一种用于波纹钢板管道结构的变形缝装置
阅读说明：本技术 一种用于波纹钢板管道结构的变形缝装置 (Deformation joint device for corrugated steel plate pipeline structure ) 是由 徐成林 徐刚 徐静 李荣海 于 2021-01-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及了埋置管道、通道、桥涵工程领域中的一种用于波纹钢板管道结构的变形缝装置,包括第一波纹钢板管道结构体、第二波纹钢板管道结构体、遇水膨胀密封胶带、护板、套筒以及变形滑板；变形滑板设置有长孔,该长孔平行于波纹钢板管道结构体的轴线方向；高强螺栓依次穿过波纹钢板管道结构体、套筒、变形滑板上的长孔和护板的通孔后与螺母相固定；套筒的底端与波纹钢板管道结构体的外圆周面相接,套筒的顶端与护板的下表面相接,套筒的高度大于变形滑板的厚度,使得变形滑板便于滑动。本发明的结构,可以满足水平、垂直变形且具有较强防渗漏功能的装置,具有结构简单、造价低和安装方便等特点。(The invention relates to a deformation joint device for a corrugated steel plate pipeline structure in the field of embedded pipelines, channels and bridge and culvert engineering, which comprises a first corrugated steel plate pipeline structure body, a second corrugated steel plate pipeline structure body, a water-swelling sealing adhesive tape, a guard plate, a sleeve and a deformation sliding plate, wherein the first corrugated steel plate pipeline structure body is provided with a first corrugated steel plate groove; the deformation sliding plate is provided with a long hole which is parallel to the axial direction of the corrugated steel plate pipeline structure body; the high-strength bolt sequentially penetrates through the corrugated steel plate pipeline structure body, the sleeve, the long hole in the deformation sliding plate and the through hole of the protective plate and then is fixed with the nut; the bottom end of the sleeve is connected with the outer circumferential surface of the corrugated steel plate pipeline structure body, the top end of the sleeve is connected with the lower surface of the guard plate, and the height of the sleeve is larger than the thickness of the deformation sliding plate, so that the deformation sliding plate is