在几种特殊地基上施做钢波纹管涵的比较与分析

杨旭平

摘 要：由于钢波纹管涵地基处理意义重大，方法很多，本文笔者从不同（特殊）地基的特征和病害生成原理入手，有针对性地对一般土质、优质土质、石质地基、季节性冻土（雪害）、湿陷性黄土、膨胀土地基上施做钢波纹管进行分析和比较。从地基加固原理、波纹管涵适用范围、材料特性、使用预期效果等各方面进行技术对比，选择一个最佳处理方案。

关键词：钢波纹管涵 地基处理；比较；分析

中图分类号：U416 文献标志码：A

1 金属波纹管涵的作用

金属波纹管涵的波纹结构可使涵洞路面受力合理，荷载分布均匀，并具有一定的抗变形能力，能解决北方寒冷地区（霜冻）对桥梁和管涵砼结构的破坏问题；使路表面没有伸缩缝，提高行车舒适性；改善路堤与软基结构分界处错台，减少跳车，提高行车安全性。钢波纹涵管管径0.5m～8m，管壁厚度3mm～7mm，能满足0.5m～40m的填土厚度需要。

2 钢波纹管涵的特点和施工工艺

2.1 安全可靠、行车舒适

采用柔性、高强度的钢波纹管涵，其本身是一种弹性结构，具有适应地基与基础变形的能力，而且钢波纹管涵因轴向波纹使其具有良好的受力特征，可以更大程度地分散荷载的应力集中，让钢结构的优势更明显。如果采用混凝土结构或是其他结构，构造物与非构造物部分连接处最容易产生跳车现象，而采用钢波纹管结构、管身上部填土厚度是渐变的，避免了突变引起的跳车现象，还避免了因为跳车现象造成的结构物损坏。

2.2 工期短、工程造价低

一方面是钢波纹管涵结构简单，现场开挖和地基处理与管体制作分别实施，另一方面钢波纹管涵与钢筋混凝土盖板涵和浆砌片石结构涵洞相比，直接造价费用可以降低 20%～30%。

2.3 工厂化机械化程度高，现场安装简单快捷

钢波纹管涵生产由专业化工厂实施，不受现场条件影响，既降低了成本又确保了质量，同时钢波纹管涵质量轻，现场安装无需大型安装设备，一般都是由厂家安排专业化队伍安装，施工进度快，安装质量有保障。

2.4 施工工艺（图1）

2.4.1 基础挖设方法。先挖掘管道沟槽，沟槽的宽度在满足设计基础宽度的基础上，还应方便管道侧面填土。

2.4.2 预留拱度。置于一般土质地基上的钢波纹管，经过一段时间后，常会产生一定的下沉，而且往往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留拱度。其大小根据地基土可能出现的下沉量，涵底纵坡和填土高度等因素综合考虑，通常可为管长的 0.6%～1%，最大不宜大于 2%，以确保管道中部不出现凹陷或滑坡。

2.4.3 涵管安装与操作。一是安装前工作：检查涵管底部基础平整度、水平、标高；核对土建基准，确定涵洞位置、中心轴线、中点；二是连接安装波纹管：根据涵洞实际情况，安放涵管。如果涵洞两侧进出水口是与路基同坡度的斜口形式，安装时先安装中间管节，在基础长度方向留出进出水口的位置。中间管节全部安装完毕，校正就位后再安装两侧进出水口；三是镶石棉垫；四是管壁内外防渗处理：管壁内外涂乳化沥青或热沥青两道，一般沥青涂层的厚度要达到1mm；五是用千斤顶校正整道涵管，使其中心在所规定的中心线上。

2.4.4 回填土。（1）涵管两侧回填应采用符合设计要求的材料；（2）回填土应两侧对称进行，分层填筑分层压实，每层厚度不超过20cm；密实度≥ 95%；其六涵管上方当回填土厚度超过 30cm 后，采用压路机静压，填土厚度超过 60cm 后，采用压路机振压，压实度≥ 95%。

