波纹管涵在公路桥涵加固中的应用及效益分析

周挺+李静静

【摘 要】本文阐述了波纹钢管（板）涵洞在公路旧桥涵的加固、施工的方法以及波纹管涵洞在公路建设及旧桥涵加固中的使用优势，对波纹钢管（板）涵洞在公路小桥涵工程中的经济效益和社会效益进行了分析。

【关键词】波纹管涵洞；桥涵加固；效益分析

引言

波纹管最早诞生于英国（1784年），随着波纹管技术的不断发展以及在世界各地的安装使用，证明波纹管在各種使用情况下的通用性，而且其使用寿命已超过了设计寿命，目前在美国、加拿大等西方国家，波纹管涵已被广泛应用于公路工程[1]；我国波纹管涵最早应用于20世纪40年代滇缅公路的修建中，改革开放之后，深圳等城市曾经进口波纹管涵来进行煤矿的修建，直到上个世纪90年代，波纹管涵才逐渐在各类公路建设工程中被广泛使用；探讨在公路桥涵加固中波纹管涵洞的使用对提高公路的改建质量具有重要的意义。

一、公路旧桥涵的加固方法

涵洞是公路工程中的重要组成部分，据相关资料显示：小桥涵工程数量约占桥涵总数的70%～80%，小桥涵工程造价可以占到桥涵总额的50%以上。小桥涵中，涵洞又占绝大多数，在盛产石料的地区，石料涵的造价及养护费用较低，又节省钢材和水泥，经久耐用，石拱涵是首选的涵洞类型，石拱涵的比例约占40%，其至更多。从桥梁技术状况分析，由于河床屡遭洪水冲刷，河床底部加深，桥梁墩台基础外露、冲空，产生不均匀沉降，导致桥台、拱圈产生附加应力而出现开裂，有的甚至出现开合现象；有的桥梁由于桥台较高，受行车及台后土压力的作用，桥台出现开裂、凸肚等病害；桥面混凝土铺装层由于时间长加之重车作用，导致铺装层出现开裂、剥落等病害。

目前公路桥涵承受的负荷有三个特点：1、交通量不断增大；2、重型车辆增加及超载现象严重；3、超限运输的出现和增加。按现在桥梁和运输状况，桥梁的承载能力和通过的车辆荷载是公路与运输的矛盾之一。

根据多年对承载超限运输桥涵的加固实践，简单介绍公路旧桥涵的加固方法。

当旧桥涵填土较高时，如果采用拆除重建的方案，工程量较大，由于结构物板顶填土较高，修建施工便道和材料运输有一定难度，在此种条件限制下，只能是对旧涵进行加固处理。对于旧桥涵加固通常的做法是：

（一）在不破坏原有桥涵的基础上，适当缩小小桥涵的跨径，在其中修建一座构造形式相近的结构，石拱涵拱圈增设套拱加固法在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈，即紧贴原拱圈底面上，浇注或锚喷混凝土新拱圈下部结构扩大基础加固，此方法实际上是新修了一座石拱涵，而且施工工期长，施工难度大、工程量大、危险性高。

（二）与目前广泛应用的钢筋混凝土及圬工桥涵相比，钢波纹管涵具有重量轻、施工简单、工期短等优点，在原有桥涵内放置一道或几道钢波纹管涵，原有涵洞与波纹管底部及两侧的空隙可填充砂砾、碎石土、片石砼等材料，钢波纹管涵顶部可用高压泵送膨胀水泥砂浆或砌筑片石膨胀砼。该方案在实际应用中取得了很好的效果。

二、波纹管施工方法

（一） 准备相关材料、人员及设备进场，并作好施工期间的安全防护工作，对路基边坡进行围网防护，防止石块等物体下滑伤人。

1. 基础处理，可采用砂砾回填或砌筑片石砼，对基底进行平整，换填30～50cm厚的砂砾材料，密实度达到90%以上，选择适当的流水纵坡3%左右，定出每道涵的中线和边线。

2. 安装波纹管时，采用分段施工的方法，预先在原涵洞底部设置两根角钢，角钢长度与涵长相同，做为涵管推进时的滑轨；波纹管管径根据工程需要可有不同的规格，整装管管径为0.5m～2.5m， 单管节长度3 米左右，采用内（外）法兰螺栓连接；拼装管管径为3m～8m，每个圆周方向有4～15 块板组成，板间搭接采用高强螺栓紧固。