convenient to slide. The structure of the invention can meet the requirements of horizontal and vertical deformation and has a device with a strong anti-seepage function, and has the characteristics of simple structure, low manufacturing cost, convenient installation and the like.)
技术领域
本发明涉及用于埋置式波纹钢管道、通道、桥涵、地铁工程领域的波纹钢板管道结构的变形缝装置，用于防止地基不均匀沉降和由于温度变化引起的波纹钢结构的伸缩、沉降。
背景技术
18世纪80年代英国第一个使用波纹管，美国于19世纪末也率先研究了波纹通道、涵管的可行性，并在涵洞工程中首先得到应用。20世纪初位于英国苏格兰丁堡附近的农田灌溉首次应用波纹板涵洞，1923年美国铁路工程协会对伊利诺斯州中央铁路的波纹板通道进行了测试，20世纪20年代年在煤矿建设之中加拿大首次应用波纹管，在20世纪30年代初澳大利亚首次建成了一座跨径为8米的波纹管(板)汽车通道，20世纪九十年代，《日本高速公路设计规范》编写了波纹管设计技术规范。波纹管在全世界各个国家的广泛使用证明了此类结构物不但具有非常广泛的适用性，而且其寿命己远远超过了其设计寿命。
无论是在美国还是加拿大等许多国家，波纹管涵洞被广泛的应用于各种公路工程甚至是高速公路工程中，其施工设计手册更是层出不穷，并由此积累了更加成熟的波纹管的施工设计方法与经验，其中大多数设计方法依然较为保守。根据目前国外的研究与应用，关于钢波纹管涵洞受力伸缩和变形的研究不多。
我国建国以后也曾经有过波纹管的应用，20世纪50年代在青藏公路的建设中，曾经在抢修过程中使用过波纹管洞，直至70年代时挖掘出土，其依然能够正常使用。1965年，二战时期美国安装的钢波纹管过水洞在滇缅公路被挖出。1998年秋天，一个直径为1米的波纹管涵洞在上海挖出，至今已有近50年的历史，据调查为当时使用的军事便道。后来由于各种经济和政治原因，波纹管涵洞没有能够得到更多的设计和使用，1978年以后，国家经济开始复苏，特区深圳、煤炭产地山西等均进口了波纹管并将其应用于大量的涵洞工程；直到20世纪90年代末期我国才正式在公路工程中应用。
在1996-1999的3年间，在青藏公路工程中，中交第一公路察设计研究院通过使用3处金属波纹管涵洞工程，成功地解决了在冻土地区由冻胀和融沉致使涵洞产生病害甚至破坏的重大难题。
20世纪90年代末，钢质波纹板通道被应用在了上海浦东国际机场及四号地铁线中，其主要性状多呈拱形、圆弧形或椭圆形，板厚度从2.5毫米到12毫米不等，这样的质波板通道可应用于涵洞及公路通道等，大大的减少了因软地基导致的结构物沉降不均等现象的出现。
大兴安岭加漠公路由于多年的冻土及少数地区的混地等不良地质的现象而导致的涵洞基础稳定性问题，后来采用了波纹管涵洞来适应因多年冻退化而引起的变形和沉降，其中一共修进了100余道，镀锌板厚1.0-2.5mm，波距为68mm，孔径为1.0m，波高为13mm的波纹管涵洞。在其正常运营1年多以后，对波纹管涵洞进行了全面系统的调查，发现除了少许部分防水处理不好、基础处理不理想、因施工不当发生了不均匀沉降变形，涵洞自身有积水或者渗水现象以外，绝大多数波纹管涵洞的状态都很好，而且目前没有发现一处因构造原因而产生的破坏。
因青康公路姜路岭清水河段属于极其典型的退化多年冻土分布区，使得这一路段冻土温度相对较高，且冻土区分布不均，多年冻土长于融区交错分布，致使该路段的涵洞多有错胎、涵台开裂、铺砌破损、翼墙倾覆、洞身裂缝等现象。究其原因多为基础埋置过浅或融沉反复作用和冻胀导致。为了防止以上现象的出现，避免涵洞过早的遭到破坏，2000年我国试用成功了直径为150厘米的钢质锌波纹管。这一研究成果与2001至2002年间被推广至西宁久治公路、二指哈拉山至佘海公路、花石峡至达日公路等，截至2002年，这几条公路共使用418道波纹管涵洞，总计8231.19米，其直径分布在150厘米到250厘米之间，波纹管壁厚从高原来的3毫米增加至5毫米，洞顶的填土高度则从原来的100厘米大幅度增加至约1700厘米。