3 钢波纹管涵对地基的要求

3.1 地基沉降的要求

地基设计时应进行地基固结和沉降分析。对于有沉降发生的地基，应使得结构的沉降大于两侧的沉降，沉降差应不大于25mm。

3.2 地基承载力的要求

主要验算拱腋处的地基承载力，公式如下：

T/RS≦σ

式中：σ—拱腋处的地基承载力；T—管壁恒载推力与活载推力之活；RS—结构拱腋处的半径侧A区的沉降，沉降差应不大于25mm。

3.3 基础厚度和宽度的要求

钢波纹管地基应具有较为均匀的力学特征，开挖地基时，开挖宽度要符合结构管基的最小厚度与宽度要求，以保证提供足够的空间组装及周边结构性回填材料的回填压实。

4 几种特殊地基的处理方式和分析比较

4.1 不同地基处理的分析与比较

笔者着重对一般土质、优质土质、石质地基、季节性冻土（雪害）、湿陷性黄土地基、膨胀土地基上进行分析和比较。但是由于钢波纹管涵地基处理意义重大，方法很多，因此要认真研究工程现状，结合现场实际情况和不同地基的特征和病害生成原理选择合适的处理方案。笔者认为要做好以下几点：（1）搜集地勘和基础设计资料；（2）通过对比不同地基的特征和形成原理来确定合理性的地基处理方案；（3）调查本地区类似地基处理经验；（4）结合结构物类型的使用功能、荷载大小以及钢波纹管对地基的要求初选几种可行性方案，再对比各初选方案，从中选择一个最佳的处理方案。具体处理方法分析对比见表1。

4.2 不同地基处理具体叙述

4.2.1 冻土（雪害）地基具体措施：一是排水和隔水处理。地表排水一般通过修建截水沟、排石沟等来实现；基床排水，通过换填水稳性好渗透性好的材料、铺设横向盲沟、横向排水管等来实现排水；地下水排除，通过截水沟，渗沟等来实现；隔水处理，一般通过用塑料薄膜、聚苯乙烯板等不透水材料来隔断毛细水的上升。二是保温处理。一般采用隔热材料 XPS，PU 板等来增加热阻，降低冻结深度。

4.2.2 粉质土的改良处理：笔者认为根据有无地下水的情况处理方法不同，一是对于无地下水的，在粉土中摻入部分沙砾后一起填筑、碾压即可；二是对于有地下水的，在地下水位以下采用沙砾填筑，在地下水位以上铺设两層土工膜，以隔离土壤的毛细现象吸水而软化路床。

4.2.3 濕陷性黄土的处理方法很多，要从经济、技术角度去合理选择。一是垫层法，就是将原有湿陷性黄土挖出，并与消石灰按体积配合比进行搅拌均匀。体积配合比宜取 2∶8 或 3∶7，并由试验室试验验证回填土体的最佳含水量，拌合均匀后进行基槽回填。二是灰土桩或水泥土桩；三是强夯法 ；四是重锤夯实法。

4.2.4 膨胀土的处理：一是适当增加基础埋深；二是换填土，填土应分层压实，以达到地基设计要求；三是铺筑沙垫层；四是做好地基的防水保湿。

4.2.5 一般性土质地基处理：承载能力不太高的普通地基，需设一定厚度的基础。但是，若将涵管底基槽原状土经严格夯实（其夯实度到重型击实密实度的 90%以上）以后，也可直接将波纹管置于地基上。

4.2.6 岩石地基处理：因为波纹管不能直接置于岩石基床上，因过于刚性的支承，不但会降低管壁本身所具有的良好柔性，而且还会减小涵管的承载能力。所以对岩石地基应挖掉一部分软岩，换填一层优质土，并认真夯实。开挖软岩沟槽，不能使用烈性炸药和放深孔炮，以避免将过多的外层炸松散。岩石风化层地基不能作为基础，需换填优质土。

4.2.7 软土地基处理：当涵管处于软土地基上时，需对软土路基进行处理，处理后表层再铺上一层大于30cm 厚的级配良好的砂砾垫层。

5 还需要注意的问题

5.1管涵基础、侧面、顶部的填料要分层填筑分层碾压，压实度要达到设计要求。避免或减少涵管应力集中、涵管变形和路面下沉造成涵管两侧跳车的现象。

5.2 为防止施工过程中波纹管涵滚动出现偏移轴线现象，可在压实后的地基表面刻深 20cm 槽，呈凹孤形。以安放涵管，同时两侧回填时分别回填 D/4，D/2（D 为管径）高度且两侧分别压实。

结论

综上所述，对于钢波纹管涵不同地基的处理方法比较与分析，只要尊重实际情况，充分掌握不同地基的特性，合理地选择处理方法，认真完善施工工艺，完全可以妥善处理，从而保证钢波纹管涵的安全使用。同时随着科技水平的日益进步，更多更好的处理方法将不断地推广和应用，为工程建设和经济发展服务。

参考文献

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