龙永高速公路钢波纹管涵洞设计、施工与质量管理

□杨为华

龙永高速公路钢波纹管涵洞设计、施工与质量管理

□杨为华

高速公路；钢波纹管涵洞；质量管理；施工技术；回填材料；龙永高速

作为交通系统的基本构筑物之一，涵洞对公路运输、人民生活出行起到了十分重要的作用，其质量好坏将对公路的正常安全通行具有很大的影响。涵洞的质量主要取决于涵洞的设计与施工技术。为了使钢波纹管涵在公路建设中成功应用和推广，国内已有不少学者对钢波纹管涵洞施工的工艺、研究等方面进行了研究。

根据对龙永高速公路走向及地质条件进行分析，专家们均认为，采用钢波纹管涵优于传统结构的钢筋砼涵，而且钢波纹管在湖南省高速公路上应用已有4年，先后在娄新、大浏、怀化绕城、浏醴等项目上应用。龙永高速公路某通涵孔径和填土高度均为技术典型的钢波纹管涵，其试验数据将为钢波纹管涵研究提供参数的优化基础。

一、工程概况

龙永高速公路第8合同段原设计分别为钢筋砼盖板通道和钢筋砼拱涵。原设计的拱涵和盖板通道的孔径较大，又位于高填方路段，其涵顶填土高度均高于常规涵顶填土，基础处治费用高，两通涵工程造价高。施工时，如果基底处治不到位、路基高填方施工控制不好，就很容易引起不均匀沉降和涵洞开裂。由于钢波纹管涵洞及混凝土涵在结构上具有柔性、对基底承载力要求低、施工工期短等优点，因此需要对涵洞进行变更设计。

二、波纹管涵设计要求

1.钢制波纹管主要参数

钢制波纹管主要参数见表1所列。

表1 分片拼装钢制波纹管主要参数

2.其他部位设计要求

波纹钢板采用Q345热轧钢板制作，钢材满足交通运输部《公路涵洞通用波纹钢管（板）》（JT/T791-2010）的要求。洞口墙墙身、八字墙墙身采用M7.5砂浆砌块石。洞口墙基础、八字墙基础采用M7.5砂浆砌片石。河床铺砌、隔水墙采用M7.5砂浆砌片石。洞口护坡采用M7.5砂浆砌片石。勾缝采用M7.5砂浆。缘石采用C30混凝土。片石强度、石材强度等级不小于MU40。

三、钢波纹管涵防腐措施

钢波纹管的腐蚀属于土壤中的电化学腐蚀。土壤中含有多种矿物盐，其可熔盐的含量与成分是形成电解质融液的主要因素。可溶盐的含量一般都在2%以内，个别情况下超过5%～6%，对腐蚀性影响较大的主要是硫酸根离子和氯离子。

根据湖南地区龙永高速公路的土壤特点，钢波纹管防腐措施主要有3种：一是钢板波纹管加工后须采用热镀锌等防腐处理，成型及冷加工所有工序完成后，每片波纹结构钢板和连接构件均应进行热浸镀锌处理，锌附着量1 600克/平方米以上，平均厚度不小于84微米。二是管壁厚度在满足荷载要求下加厚0.5毫米，增强其耐久性。三是涵管运至施工现场后，仔细检查桥涵内外表面，对于表面防腐层损伤点进行清理除锈后采用喷锌的方式补救处理。再将波纹管外侧（与土壤接触面）进行现场喷涂环氧树脂，安装完毕后内外两侧再涂涮两遍沥青，但在位于波纹管下侧内表面，由于需要敷设复合水泥砂浆钢丝网，不要涂沥青。

四、钢波纹钢板管涵安装操作

1.安装操作

（1）安装前检查波纹钢管涵底部平整度、标高，确定涵管的位置、中心轴线。

（2）拼装底板。以中心轴线中点为基准，第一张波纹板定位，以此为起点向两侧延伸，直至二端。轴向搭接长度为100毫米，第二张板叠在（搭接部分）第一张板上面，对正连接孔。螺栓的螺纹部涂上润滑剂，套上垫圈由内向外插入孔位，对面套上垫圈旋上螺母，用套筒扳手预紧螺母。

