钢波纹管涵在鹤壁公路建设中的应用

2015-12-21王永顺杜纯焕

交通科技 2015年4期

关键词：鹤壁鹤壁市涵洞

王永顺　朱　震　杜纯焕

(1.鹤壁市公路管理局　鹤壁　458030；　2.鹤壁市市区公路管理局　鹤壁　458030；

3.鹤壁职业技术学院　鹤壁　458030)

钢波纹管涵在鹤壁公路建设中的应用

王永顺1朱震2杜纯焕3

(1.鹤壁市公路管理局鹤壁458030；2.鹤壁市市区公路管理局鹤壁458030；

3.鹤壁职业技术学院鹤壁458030)

摘要钢波纹管涵具有较大的抗变形和抗沉降能力，能有效避免由于地基基础不均匀沉降对涵洞造成的破坏。文中对钢波纹管涵施工工艺的应用进行了研究，对其经济效益和社会效益进行了分析，表明钢波纹管涵施工简便、适用性强，是公路涵洞发展的方向之一。

关键词钢波纹管涵公路建设应用

钢波纹管涵是指铺埋在公路、铁路下面的涵洞用螺纹波纹管，它是由波形金属板卷制成或用半圆波形钢片拼制成的圆形波纹管，广泛应用于公路、铁路、小桥、通道、挡土墙，以及各种矿场、巷道挡墙支护等工程中的涵洞(管)，亦称金属波纹管涵、金属波纹涵管、波纹管涵、波纹涵管。

1　钢波纹管涵国内外发展历程

1896年，美国进行了钢波纹管涵的可行性研究。其后，在美国、加拿大、澳大利亚等国的公路建设中，均采用了钢波纹管涵的施工。1990年，日本制定了波纹管涵设计技术规范。我国在改革开放后，深圳及大同煤矿开始从国外进口成品钢波纹管涵进行涵洞施工。之后，上海市公路管理处、上海市政工程设计研究院、同济大学等对钢波纹管涵进行了动、静载试验，填补了国内空白，并且迅速得到了推广应用。

2　钢波纹管涵在鹤壁公路建设中的应用

2.1国道107线花窝涵洞

原花窝桥位于鹤壁市107国道K601+235，为3孔×6m拱桥，损坏严重，不能继续使用，需拆除重建。该桥交通量大，桥下常年流水，地基为膨胀土，承载力为0.14kPa。为缩短工期，保障通行安全和工程质量安全，采用2孔×4m钢波纹管涵。

2.2基础施工

基坑开挖宽度为钢波纹管涵的3倍。这样既方便组装，又利于钢波纹管涵周围的回填及密实。

地基要对整个钢波纹管涵保持均匀的承载力。要避免软弱地基和岩石地基交叉的地基，否则，由设计部门提出方案。

管节的地基应予压实，并应做成与管身弧度密贴的弧形管座。基础的厚度一般以30～80cm为宜，选用透水性好，粒度分布良好的砂性土、砂砾或碎石土成形，密实度达到设计要求。材料的最大粒径不得超过波长的1/2或不大于50mm。

基础与波纹钢板接触部分要铺设厚度7～15cm的粗砂垫层，其最大粒径为12mm。

土质地基安装钢波纹管涵要求在基础上预留一定的预拱度。土质地基埋设的波纹管，一段时间后，会产生一定的沉降，一般是管道中部大于两端。因此，铺设于路堤下的波纹管的管身要设置预拱度。其大小根据地基土、涵底纵坡和填土高度等因素综合考虑，通常可为管长的0.3%～1%，最大不宜大于2%，以确保管道中部不出现凹陷或滑坡。

2.3安装工艺

安装前应准备好起吊设备、套筒扳手、定扭扳手，备足脚手架、电源等设备。应检查钢波纹板管涵底部平整度、标高，确定涵管的位置、中心线。

拼装底板。以中心轴线的中点为基准，第一张波纹板定位，以此为起点向两侧延伸，直至两端。板件环向搭接的重叠部分边缘至最外缘螺栓孔距离应大于50mm，第二张板叠在第一张板上面，对正连接孔。螺栓的螺纹部分涂上润滑剂，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。

拼装环形圈。由下向上顺次拼装。轴向搭接宽度为120mm，搭接部分上板覆盖下板，圆周向连接采用阶梯形，即上面2块板连接叠缝与下面2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，遇峰用凹垫，不得装反，由内向外插入孔位，用套筒扳手预紧螺母。

圆周向拼装满3张波纹板时，要测定一次截面形状，达到标准后才能继续拼装，达不到标准应及时调整。圆周向拼装到环形圈合拢时，测定截面形状，采用定位杆固定，调整预紧螺栓，拼装顶部第一块波纹板。

管涵拼装全部完成，用定扭电动扳手，按预紧力转矩(340±70)N·m紧固所有螺栓，依次序不得遗漏，紧固后底螺栓用红漆标示，所有螺栓(包括纵向和环向接缝)应在回填前拧紧，保证波纹的重叠部分紧密地嵌套在一起，见图1。

图1　板件连接

为保证达到螺栓扭矩的要求值，在回填前随机抽取结构上纵缝2%的螺栓，用定扭扳手，定预紧力转矩(340±70)N·m进行抽检试验。如果有一任意试验值超过了给定的扭矩范围，则应抽检纵向和环向接缝所有螺栓的5%。如果上述试验90%以上满足要求，则认定安装是合格的，否则应重新复核，以确定转矩值是否满足要求。

