钢波纹管在公路工程中的应用

任希庆

(山西省汾阳市运输交通局)

0 前 言

钢波纹管是由碳钢板生产加工成的外圈带有波纹的金属管道，它的各管节之间由高强螺栓连接(或铆接)而成并且经过了耐腐蚀处理，在公路工程中常用来代替钢筋混凝土涵洞及小桥等。我国目前的钢波纹管根据截面形式的不同主要可分作三类，即圆管形、管拱形、拱形;钢波纹管的壁厚在1.5～7 mm 之间，在公路工程中相对于普通的钢筋混凝土管道其施工方便，不容易出现结构变形、不均匀沉降等问题，尤其是在雨季施工时，效果显著，在我国各地的公路施工中都得到了广泛的应用。

1 钢波纹钢管的技术特点优势

公路施工中管道基础和土层的不均匀沉降是导致普通管道变形和破坏的主要因素之一，而钢波纹管在材料与结构性能上，恰好具备了柔性好且强度高的优势，不仅可以适应管道基础与地基的变形，而且可以克服因土层不均匀沉降给管涵所带来的破坏。另外，钢波纹管轴线上的波纹使它具备了良好的受力特征，轴向与径向同时分布因荷载而产生的应力应变，可以在更大程度上将荷载的集中应力予以分散，从而发挥出其钢结构的优势。特别是在软土、冻土、膨胀土以及湿陷性黄土等不良地质环境中，钢波纹管的这些特点能体现的淋漓尽致，从而为公路工程的质量带来保障。

根据大量的研究与实践证明，以钢波纹管修筑成的涵洞与普通的钢筋混凝土涵洞相比较，主要具备了以下几点优势。(1)管道质量轻、管节薄，便于运输和现场存放，施工拼装工艺简便且施工周期短。(2)减少了水泥、碎石、砂石等用量，有利于节能、环保。(3)管道生产过程中多为集中化工厂生产，受外界环境影响因素小，质量和生产成本都有保障。(4)耐久性能好，使用寿命通常在70年以上，相对于钢筋混凝土而言更能够符合公路涵洞设计的年限要求。(5)在不良土质中应用情况较好，能客服膨胀土、冻土、湿陷性黄土等地质结构施工后期的一些质量问题，提高了公路的服务性能，降低了后期管道、公路的维护成本。

2 钢波纹管在公路工程中的应用

钢波纹管在施工过程中，一般要求在天然地面或者经夯实处理后的回填土上开挖沟槽施工，沟槽的开挖宽度应满足设计基础宽度以及管道两侧的回填土夯实，其施工工艺可概括为如下:施工前准备→测量放样→基坑开挖→基坑检测→垫层(基础)施工→管节安装→管两侧回填→管顶回填→洞口处理→质量验收。

2.1 前期准备

施工前期的准备主要是对现场的清理，如采用机械平整场地，为后续的施工放线、基坑开挖提供条件。同时，还需要对周边场地，如现场道路、材料堆放场地等进行平整。对于现场地基的处理，通常会有以下几种可能性。(1)软土或湿陷性黄土等不良地基，需要换填一定厚度的砂砾，然后经夯填、检测合格之后方可使用。(2)原天然土质为优良地基的(如碎石、砂砾等)，需要清除10 cm 以上的石块等硬物。(3)如遇到岩石地基，应将软岩部分挖掉并清除干净，换填一层优质土并做夯实处理。因为钢波纹管为柔性结构，在坚硬的岩石地基作用下时间长了会发生凹凸变形，从而使其性能降低。

2.2 测量放线

基坑开挖前需要根据施工设计图纸，采用仪器对管涵的中心线与纵横轴线进行定位，基坑的宽度通常以管涵直径的3～4 倍为适宜，边坡按照1∶1 放坡，避免开挖过程中的塌方事故。管涵轴线定位之后应打好中边桩，并在管道中心线与开挖基坑边线的位置上撒好白灰线，以方便开挖。

2.3 基坑开挖

管道基坑开挖时根据事先放好的边线，通常以机械和人工配合的方式开挖，在开挖到基地深度的30 cm 左右时，采用人工挖方并对基地进行平整。基坑的宽度应在满足设计要求之外，便于施工，通常应大于两倍的管道直径。基坑两侧坡底处可开挖排水沟，将地下水引入到集水坑中统一排放。

2.4 垫层

钢波纹管基底处理完成之后根据设计要求进行垫层填筑，常用的垫层有砂砾或粗砂垫层，根据规范要求，垫层中最大粒径不能超过50 mm，0.074 mm 以下粉黏粒含量不得超过3%。如分层填筑每层压实后的厚度应在20 cm 以内，总垫层厚度通常在30～50 cm 之间。此外，埋置于土层地基中的钢波纹管，在经过一段时间的自然沉降之后，管道经常会因下沉而出现中部高于两端而影响到流水的问题。因此，需要事先根据土质的情况(即考虑可能的下沉量)，涵底的纵坡以及填土高度等综合因素来设置预留拱度。预留拱度按照实际经验，通常为涵管长度的0.2%～1%，最大不宜超过2%。