（3）拼装环形圈。由下向上顺次拼装。周向搭接宽度为150毫米，搭接部分上板覆盖下板，圆周向连接采用阶梯形，即上面二块板的叠缝错位，连接孔对正后，用涂上润滑剂的螺栓，套上垫圈（遇谷用凸垫圈2，遇峰用平垫圈3，不得装反）由内向外插入孔位，用套筒扳手预紧螺母，一周由4个圆弧片搭接拼装组成。

2.密封防腐处理

（1）圆管涵敷设就位、桥涵拼装完成后回填前进行密封防腐处理的现场作业。在桥涵结构板重叠搭接处、圆管端部接合处、紧固件连接的螺栓孔空隙处用耐候胶填封，可通过专用胶枪注、涂，固化后以提高圆管涵或桥涵的整体密封性。

（2）仔细检查桥涵内外表面，对于表面防腐层损伤点进行清理除锈后采用喷锌、喷涂环氧树脂、涂刷沥青等不同的方式补救处理，以避免整道桥涵防腐耐久能力降低。

（3）施工图纸规定了其他现场防腐处理方式的，按其要求施工。

五、钢波纹管涵路基施工技术要求

钢波纹管涵施工工艺程序为：清理场地→基坑开挖→量放样→基底整平→测量基坑标高→地基承载力检验→注基座砼→安装圆管→管运输→砼拌和→砼运输→浇筑管壁外侧砼→监理检验→嵌缝→洞口铺砌→台背回填→验收分层压实→监理检验。

1.挖基

（1）沟渠开挖应按设计要求进行，当基底土为淤泥等不良土层时，应予换填处理。

（2）应避免超挖。如超挖，应将松动部分清除，其处理方案应报监理、设计单位批准。

（3）挖至标高的土质基坑不得长期暴露、扰动或浸泡，并应及时检查基坑尺寸、高程、基底承载力，符合要求后应立即进行基础施工。

2.基础砂垫层

（1）结构基础必须有足够强度、稳定性和均匀性。基础一般可采用30～80厘米厚的砂砾。应采用级配良好的粗砂在基础表面设置一层厚10厘米的均匀垫层，其最大粒径为12毫米。

（2）对预计地基有一定沉降的情况，考虑到水流的要求和结构的整体性，应该设置基础的纵向预拱。基础在涵管纵向预拱度一般为0.5%。

（3）基础砂垫层的压实度不应小于96%。

3.回填

（1）回填材料应符合表中给出的级配要求（见表2所列），应倾倒在结构两侧1倍直径以外。

（2）波纹钢管

桥涵敷设、密封处理完成后及时回填，但回填前必须校核桥涵的规格、位置、方向、坡度等符合图纸要求。

（3）回填不需要特殊的填土材料，一般土质即可。在桥涵波纹管壳外30厘米范围内的填土中，不得有超过7.5厘米的石块、混凝土块、冻土块、高塑性粘土块或其他有害物质，以免损伤涵管。

（4）回填时，坚持先底部两侧楔形部位、后管体两侧、最后管体顶部的原则，并且保证在涵管两侧对称且均衡的状态下作业。

（5）回填必须分层摊铺后逐层压实，每层压实厚度不超过15～25厘米，填土压实度达到96%以上，管顶则与该处路基的压实度一致。

（6）回填须满足管顶最小填土厚度的要求，其数值依据桥涵规格、公路等级、土质情况等综合分析后确定，圆管涵一般不小于0.6米，钢波纹板桥涵一般不小于1米。

表2 回填材料的级配要求

（7）管体两侧和管顶部回填有以下要求：①纵向施工顺序，从涵洞中间至两端。②管身最大直径两侧0.6米外可使用18吨压路机碾压，0.6米范围内必须使用小型夯实机械夯实，以避免压路机等大型机械设备对管涵的撞击。填筑时应分层填筑、分层压实，每层压实后的厚度为20厘米，压实度要求达到96%方可进行下层填筑，同时要特别注意波纹管管壁波谷处的压实。③管体两侧分层压实回填应同步对称进行，两侧的回填土高度差不得大于30厘米。对于多道桥涵平行排列的，中间各道与两侧也应遵循同步对称回填的原则。④在回填夯实过程中，管体两侧面压实施工时夯实装备应与桥涵轴线（长度方向）平行行驶；管体上方压实施工时夯实装备应与桥涵轴线（长度方向）垂直行驶。

