钢波纹管涵洞的特点及施工技术研究

陈大伟

（邢台路桥建设总公司，河北 邢台 054001）

1 高路堤公路涵洞的现状

随着社会经济的快速发展，公路建设从平原区、经济发达地区逐渐向山岭地区、经济欠发达地区发展。因山区地形复杂、山势险峻、坡陡沟深、山石散落、沟壑多变等特点，在山区公路建设中，原则上逢沟壑设桥、涵，涵洞轴线应尽量与水流方向一致，不宜减短涵长强行正交。如果沟壑较深，路堤一般较高，最高可达30～40m，涵长可达100m以上。

多年来，公路建设通常采用钢筋混凝土或圬工结构的涵洞，但该类涵洞存在设计繁琐、施工周期长、填土高度受限制、建设费用高等不足，更为严重的是地基或基础不均匀沉降可能导致涵洞的整体破坏，会造成路基大范围的沉陷，给公路行车带来极为严重的安全隐患。

随着国民经济的发展，新材料、新工艺及新结构不断应用于公路建设中，钢波纹管涵作为一种新材料及新结构，具有延伸性好、变形能力强、抗震性能好、能适应不同的复杂地形等优点，还具有重量轻、设计简单、施工技术难度低及周期短等特点，因此，钢波纹管涵的出现解决了传统涵洞所不能解决的问题。

2 波纹管涵洞的特点

2． 1 波纹管涵洞的发展

1784年波纹管最早诞生于英国，1896年美国率先进行波纹板通道、涵洞的可行性研究，并首次用于涵洞工程。在美国、加拿大等国家，公路工程广泛采用波纹管涵，并制定了设计、建造及施工安装手册，积累了较为成熟的波纹管涵洞设计方法及修建经验。20世纪90年代末，我国逐步开展公路钢波纹管涵洞的应用研究、生产。1997～1999年，我国第一道波纹管涵洞应用于青藏公路多年冻土地区，解决了多年冻土地区因融沉和冻胀而导致涵洞破坏的难题。

2． 2 波纹管涵洞的特性

螺纹钢管涵材质是使用450℃状态下的热镀锌板以螺纹状缠绕成型工艺制成的管材。相关研究表明，公路钢波纹管涵洞具有以下优点：

a）对地基强度要求低 钢波纹管属于柔性结构，变形能力较强，对地基承载能力、平整度要求较低，适用于软土、膨胀土、湿陷性黄土等特殊地基结构物；

b）运输方便 钢波纹管的重量只有同口径水泥管的1／10～1／5，即使在狭窄的场所没有运输设备，用人也可搬运；

c）施工简便、工期短 钢波纹管采用现场安装，一般采用螺栓连接，安装只需简单的安装工具，可以全部采用人工安装，不需使用大型设备，施工工期短，土建与型材安装可分开实施，然后进行整体拼装，另外，钢波纹管涵洞相比钢筋混凝土涵洞，可节省工期近1个多月；

d）适应冻寒能力强 钢波纹管涵洞解决了北方冰冷地域（霜冻）对管涵混凝土构造的毁坏问题；

e）较好的经济效益 钢波纹管涵洞工程实际造价比同等跨径的涵洞相近或较低，但波纹管涵洞可进行工厂集中化生产，且施工期较短，具有较好的经济效益；

f）较好的社会效益 波纹管涵洞施工减少了常规建材的使用量，如水泥、砂、碎石、木材等，对自然环境影响较小，同时波纹管涵洞工期较短，对于改建、扩建等工程项目影响通行时间较短，工程施工对社会的干扰较小。

3 工程应用实例

3． 1 工程概况

邢（邢台）汾（汾阳）高速公路， 全长83．5km， 是河北省高速公路网布局规划“五纵六横七条线”中的“横五”，是邢台市构建高速公路“井”字形框架的重要组成部分。该项目为双向四车道高速公路，设计时速100km／h，路基宽度28．5m。项目位于邢台市西部太行山区。