波纹钢板管道结构，是指管道周边采用结构性回填材料压实，以保证土与管道结构物相互作用，共同承担荷载的桥跨结构(如：圆管涵洞、拱形桥、地铁、隧道、通道、管道等)，波纹钢板，是指采用热轧钢板、按照规定的尺寸，经过波形轧制及冷弯加工而制成的一种波形板状材料。目前国内外对波纹钢结构设计、施工的研究主要是针对如下内容：
(1)波纹钢结构承载能力极限状态下的抗压应力研究；
(2)波纹钢结构在施工、运营过程中，塑性铰情况下的抗弯压应力的研究；
(3)波纹钢结构纵缝螺栓连接螺栓强度要求的研究；
(4)波纹钢结构在运输过程中柔度要求的研究。
(5)波纹钢管道在地基不均匀沉降时变形的研究。
2019年12月16日，由中交第二公路勘察设计研究院有限公司等单位主编、中国工程建设标准化协会发布的《公路波纹钢涵洞技术规程》T/CECS:D66-01-2019是目前国内波纹钢结构设计、施工最权威的技术规程，但该规程对波纹钢结构本体的伸缩、沉降没有给出具体规定。
目前国内由权威部门编写，代表了国内最高水平的波纹钢结构设计、施工手册《波纹钢埋置式结构设计施工手册》也没有对波纹钢结构本体的伸缩、沉降给出具体规定，由此可知，波纹钢结构自身受温度、外力作用的伸缩和沉降研究难度较大，需要不断的探索和攻关。
目前国内已在市场投入使用的几种连接装置，防水效果差、构造复杂且投资较高。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种可以满足水平、垂直变形且具有较强防渗漏功能的装置，具有结构简单，造价低，现场安装方便等特点。
本发明所采取的技术方案为：
一种用于波纹钢板管道结构的变形缝装置，包括第一波纹钢板管道结构体9、第二波纹钢板管道结构体10以及用于密封第一波纹钢板管道结构体9与第二波纹钢板管道结构体10接口处的密封胶带5，接口处的相邻左侧为第一波纹钢板管道结构体9的第一波峰，接口处的相邻右侧均为第二波纹钢板管道结构体10的第一波峰，其特征在于:还包括设置有通孔的护板3、套筒4以及设置在第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10的外圆周面的变形滑板1；在与第一波纹钢板管道结构体9第一波峰相对应的变形滑板1位置处以及与第二波纹钢板管道结构体10第一波峰相对应的变形滑板1位置处均设置有长孔，该长孔平行于波纹钢板管道结构体的轴线方向；高强螺栓6依次穿过波纹钢板管道结构体、套筒4、变形滑板1上的长孔和护板3的通孔后与螺母7相固定；套筒4的底端与波纹钢板管道结构体的外圆周面相接，套筒4的顶端与护板3的下表面相接，套筒4的高度大于变形滑板1的厚度，使得变形滑板1便于滑动。
作为本发明的进一步改进，在第一波纹钢板管道结构体9的第一波峰和接口处之间设置有第一波纹钢板管道结构体9的第一波谷，在第二波纹钢板管道结构体10的第一波峰和接口处之间设置有第二波纹钢板管道结构体10的第一波谷，密封胶带5的一端固定在第一波纹钢板管道结构体9的第一波谷位置处，密封胶带5的另一端固定在第二波纹钢板管道结构体10的第一波谷位置处。
作为本发明的进一步改进，密封胶带5的一端通过高强螺栓6固定在第一波纹钢板管道结构体9的第一波峰位置处，密封胶带5的另一端通过高强螺栓6固定在第二波纹钢板管道结构体10的第一波峰位置处。
作为本发明的进一步改进，所述的变形滑板1的中部设有倒U形状凸起或U形状凹槽。
作为本发明的进一步改进，所述的密封胶带5为具有弹性的橡胶密封带11和遇水膨胀层12构成的遇水膨胀密封胶带；所述的遇水膨胀密封胶带中间部位设有倒U型凸起，遇水膨胀密封胶带两边设计为圆型，并且圆型直径大于胶带最厚厚度。
作为本发明的进一步改进，所述的变形滑板为环绕在波纹钢板管道结构体外侧的筒状结构，长孔均布在变形滑板的外圆周上。
作为本发明的进一步改进，所述的密封胶带5通过高强螺栓6固定在波纹钢板管道结构体的内壁上。
