钢波纹管涵在公路建设中的应用

李军 姬宏杰

摘要：在我国公路建设中，涵洞是常见的结构物，钢波纹管作为新技术、新材料、新工艺，结构以“薄壳”受力理论为依据，因钢波纹管涵对地基要求较低，施工简单、工期短，因此在公路建设中钢波纹管涵也大量开始应用。本文以阳新县城东新区纬一路建设钢波纹管涵施工为例，简单探讨钢波纹管涵施工问题，为今后相关工程提供可借鉴的经验。

关键词：钢波纹管涵公路建设应用

中图分类号：B819文献标识码： A

1、前言

公路跨越沟谷、溪沟、河流、人工渠道以及排除路基内侧边沟水流时，常常需要修建涵洞。涵洞是公路构造物的重要组成部分之一，其设计与该公路的等级、使用任务、性质和将来的发展需要相适应，需遵循安全、适用、经济、美观、有利于环保的原则，要注意满足行车、排水、净空等要求。钢波纹管涵的广泛使用，是我国公路建设中大量采用新技术、新材料、新设备、新工艺的缩影，研究其应有范围和施工方法，具有重要的现实意义。

2、钢波纹管涵使用范围

（1）钢波纹管涵是一种柔性结构，波纹管在结构上具有横向补偿位移的优良特性，可充分发挥钢材抗拉性能强、变形性能优越的特点，具有较大的抗变形和抗沉降能力，特别适合于软土、膨胀土、湿陷性黄土等地基承载力较低地区和地震多发地区。

（2）由于钢波纹管涵施工简单且施工工期短（一般一道涵洞的施工时间在一个工作日内），故特别适用于多年冻土地区。

（3）钢波纹管涵施工时对环境的破坏小，适用于生态环境脆弱的地区。

（4）钢波纹管涵施工只需要对基础和进出口进行处理，砂、石材料用量小，故适用于砂、石材料缺乏的地区。

（5）钢波纹管涵施工只需要很少的人工，故适用于在劳动力缺乏地区。

（6）钢波纹管代替钢筋混凝土进行涵洞施工有利于解决北方寒冷地区冬季管涵混凝土结构的破坏问题，适用于高原地区。

（7）由于采用标准化设计、生产，设计简单，生产不受环境影响，进行集中工厂化生产，生产周期短，故适用于质量要求高、工期紧的工程项目。

3、钢波纹管涵的优点

（1）工程实际造价比同类跨径的桥、涵洞低；

（2）施工工期短，主要为拼装施工；

（3）采用标准化设计、生产，设计简单，生产周期短；

（4）生产不受环境影响，进行集中工厂化生产，有利于降低成本，控制质量；

（5）现场安装不需要使用大型设备，安装方便；

（6）减少了水泥、块片石或碎石、砂等的用量，有利于环保；

（7）有利于改善软土、膨胀土、湿陷性黄土等特殊地基结构物处的不均匀沉降问题，提高了公路服务性能，减少了工后养护成本；

（8）解决北方寒冷地区（霜冻）对桥梁混凝土结构的破坏。

4、实例应用

基于阳新城东新区建设纬一路施工工期紧，对软土地基承载力要求较低，同时为推广新技术、采用新工艺、应用新材料等原因，钢波纹管在其中也大量运用，所以在此工程中共设3道钢波纹管涵。例如：滑石山K3+906处原设计为1-6*4m钢筋砼拱通，基础承载力不够，需向山体靠近，才能满足要求，但增加大量挖方和拆迁，要不就需对地基进行处理，后变更为1-6m钢波纹管涵，基础就可以满足要求。可以参考此钢波纹管涵的施工图片。

5、钢波纹管施工阶段

主要包括基础施工、拼装、回填三个阶段：

首先根据设计文件进行施工放样，开挖涵洞基础整平、压实、检测压实度等等，水准测量、基础回填压实，合格后方把合格的钢波纹管拖到施工现场，检查涵管片状弧形波纹管，校对涵管片状弧形波纹管次序，吊装片状弧形波纹板，初步上螺栓和螺母，再拧紧螺母，控制检测与扭矩，胶粘剂密水，内外侧均匀涂刷沥青，涵管检测，对大孔径（大于等于3.0米结构）钢波纹管涵洞应采用片状弧形波纹板螺栓连接拼装、密封处理（用专用密封胶密封，以防止波纹板连接处渗水）、防腐隔离涂层处理，安装该结构后回填。

