高填方钢波纹管涵洞通道施工技术

刘首谕

（江西赣粤高速公路工程有限责任公司，江西 南昌 330069）

0 引言

当前，为有效降低混凝土结构问题，钢波纹管涵洞通道施工技术应用越来越广泛。钢波纹管在热浸镀锌处理后，能够显著提升自身强度，达到混凝土涵管的2.5 倍作用。该技术施工进度进一步缩短，同时具有成本低、适用范围广等优势，能有效解决混凝土开裂问题，对延长建筑的使用寿命有着积极的作用。

1 高填方钢波纹管涵洞通道施工技术应用现状

对于钢波纹管涵洞通道施工技术来说，为使其发挥最大工艺水平，需要借助特制专用设备将钢板制成波、拼装结构。在此过程中当钢管在进行热浸镀锌处理后，其结构刚度显著增强，重量则大幅度降低；但将其应用于高填方结构过程中，极易发生钢波纹管涵局部变形问题。在施工过程中由于钢波纹管受到机械强度、温度等因素的限制，极易发生渗漏问题，对高填方结构的建设使用寿命产生不利影响。除此之外，钢波纹管涵洞若未能与砂垫层紧密相贴后再安装，容易发生焊管受力不均等问题，出现逆坡、凹陷问题。在进行管身中心向两端安装时，需要保证管节位置能够一次性校准，防止发生偏位无法有效控制等问题。完成钢波纹管涵安装后需要及时对管身的外侧钢板拼接缝进行有效密封，避免发生渗漏问题。

2 高填方钢波纹管涵洞通道施工技术实例分析

2.1 工程概况

以萍乡至莲花高速公路A1 标段为例，该公路全长23.16km，在高速范围内共有桥梁14 座，共有大桥7座、中桥3 座、互通桥2 座。其中，涵洞共有58 座，有22 座为钢波纹管涵，涵洞的孔径分为2.5m、3.5m 以及4.5m。管顶填土高度为1.62m。在K28+210 位置的钢波纹管涵回填高度超过20m，管径长度为2.8m，管长为121.63m。波纹钢管使用的是Q345 钢，该种结构的钢板厚度超过4.5mm，波距长为280m，波高为100m。地基的承载力需要高于230kPa。对于波纹钢板则采用内外表面全部热浸镀锌的方式进行前期的处理，保证螺栓与螺母的热浸镀锌量高于330g/m。

2.2 施工方法

对于钢波纹管涵来说，基础开挖、施工放样、管道安装以及空洞施工等工艺均与常规施工相同。其中，基础垫层、管体安装以及回填涵洞背部施工技术如下：

2.2.1 基础垫层

钢波纹管涵洞的荷载主要是以两侧填土为主，具有变形适应性强、基础材料要求低等优势。基础施工形式的合理性能够显著增强钢波纹管涵洞的荷载力，增强竖向与横向的支撑能力，最大程度地降低结构变形的可能性。当地基承载力较低时，则需要增加基础的厚度，当土地压实密度高于85%时，可直接选择将钢波纹管涵洞设置在地基上的方式。需要注意的是，尽管钢波纹管涵洞基础强度以及稳定性较强，但依然无法承受其四周的回填材料原状土体。因而需要在基层的表面铺设厚度为180mm、粒径为11mm 的垫层和粗砂。保证垫层形状和结构一致，支撑力的均匀性。受到地基沉降、水流结构等因素影响，需要纵向设置预拱，焊管的纵向预拱度保持在0.3%～1.1%左右。