石墨矿矿石结构主要为鳞片变晶结构、半自形晶粒状结构，构造为片状构造、稀疏浸染状构造，局部有片麻状构造。石墨矿矿石矿物成分比较简单，主要为晶质石墨，含微量的赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿。

K59＋405．5原设计为1～4m拱涵， 由于地形、 地质和施工工期的影响，该涵洞变更为1～2．5m波纹管涵。涵中心顶填高11．5m，管涵为圆形整体管，采用整管节拼装、法兰螺栓连接，全长34．98m，管涵流水面坡度为1．5%，流水方向从左侧流向右侧，管涵与路线呈116°斜交， 涵长84．5m。

3． 2 波纹管定做

根据该涵洞设计方案、路基填土高度，选择壁厚3．5mm，波形参数125mm×25mm。委托具有相应资质和生产信誉的厂家，进行波纹管的生产。

3． 3 现场施工

3．3．1 施工放样

对施工场地进行平整，准备相关的建筑材料，组织所需机械设备。由专业测量人员根据设计文件放出管涵轴线及基础位置，测出原地面高程。

3．3．2 开挖基坑

采用人工配合机械开挖的方法，基坑边坡坡度按照1∶1进行放坡，基坑宽度较涵洞基础尺寸加大1．0m，由于开挖深部较身，以稳定边坡为主，弃堆坡脚距离开挖基坑上口边缘至少1．5m，同时预留圬工材料的进口道路。

3．3．3 垫层施工

3．3．4 管身安装

管身安装需要注意以下事项：

a）波纹管进场后，检验产品的相关合格证及出厂证明等材料，测量波纹管的外观尺寸，检查波纹管表面、接缝，确认满足工程要求；

b）准确测量基础的平面坐标、高程、平整度等资料，并放出涵洞的轴线、进出口位置，两侧边线，管身安装应紧贴在沙砾垫层上，使涵身受力均匀；

c）拼装时要注意端头板片和中间板片的位置，必须按照正确的轴线和图纸所示的坡度进行铺设，铺设顺序为先中间后两边，全部铺设完成并确认无误后，进行连接；

d）管节拼装完成后，检查涵身位置是否满足设计要求，在管身内外侧所有钢板拼缝采用密封胶进行密封；

e）涵管出厂时，涵管及配件已经进行过镀锌处理，镀锌厚度不小于65μm，平均厚度80μm，可以满足防锈要求，但为了防止腐蚀性液体对涵管的破坏，在管身内外管壁喷涂含有石棉纤维的厚沥青一层。

3．3．5 涵背回填

为保证回填质量，管底两侧楔形部位采用6%灰土填筑，并采用人工用木棒进行夯实，然后用小型夯实机械斜向夯实。

涵管两侧部位分层、对称回填6%灰土，每层夯实厚度不大于20cm，压实度不小于95%。在管身最大直径两侧50cm外使用光轮压路机进行碾压，50cm范围内采用小型夯实机夯实，避免压路机对涵管冲击。

3．3．6 洞口铺砌及护坡防护

洞口铺砌及护坡防护与普通涵洞施工方式相同，要做到轮廓清晰、尺寸准确、线条直顺，确保结构稳定和美观，

3． 4 检验评定

通过对已建成的钢波纹管涵进行质量检查发现，外观管壁竖直，接缝平整，填缝饱满，相邻管节底面错台满足要求，垫层宽度及厚度满足设计要求，管座垫层混凝土强度满足混凝土抗压评定要求、施工质量合格。

3． 5 经济评价

通过对项目财务成本核算，波纹管涵洞的建设成本是相同规模混凝土涵洞拱涵的92%，具有较好的经济效益。同时，管涵波纹管涵施工工期短，对自然环境影响较小，后期养护费用较低，具有很好的社会效益。

4 结语

涵洞的施工实践表明，钢波纹管涵洞具有整体性好、施工工期短、造价低、耐久性好和对地基承载能力要求低等优点，在山区公路工程建设和运营中发挥了积极的作用，具有广阔的发展前景。