2.5 波纹管安装

首先，涵管安装前先准确放出轴线和进出水口的位置。管底安装时应将其紧贴在垫层上，使得涵管受力均匀。基础顶面坡度与设计坡度应一致。

其次，涵管的拼装过程需按照从下到上的顺序先安装底片，然后沿管轴向向两端拼接。板与板之间要连接紧密，螺栓应确保拧紧、牢固。操作时应有2 人分别在管内外拧同一颗螺栓，以防其打滑，影响使用。沿管轴向每安装4～5 片板时，需要进行1 次管节圆度和位置的校正。如果发现偏位，可用千斤顶在偏位方向朝上顶管节以进行纠偏，但不宜用力过大，以防止损坏钢波纹管。施工直径大于3 m 的钢波纹管时，应在管内外搭设施工脚手架。另外，为了确保螺栓的扭矩满足设计要求，在拼装完成之后要随机抽取结构上纵向接缝上2%的螺栓，用定扭扳手进行抽检试验。如发现任一试验值扭矩范围达不到设计要求的，则需要重新抽检纵向和环向上所有接缝螺栓的5%。上述抽检合格率达到90%以上的，则认为拼装是合格的。否则应重新复核设计，以确定得到的扭矩值是否满足要求。

最后，钢波纹板涵管外圈搭接处用预紧力扭矩符合要求后，需要专用密封材料密封，以防止波纹板连接处渗水。闭合截面钢波纹板涵管拼装完毕后，在管外壁均匀涂刷两遍沥青，管内壁1/2 管径以下范围内均匀涂刷两遍沥青;非闭合截面波纹管在内外管壁均匀涂刷两遍沥青。沥青涂层的厚度通常控制在0.3～1 mm 之间。

对于小管径的法兰安装工艺，其关键点在于涵管吊装时应与前一根涵管的法兰间距保持在3～5 cm 左右，然后采用小撬棍对准法兰上的螺栓孔，使其两根波纹管法兰上的螺栓孔对正，从第二根管道的另外一端撬动撬棍，使管道纵向平行移动至两法兰之间的间距在2 cm 左右，最后全部穿上螺栓，将螺丝拧紧，带平扣即可。如果吊装过程中相邻两管道法兰距离过小，不便于管道的连接，此时可以采用手锤和凿子在两个法兰之间凿开大约1 cm 的缝隙，然后用螺丝刀将石棉垫镶在两片法兰之间。如果管道顶部法兰间距大，石棉垫难以镶嵌时可以用绑丝将石棉垫固定在螺栓上，由工人对称锁紧螺丝，直到两片法兰的间距保持在2 cm 左右。

2.6 回填工艺

(1)管涵两侧与顶部的回填材料可选用与垫层相同的细沙或石屑，在寒冷地区应注意满足抗冻性要求(如可采用有一定级配的天然砂砾石，同时保证最大粒径不超过50 mm，0.074 mm 以下粉黏粒含量不得超过3%)。

(2)回填时必须分层填筑，每层厚度控制在20 cm 左右，并且逐层碾压，密实度应达到95%以上，与该位置的路基压实度相同。可先在管涵两侧用红漆按20 cm 的标准划线，以便于控制回填厚度。

(3)管身最大直径两侧50 cm 以内的地方以人工夯机夯实，50 cm 以外则可采用轻型压路机碾压。

3 工程质量验收及施工注意事项

3.1 检验评定标准

(1)钢波纹板在出厂和进入施工现场前都应当按照钢质波纹板加工验收标准对其质量进行严格的验收，并做好相关的预拼装工作。如果钢质波纹板通道在现场拼装时，必须严格遵守设计与钢质波纹板通道安装规范。

(2)波纹管的垫层(或基础)承载力必须经过触探实验，确保基底满足承载力的要求。施工中应严格避免机械超挖后回填虚土的现象。

(3)波纹钢板安装铺设应保证稳固、平顺，管涵安装过程中应有标高随时控制，防止管底出现反坡问题。

3.2 施工中注意事项

(1)钢波纹管在公路工程中的应用必须遵循的主要原则为安全、经济与适用，即首先在确保公路质量合格、满足公路使用要求的基础上，充分发挥出钢波纹管结构中的力学性能和优势。这就需要在设计过程中结合项目建设的环境以及材料的结构优势，不仅要考虑公路的等级、现场地质环境等因素，还需要考虑到施工的便利条件、养护条件以及二次防腐等问题。

(2)波纹管吊装时应紧贴在下层的砂垫层上，保证管涵受力均匀，垫层顶面的坡度应与设计坡度保持一致。

(3)管身安装时由中心向两端对称进行，首先安装底片，然后分别向上拼接。每安装5 m 左右时进行一次管节中线校正。如发现管节有偏差的，应及时采用千斤顶对偏位的方向向上顶管节来纠偏。

(4)回填时为确保管底的质量，管底楔形块位置的填筑材料应采用级配良好的含水量在2%左右的天然粗砂，然后以人工用木棍在管身外向内侧夯填密实，木棒的作用点必须要贴紧管身，每个凹槽位置都需要夯实，然后以小型夯实机械斜向夯实以此来保证管底的回填质量。

4 结 语

钢波纹管在我国公路工程中的应用已经有十多年的经验，而其特征除了上述内容之外，根据近年来的施工案例表明，其每延米管材造价虽然比钢筋混凝土要高，但综合对比施工周期、人工成本、相关工艺之后发现，钢波纹管的总体造价是要低于钢筋混凝土管道的。再加上钢波纹管耐久性能好、有利于节能环保、可适用于多种恶劣的土质环境等优势，使得它在我国建筑工程中有着极为广阔的发展前景。

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