2.2.2 管身安装

在进行管身安装时，首先需要明确焊管中轴线以及中点的具体位置，其次做好钢波纹管涵洞的高程、地面的平整工作。底板的组装需要将钢制波纹管涵洞中轴线为中点，从而有效定位第一块波纹板的位置，再从中心向两端延伸，直到端面为止。通常情况下，将轴向的搭接长度设置在45～50mm 之间，第二搭接部位需要在第一板上部，保证对接孔位置准确。螺栓垫圈穿过波纹钢板后，需要将垫圈放置到波纹的凸面上，利用扳手将螺母拧紧。严格按照规定的顺序进行装配环工作，圆周向板片的整体搭接长度控制在45mm 以内，各块钢板以交互搭接的方式进行搭接，保证环向接缝对齐，纵向位置的接缝则需要交错进行布置。连接孔校准完成后，螺栓需要及时均匀涂抹润滑剂。需要注意的是，在进行套垫片的安装时，在波谷位置需要采用凸垫片，而波峰位置则需要采用平垫片。选择由里向外的方式进行孔位的插入，利用扳手将螺母拧紧。对于三片波纹板周向的组装，需要先进行界面形状的测量，当满足相关标准后再进行后续的组装工作；当无法达到相关标准时，需要做好调整工作，使得圆周能够有效装配到环形环上，当截面形状测量完成后，需要固定好定位拉杆进行螺栓的调整。完成结构装配后，利用电动扳手对所有螺栓进行拧紧固定，为避免发生遗漏，需要拧紧完成后及时进行检查。拧紧后的螺栓需要进行颜色的标记。在进行回填前需要对螺栓的纵缝、环缝进行拧紧，保证波纹的重叠位置能够紧密地嵌套在一起。为最大程度地实现螺栓扭矩的要求，在实际回填施工前需要采用随机选择3%的螺栓固定扭矩扳手。当试验值高于标准扭矩时，需要依据螺栓的4%进行取样。当上述测试超过95%都满足要求时，则可认定安装完成且合格，若测试结果低于95% 时则需要对螺栓进行重新拧紧。当预紧力矩和实际要求相符时，需要在波纹钢结构外圈填充专业的密封胶，避免发生渗漏问题。

2.2.3 涵背回填

钢波纹管的回填区域一般分为两部分，即影响钢板结构物受力结构性回填区（见图1）、外围一般性回填区。通常情况下，结构性回填区大小主要受到填土高度、沟槽类型以及路基填土类型等因素的影响。在进行回填的过程中，为进一步提升钢波纹管涵洞的基础填筑质量，需要将钢波纹管涵洞基础回填材料的级配碎石粒径保持在2.8cm 左右。利用小型夯实机低级配碎石进行夯实，确保钢波纹管涵洞基础回填质量和水平。在回填时需要从两端向结构中心位置进行作业，回填厚度不得超过15cm。需要注意的是，钢波纹管涵的端头和上部位置不得使用强夯机械进行夯实。

图1 结构性回填区域

2.3 变形控制

高填方位置的钢波纹管涵顶部覆土通常较厚，如果施工未能严格依据施工标准进行施工，则容易造成涵洞两侧位置的覆土压实度低于90%，造成钢波纹管涵洞回填期间与回填后的变形值超过一定范围，带来较为严重的经济损失。当高填方钢波纹管涵洞的顶部覆土高度较高时会产生拱效应，随着覆土高度越来越高，钢波纹管涵会发生非线性变化。为避免上述问题的发生，该项目以提升钢波纹管涵承载力、避免钢波纹管涵发生压环的方式，与波纹钢管涵洞的自身特性相结合进行涵洞的预变形处理。从而保证涵洞在回填后依然能够维持原来的形状，防止出现涵洞的严重变形而引发倒塌等问题。在此过程中，当基础垫层施工完成后需要进行钢波纹管涵的拼装，涵洞每隔2节钢波纹管涵的位置设置竖向的支撑，能够有效降低回填过程中需要承受的承载力。与此同时，为避免波纹钢管涵洞在预变形的过程中出现涵洞顶部、底部的破坏，可在波纹钢管涵洞的顶部设置纵向的垫板，底部设置高于波纹45mm 左右的砂层，为避免涵洞发生坍塌，顶部和底部之间需要设置相应的支架。除此之外，钢波纹管涵中心位置需要及时设置钢筋收紧装置，使其能够分别固定在钢波纹管的两侧将螺栓扣拧紧，采用千斤顶对装置进行收紧，直到涵洞竖向直径高于4%即可。在进行千斤顶的回收时，为防止塑性变形，每一次的变形不得过大。当钢波纹管涵洞顶土回填高度超过1.1m 后，可将装置和支架取下。

