坑洞的填补；波纹钢和端口墙7均具有规则的纹路，本身具有一定的审美价值；推广应用具有良好的经济效益和社会效益。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。