6、关键施工技术要点

（1）钢波纹管地基处理及回填施工

地基处理遵循《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）规定的方式（与路基地基处理相同）。当涵管位于软土地基上时，地基处理方法与该路段路基的处理方法相同，为便于涵洞拼装，可在其上填一层大于20cm厚的砂砾垫层。

为方便钢波纹管组装和周围的回填及压实，基坑开挖宽度应大于钢波纹管涵直径的3倍，特殊情况至少确保涵洞以外1.2m以上的作业空间。根据涵底纵坡和填土高度等因素，设置预拱度，一般为管长的0.3-1%，最大不宜超过2%，以确保管道中部不出现凹陷或滑移。如波纹管涵的涵底纵坡大于5%，应采用必要的防滑移措施。

基础回填与压实施工应遵循《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）的有关规定，地基处理后整个钢波纹管涵应保持均匀的承载力，减少整道涵洞的整体沉降和差异沉降。

钢波纹管涵拼装完毕后，两侧回填之前，先在侧面作出分层回填厚度的填高标示，以控制分层回填厚度。底部因高度较低，回填压实较难，如右图所示，可以用“粗砂”水密法振捣器密实，此处回填是关键；另外填土从两侧同时对称分层（压实后厚度小于30cm）回填，控制两侧回填的高程差异（差异不大于1.0米），以控制内部应力分布，有效防止管节滚动变形或偏位。填土的具体方法遵循《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）的有关规定。

单孔及多孔钢波纹管涵的楔形部可采用小型夯实机械夯实；也可用“粗砂”水密法振捣器密实；或用流态粉煤灰浇注。

两侧填土压实可用12-20t的压路机压实，靠近管体30cm范围采用小型夯实机械夯实，多孔间的两侧回填可采用小型夯实机械夯实。压实后压实厚度每层应在30cm以下，压实要求应满足设计要求。

填挖交界的斜坡面应处理成锯齿或阶梯状并压实。

管顶上部压实时，应满足最小填土高度要求。管径2.0-2.5m时，最小填土厚度不小于30cm（压实后值，虚铺要考虑松铺系数）；涵管上方回填厚度超过最小填土高度后，先采用20t压路机静压，3遍之后方可采用20t压路机振压。管径3-6m时，最小填土高度为40cm（压实后值，虚铺要考虑松铺系数）；涵管上方回填厚度超过最小填土高度后，先采用小型手扶振动压路机压实或采用小于6t的静碾压路基压实，3-5遍之后方可采用12t压路机压实，之后各层厚度20cm，可采用20t压路机静压；填土厚度超过80cm后，可采用20t压路机振压。

钢波纹管涵洞顶部及周围20米范围内禁止强夯。回填没达到最小填土高度时应禁止一切重型车辆通行。

（2）拼装要点及注意事项

波纹板拼装应进行施工工序设计，合理组织各片的次序，设计板的尺寸既便于运输安装又尽可能减少螺栓数量；尽量将连接位置偏离最大等效位移应力和最大切向应力集中的区位；最大切向应力控制螺栓剪应力。

片状拼装注意事项：

首先备齐安装工具、简易起吊设备、套筒扳手、定扭电动扳手、定扭扳手、备足脚手架、跳板及施工现场电源。

安装前工作：检查钢波纹管涵底部标高、纵坡；确定涵管的位置、中心轴线、中点。

拼装底部钢波纹板：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，搭接长度为50mm。对正连接孔，螺栓由内向外插入孔位，外侧套上垫圈旋上螺母，用套筒扳手预紧螺母。拼装环形圈：由下向上顺次拼装：圆周向连接采用梯形，搭接长度为50mm，即上面二块板的连接叠缝与下面二块板的叠缝错位，连接孔对正后，用螺栓由内向外插入孔位，用套筒扳手预紧螺母。

圆周向拼装到环形圈合拢时，测定截面尺寸，及时调整预紧螺栓，纠正拼装顶部波纹板，确保截面尺寸符合要求。

涵管拼装全部完成，用定扭启动扳手，控制扭矩为270-410N.m，紧固所有螺栓，依次序，不得遗漏，紧固后用红漆标示。所有螺栓（包括纵向和环向接缝）应在回填之前按控制扭矩拧紧，保证波纹的重叠部分紧密嵌套在一起。

预紧力扭矩符合要求后，用专用密封胶密封，以防止波纹板连接处渗水。

7、小结

随着钢波纹管涵的施工方法的日益规范化和标准化，其在我国公路建设中也将一定被广泛得到应用。