2.4 优化技术分析

2.4.1 受力特征与材料的选择

钢波纹管的结构以柔性为主，所以当受到高填方竖向荷载力的影响时，容易在顶部出现轴向压力与弯矩，使得结构发生变形。在此过程中横向的变形能够有效为结构提供相应的位移补偿，提升管侧壁的抗土压力，从而最大程度地控制了钢波纹管壁的位移，增强整体的承载能力。因此，作为施工技术人员需要确保管壁和四周的填土具有共同的承载力，当处于理想的压力时，可以有效将荷载力向四周的填土传递。通过实际施工可以得出管侧的填土弹性与压实度对涵洞的承载力有着一定的影响，为确保涵洞的施工质量，需要选择受力性能好、压实效果好、透水性强的填土材料，有效防止管壁的部分位置受力不均匀而发生较大的变形，影响施工进度和工程质量。通常情况下的钢波纹管外侧25cm 范围内的填土粒径仅为波纹管波长的1/4。对于填料的选择来说，级配较好、带棱角的砂砾是最佳的材料，另外，相对均匀的砂石也是较为常用的填土材料，而混合土与稳定土的应用较少。需要注意的是，对于钢波纹管涵洞施工来说，不得采用含水量较高的黏土作为施工材料，避免在雨雪等恶劣天气的影响下无法顺利施工，夯实效果不佳。填土材料的选择尽量以稳定性好的石渣或山砂为主。

2.4.2 提高钢波纹管安装质量

为进一步提升钢波纹管的安装质量，提升整体施工水平，需要有效提升现场预制安装的合格率。在实际的安装施工过程中，施工技术人员需要保证顶管附近无缝隙，严格依据波纹板的设计要求进行预制安装与操作。钢板的夹缝防水性主要是通过填充密封胶的方式，因此，施工技术人员需要做好缝隙的防水工作，防止因钢板夹缝防水性不足而在后期的应用中发生渗漏问题。在进行钢板螺栓的施工中，施工技术人员首先需要重视螺栓的选择，保证其强度满足施工要求，采用凹凸垫圈进行拧紧，不断提升结构的强度。当螺栓扭矩满足要求后，需要采用专业的密封胶、环氧树脂进行缝隙的填充，有效避免钢板对接位置发生渗漏。若高填方钢波纹管涵洞的通道发生防腐损坏时，首先需要进行除锈，将其处理干净后可采取喷锌的方式进行补救，同时在波纹管的外侧连续喷涂环氧树脂两次，当全部安装完成后，还需进行沥青的涂刷，从而有效降低损伤的范围。

2.4.3 强化变形控制的针对性

尽管高填方波纹管横纵向的变形能够保证结构的稳定性，但若无法进行有效控制的情况下则容易造成钢波纹管涵耐久性受到损害。所以，施工人员需要做好变形的控制工作，制定更具针对性的解决方案实现变形的科学控制。对于横向变形，钢波纹在竖向荷载作用下容易发生侧向位移，涵顶则容易发生竖向位移，使得水平侧向位移发生被动土压力。因此，施工人员应重视回填土的施工和管理，有效控制变形并将其控制在涵洞通道竖向高度的3%。为避免波纹管发生屈曲问题，需要确保管侧填料压实度、降低侧向位移，防止钢波纹管涵竖向变形高于标准范围。当涵顶土柱压实度较低时，可有效借助竖向剪应力有效转移涵顶的荷载力，进一步降低涵洞通道的整体承载能力。

3 结语

总而言之，钢波纹管涵洞施工技术的优势较为突出，主要表现在施工周期短、施工简单且耐久性高等。将其应用到高填方结构中时，需要注重受力特性的优化与完善，做好材料的选择进而提升钢波纹管安装的质量和水平，加强对变形的控制，防止因变形而降低施工质量，为进一步发挥钢波纹管涵洞施工技术的经济价值和社会价值奠定基础。