作为本发明的进一步改进，高强螺栓6依次穿过密封胶带5、波纹钢板管道结构体、凸凹垫片8的通孔后与螺母7相固定；凸凹垫片8的底面与波纹钢板管道结构体接触面的形状相配。
作为本发明的进一步改进，第一波纹钢板管道结构体9与第二波纹钢板管道结构体10在接口处留有伸缩缝，遇水膨胀密封胶带中间部位的倒U型凸起与该伸缩缝相配。
作为本发明的进一步改进，所述套筒4的外形为圆形且其外径小于长孔的宽度或者所述套筒4的外形为正方形且其边长小于长孔的宽度。
本发明与现有技术相比，所取得的有益效果为：
1、在地基不均匀沉降时、在温差较大时、在车辆荷载、填土重力作用下，波纹钢板管道结构体将产生伸缩、沉降变形；当波纹管结构整体如不与上述伸缩变形或沉降变形同步，势必产生内部变形应力，如内部变形应力超出整体结构最大允许值时，波纹管结构整体将破坏；通过利用本发明能够消除伸缩或沉降变形引发的变形应力作用，从而避免整体结构破坏。
2、本发明用于波纹管管道、桥涵在温差变化较大或在地基不均匀沉降和车辆荷载作用下，能够满足结构伸缩和沉降的要求，因此避免整体结构破坏，能够保证工程质量。
3、本发明在设计中采用遇水膨胀密封胶带软连接密封形式，在变形情况下采用遇水膨胀密封胶带遇水后膨胀，密封性能好，不漏水，因此避免地基结构破坏，延长整体工程寿命。
4、本发明具有结构简单，构件少、加工容易、成本低等特点，易被用户接受，有利于大规模应用和推广。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明接口处的局部放大示意图；
图3是变形滑板的周向展开示意图；
图4是遇水膨胀密封胶带压板的周向展开示意图；
图5是护板的俯视图；
图6是实施例中套筒的俯视图；
图7是遇水膨胀密封胶带结构示意图；
其中，1、变形滑板；2、遇水膨胀密封胶带压板；3、护板；4、套筒；5、遇水膨胀密封胶带；6、高强螺栓；7、螺母；8、凸凹垫片；9、第一波纹钢板管道结构体；10、第二波纹钢板管道结构体；11、橡胶密封带；12遇水膨胀层。
具体实施方式
下面，结合附图1-7和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种用于波纹钢板管道结构的变形缝装置，包括第一波纹钢板管道结构体9、第二波纹钢板管道结构体10、用于密封第一波纹钢板管道结构体9与第二波纹钢板管道结构体10接口处的密封胶带5、设置有通孔的护板3、套筒4以及设置在第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10的外圆周面的变形滑板1；接口处的相邻左侧为第一波纹钢板管道结构体9的第一波峰，接口处的相邻右侧均为第二波纹钢板管道结构体10的第一波峰，还包括在与第一波纹钢板管道结构体9第一波峰相对应的变形滑板1位置处以及与第二波纹钢板管道结构体10第一波峰相对应的变形滑板1位置处均设置有长孔，该长孔平行于波纹钢板管道结构体的轴线方向；高强螺栓6依次穿过波纹钢板管道结构体、套筒4、变形滑板1上的长孔和护板3的通孔后与螺母7相固定；套筒4的底端与波纹钢板管道结构体的外圆周面相接，套筒4的顶端与护板3的下表面相接，套筒4的高度大于变形滑板1的厚度，使得变形滑板1便于滑动。为了表达简便，文件中的“波纹钢板管道结构体”是指第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10。
为了更紧密连接，在高强螺栓6头部和波纹钢板管道结构体之间的螺杆上还配装有凸凹垫片8，凸凹垫片8的顶面与波纹钢板管道结构体接触面的形状相配。两个高强螺栓6之间的间距为L。第一波纹钢板管道结构体9与第二波纹钢板管道结构体10在接口处留有伸缩缝n(变形缝)，可以满足第一波纹钢板管道结构体9与第二波纹钢板管道结构体10热胀时所需最大值的需要。