3. 如果涵长小于30m，波纹管两侧与原涵宽度大于80cm，可将整道涵管在下游或上游向一端推进，就位以后，再进行一端挡墙的砌筑，四周的回填工作，可回填沙砾、碎石土，砌筑片石等，顶部采用浆砌片石或高压

泵送膨胀水泥沙浆。

4.如果涵长大于30m，波纹管两侧与原涵宽度小于80cm，可将3m～6m长涵管在下游或上游向一端推进，就位以后，可以将其固定，砌筑顶端的片石端墙，波纹管的另一端与涵洞间的间距用沙袋或浆砌片石挡住，宽度50cm，然后开始回填。两侧可用粗沙水密法密实或浇注混凝土震动棒捣实；顶部采用高压泵送膨胀水泥沙浆。该节管四周填筑完毕以后，将第二节管运至，进行两管的连接，波纹管的连接方式为内法兰螺栓连接，工人可在管内连接；连接完毕后，以上述相同的方法进行回填，依此顺序，完成整道涵管的修建工作。

三、波纹管涵洞的效益分析

（一） 经济效益

1.工程造价

波纹钢管（板）涵洞结构重量轻，对地基要求承载力低，整体材料较为节约， 相对我们传统的钢筋混凝土圆管涵、盖板涵、箱涵及拱涵等具有一定的经济优势，以下是安徽省溧广高速的波纹钢管（板）涵洞与传统钢筋混凝土涵洞的经济性比较：

另根据广东省平兴高速公路钢筋砼拱涵与波纹钢管涵洞的经济比较，1-5×4.5m的钢筋砼拱涵与孔径相当的波纹钢管涵洞相比，后者节省造价超过35%。

从以上对比分析可以看出，波纹钢管（板）涵洞，相比钢筋混凝土涵洞，在满足通行净空、过水断面的前提下，虽然各个项目因地质条件、对比前后的孔径差别等因素导致造价比有一定的离散性，但综合考虑，波纹钢管（板）涵洞应该可以节约10～40%，其具有一定的经济优势。

2.施工工期

一般情况下，使用波纹管涵进行施工，工期一般在三五天左右，与钢筋混凝土涵洞相比节省了一个多月的工期。在含有冻土层的地区进行公路的修建和改建时，工期的缩短不仅可以降低工程造价，相对来说还可以延长施工季节，加快工程进度[2]。

（二） 社会效益

波纹管涵的使用减少了石灰、水泥、砂、石等材料的消耗量，对环境保护具有积极的意义；同时使用波纹管涵进行公路涵洞的改建还可以缩短工期，加快公路改建的步伐，在公路的抢修、抢险、保通工程中具有显著的社会效益。

四、结语

波纹管涵洞以钢波纹管和土做为建筑材料，通过土与结构的相互作用将上部荷载分散到两侧的土体上，大大提高了涵洞的自身承载力；同时，波纹管涵洞解决了雨、雪等气候环境影响工程质量和施工进度的问题，而且可以更好地适应地基变形，减少不均匀沉降，调节路基与刚性涵洞的变形差[3]；因此，和常规的钢筋混凝土涵洞相比，在公路改建工程中采用波纹管涵洞，具有施工速度快，不需要养生，不受气温影响的优势。钢波纹管涵以其性能稳定、安装方便、有利环保、造价低等优点在公路改建中可代替钢筋混凝土涵洞，其发展前景非常广阔[4]。

参考文献：

[1]王艳丽，赵卫国.钢波纹管结构在河北省公路桥涵中的应用[J].公路，2028，（5）：63-67.

[2]何宇鑫.钢波纹管涵洞在高速公路建设中的应用[J].甘肃科技纵横，2010，（5）：149-150.

[3] 郭新春，梁养辉，胡滨，李祝龙. 钢波纹管涵洞在公路涵洞工程中的应用研究[J].公路交通科技，2013，（4）：133-136.

[4] 金继伟. 高速公路钢波纹管涵洞的研究及应用[J].河南科学，2012，（5）：630-634.endprint