波纹钢管板涵外圈搭接处预紧力扭矩符合要求后，用专用密封胶或环氧树脂砂浆封填，以防波纹板连接处渗水。

拼装波纹管时，下游块件的端头必须在上游块件之下，以防管内流水渗入接缝而将地基淘空，破坏管涵。

待整个管涵安装完毕后，用千斤顶校正整道涵管，使其中心在所规定的中心线上。

管壁内外防腐防渗处理：在镀锌基础上可采用喷涂沥青等非金属覆盖层，在管壁内外涂沥青2道，厚度要达到0.5～1mm,涂层应均匀光滑、连续，无肉眼可分辨的孔隙、裂缝、脱皮及其他缺陷，见图2[1]。

图2　钢波纹管涵喷涂沥青

管节与块件之间的接缝采用不透水的弹性材料进行嵌塞，宽度宜为2～5mm；接缝嵌塞填料应连续，不得有漏水现象。各管节应顺水流方向安装平顺，垫稳坐实。在涵洞的进出水口处，当波形钢管节的管端与涵洞刚性端节相连时，宜采用直径不小于20mm的螺栓，按不大于500mm的间距，将管节与端墙墙体予以锚固。

2.4管涵回填土的施工

结构两侧回填应对称施工，分层回填，填土的材料宜采用砾类土、砂类土，或砾、卵石与细粒土的混合料，每层厚150～200mm。在距波形钢管0.3m的范围内的填土中，不得含有尺寸超过80mm的石块、混凝土块、冻土块、高塑性黏土块或其他有害腐蚀材料。

对有端部挡墙的情况，从两端向结构的中心回填，对没有端部挡墙的情况，从结构的中心向两端进行回填。

管底两侧楔形部位处可采用粗砂或灰土，人工用木棒在管身外向内侧进行夯实，木棒作用点必须紧贴管身，见图3，结构近处用机械夯实。涵洞两侧回填采用振动压路机压实，见图4，压实度不小于规范要求。

图3　楔形部位木棍捣实

图4　涵洞两侧回填采用振动压路机压实

管顶填土前，对直径大于2.0m的波形钢管涵，宜在管内设置竖向和横向十字临时支撑，防止其在填土过程中产生变形。管内的临时支撑应在填土不再下沉后方可拆除。

涵管顶填土大于80cm，方可采用压路机施工，每层厚度20cm，压实度不小于规范要求。

管顶填土的最小厚度应满足规范相应规定后，方可允许车辆通行。

2.5洞口处理

洞口采用端墙或与路基边坡同坡率的八字墙斜口形式。涵洞为正交时，对进出口处的端节，其外端面应与涵轴线垂直且平整。当涵洞为斜交时(斜交角度小于或等于20°)，可将端节波形钢管的外面切割成与路线中线平行的斜面，见图5，但斜切坡度不宜超过2∶1，并采用直径不小于20mm的螺栓，按不大于500mm的间距，将管节与端墙墙体予以锚固；斜交角度大于20°时，设置方式应符合设计规定[2]。

图5　涵洞斜交

钢波纹管涵施工工艺流程可简化总结为：清理场地、基坑开挖、基坑整平、地基承载力检验、铺砂砾垫层、运输安装钢波纹管、接缝、涂沥青、洞口铺砌、台背回填、分层压实、验收。

3　金属波纹管的经济效益和适用性能

3.1公路钢筋混凝土构造物与钢波纹管涵造价比较

建材单价、施工费用等存在地区差异，并且受运距等各方面因素的影响。表1是鹤壁市价格和施工周期的对比。

表1　鹤壁市箱涵、盖板涵、钢波纹

比较施工时间。一般钢波纹管涵安装期为8～10m/工日，相比钢筋混凝土盖板涵、箱涵，节省工期1个多月，经济效益明显。不但节省工期及降低成本，而且可以相对延长施工季节，加快工程总进度，提前通车时间，加之后期养护成本低，重建几率小，从长远来看其经济成本更低。

现有工程项目中应用钢波纹管涵，采用缩减跨径的方法，无论从造价还是工期上波纹管都有其他圬工构造物无法比拟的优越性。

3.2钢波纹管涵的适用性能

钢波纹管涵在公路上主要用于横穿道路的涵洞、排水用暗渠、行人车辆通道、渗水井等。钢波纹管涵具有重量轻，运输方便，施工简单，施工工期短，变形性能好等优点，其设计使用年限为100年。

钢波纹管涵具有较大的抗变形和抗沉降能力，能有效避免由于地基或基础不均匀沉降对涵洞造成的破坏，适用于煤矿采空区、软土、膨胀土、湿陷性黄土地基承载力较低地区和地震多发地区。由于钢波纹管的技术参数(壁厚、波形)可根据填土高度进行调整，故适合于深浅填土地区；并且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。另外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，而且钢波纹管涵施工只需对基础和进出口进行处理，砂、石材料用量小，适用于砂、石材料缺乏的地区。再者钢波纹管涵施工只需很少的人工，适用于劳动力缺乏地区。由于采用标准化设计、生产，其设计简单，生产不受环境影响，易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。