实施例1中，在第一波纹钢板管道结构体9的第一波峰和接口处之间设置有第一波纹钢板管道结构体9的第一波谷，在第二波纹钢板管道结构体10的第一波峰和接口处之间设置有第二波纹钢板管道结构体10的第一波谷，密封胶带5的一端固定在第一波纹钢板管道结构体9的第一波谷位置处，密封胶带5的另一端固定在第二波纹钢板管道结构体10的第一波谷位置处。所述的密封胶带5通过高强螺栓6固定在波纹钢板管道结构体的内管壁上，具体为：高强螺栓6依次穿过密封胶带5、波纹钢板管道结构体、凸凹垫片8的通孔后与螺母7相固定；凸凹垫片8的底面与波纹钢板管道结构体接触面的形状相配。为了更好的密封，在高强螺栓6头部和密封胶带5之间的螺杆上还配装有遇水膨胀密封胶带压板2。因波纹钢板管道结构体为圆形，所述的遇水膨胀密封胶带压板2为环绕在波纹钢板管道结构体内侧的长条形结构，具体如图4所示。
实施例2中，密封胶带5的一端通过高强螺栓6固定在第一波纹钢板管道结构体9的第一波峰位置处，密封胶带5的另一端通过高强螺栓6固定在第二波纹钢板管道结构体10的第一波峰位置处。为了更好的密封，在高强螺栓6头部和密封胶带5之间的螺杆上还配装有遇水膨胀密封胶带压板2。
如图3所示，所述的变形滑板1的中部为倒U形凸起状，具体应用中也可以设置为U形凹槽状。因波纹钢板管道结构体为圆形，所述的变形滑板为环绕在波纹钢板管道结构体外侧的圆筒状结构，长孔均布在变形滑板的外圆周上。
变形滑板1的作用是：第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10未发生变形时，变形滑板1可起到连接作用，可保证完整的整体结构受力。变形滑板1中间部位有一个波纹形状(倒U形凸起状或U形凹槽状)、两边各设置有长孔，因此，在第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10发生沉降时，可随之变形和伸缩位移，因此避免整体结构破坏，保证波纹管结构的整体性，起到整体结构受力作用。
如图5所示，护板3上设置有通孔，供高强螺栓6穿过。护板3的作用是：通过护板3遮盖变形滑板1上的长孔(滑槽)，防止长孔内进入其他杂物，还起到变形滑板1和第一波纹钢板管道结构体9或第二波纹钢板管道结构体10的连接和固定作用。
如图6所示，套筒4上设置有通孔，供高强螺栓6穿过。所述套筒4的外形为圆形且其外径小于长孔的宽度或者所述套筒4的外形为正方形且其边长小于长孔的宽度。套筒4的高度大于变形滑板1的厚度，作用是：使得护板3和波纹钢板管道结构体之间的间隙大于变形滑板1的厚度，在第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10发生沉降时，便于变形滑板1的横向位移。
如图7所示，所述的密封胶带5为具有弹性的遇水膨胀密封胶带，包括橡胶密封带11和遇水膨胀层12；所述的遇水膨胀密封胶带中间部位设有倒U型凸起，遇水膨胀密封胶带两边设计为圆型，并且圆型直径大于胶带最厚厚度。第一波纹钢板管道结构体9与第二波纹钢板管道结构体10在接口处留有伸缩缝，遇水膨胀密封胶带中间部位的倒U型凸起与该伸缩缝相配。
遇水膨胀密封胶带的作用是：遇水膨胀密封胶带是第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10的软连接部位，可有效的防止第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10连接处漏水。遇水膨胀密封胶带遇水就会膨胀，体积就会变大，能够更有效的防止渗漏；所述的遇水膨胀密封胶带中间部位设有倒U型凸起，在第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10伸缩、沉降变形时，其也随之伸缩、沉降变形，保证了波纹钢结构的整体性，不渗漏；所述的遇水膨胀密封胶带两边设计为圆型，并且圆型直径大于胶带最厚厚度，根据本装置结构的设计，更有效的防止在第一波纹钢板管道结构体9和第二波纹钢板管道结构体10伸缩、沉降变形时拉出，同时也起到防渗漏作用。
以上仅是对本发明的原理说明，在不脱离本发明专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变形也应视为本发明专利的保护范围。
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