4.洞口处理

（1）本波纹钢管涵洞口形式采用混凝土八字墙。

（2）本波纹钢管涵洞为有流水冲刷的涵洞，进出口处沟床和涵洞两端处河床需设置相应的调治构筑物，同时依两侧地形条件作必要的保护处理，以降低洞口冲刷防止波纹钢管端口和底部垫层的流失，在保证流水畅顺的同时提高波纹钢管桥涵的耐久寿命。

（3）保护构筑物的基础和构筑应在涵洞基础施工开始时同步进行。

六、钢波纹管涵施工质量管理

1.施工质量影响因素

（1）地质水文条件。高速公路涵洞的施工在很大程度上会受到水文地质条件的影响和制约，如土质类型、天然地基情况、水域分布、当地气候等。这些因素决定着涵洞的类型、大小尺寸、功能、质量要求。

（2）施工技术条件。技术因素对公路涵洞施工质量的影响极其重要，其施工工艺技术的成熟性、适用性、先进性直接决定了涵洞的施工质量。

（3）材料质量。材料质量是施工质量保证的前提，其质量和性能对于涵洞质量的影响非常关键，在采购环节和施工环节上，对钢波纹管材料进行严格质量验收。另外，回填土质的质量应根据土工试验确定土的性质和指标，采用合适的填料进行回填。

（4）人为因素。人为因素最具主观性和突变性。涵洞施工前，要选择专业技术较强的操作人员，并对操作人员做好技术交底工作。施工过程中，技术人员必须全天候地监督和检查涵洞的施工质量，以保证施工全过程的质量控制。比如，如果钢波纹管焊接部位不精确、不严密，将对涵洞质量埋下隐患。

2.施工质量管理措施

（1）原材料质量管理。原材料是工程质量基本保证，其重要性不言而喻。只有从源头把控原材料质量，才能对工程整体目标的实现有所保障。因此，钢波纹管材料的厚度、高度、强度应与设计标准、规范标准要求相一致，同时加强钢波纹管的材料质量验收工作。提高主体结构的质量水平，将对整个涵洞的质量产生决定作用，同时也保证了施工人员的安全。

（2）建立健全质量管理体系。构建一个专业、严谨的质量管理体系，是强化施工质量管理的有效保障，更利于工程监理各环节的全面展开，加强对全过程质量管理的落实力度。因此，发挥施工单位各个层次、各个部门横向和纵向的监督作用，落实各项管理目标，同时实现建设单位、施工单位与监理单位之间的协调关系至关重要。另外，要强化质量监督手段，有针对性、有目标、有顺序地采取措施，逐步实现质量管理目标。

（3）施工信息化管理。在施工过程中，可运用多种传感器技术进行全程监管，对现场施工人员、材料和机械进行身份识别、跟踪定位和自动分析等，能够达到分析施工流程、施工进度、施工安全等目的。

（4）质量检测管理。根据涵洞施工的技术标准，并将标准落实到各个施工环节中。首先，收集、整理工程的设计图纸，规范施工过程和操作流程。对特殊地基、地质水文状况，采用合理的方法进行预处理，通过地基承载力检测，保证涵洞主体结构的施工质量。其次，在工程施工中应注重钢波纹管涵洞的施工工艺、防水性能及变形受力的分析，同时强化技术美学，注重实用性与审美性相结合，提高工程效率与质量水平。最后，加强质量过程动态检测工作，对涵洞的位置、高程进行精确定位；对钢波纹管的外部混凝土厚度和强度进行严格检查；保障涵洞与路面有一定的填土高度，且填土过程中，应严格实行对称施工，防止集中应力的产生，影响涵洞的质量。

涵洞施工是项繁琐的工程，在准备阶段要调查地形条件，涵洞开工前应根据设计文件，结合现场实际地形、地质情况，对其位置、长度、出入口高程及排灌系统的连接等进行校对。钢波纹管涵由于自身的优点，成为高速公路涵洞设计的主要方式。对于钢波纹管涵的质量，需在设计、施工、质量管理等3方面加强控制。钢波纹管涵的采用解决了解决龙永高速公路通涵质量问题，且钢波纹管涵设计、施工、质量管理的研究为钢波纹管涵后续的应用提供了实践基础。

（作者单位：西安方舟工程咨询有限责任公司）

10.3963/j.issn.1006-8864.2014.11.023