鋼波紋管涵在鶴壁公路建設中的應用

王永順　朱　震　杜純煥

(1.鶴壁市公路管理局　鶴壁　458030；　2.鶴壁市市區公路管理局　鶴壁　458030；

3.鶴壁職業技術學院　鶴壁　458030)

鋼波紋管涵在鶴壁公路建設中的應用

王永順1朱震2杜純煥3

(1.鶴壁市公路管理局鶴壁458030；2.鶴壁市市區公路管理局鶴壁458030；

3.鶴壁職業技術學院鶴壁458030)

摘要鋼波紋管涵具有較大的抗變形和抗沉降能力，能有效避免由于地基基礎不均勻沉降對涵洞造成的破壞。文中對鋼波紋管涵施工工藝的應用進行了研究，對其經濟效益和社會效益進行了分析，表明鋼波紋管涵施工簡便、適用性強，是公路涵洞發展的方向之一。

關鍵詞鋼波紋管涵公路建設應用

鋼波紋管涵是指鋪埋在公路、鐵路下面的涵洞用螺紋波紋管，它是由波形金屬板卷制成或用半圓波形鋼片拼制成的圓形波紋管，廣泛應用于公路、鐵路、小橋、通道、擋土墻，以及各種礦場、巷道擋墻支護等工程中的涵洞(管)，亦稱金屬波紋管涵、金屬波紋涵管、波紋管涵、波紋涵管。

1　鋼波紋管涵國內外發展歷程

1896年，美國進行了鋼波紋管涵的可行性研究。其后，在美國、加拿大、澳大利亞等國的公路建設中，均采用了鋼波紋管涵的施工。1990年，日本制定了波紋管涵設計技術規范。我國在改革開放后，深圳及大同煤礦開始從國外進口成品鋼波紋管涵進行涵洞施工。之后，上海市公路管理處、上海市政工程設計研究院、同濟大學等對鋼波紋管涵進行了動、靜載試驗，填補了國內空白，并且迅速得到了推廣應用。

2　鋼波紋管涵在鶴壁公路建設中的應用

2.1國道107線花窩涵洞

原花窩橋位于鶴壁市107國道K601+235，為3孔×6m拱橋，損壞嚴重，不能繼續使用，需拆除重建。該橋交通量大，橋下常年流水，地基為膨脹土，承載力為0.14kPa。為縮短工期，保障通行安全和工程質量安全，采用2孔×4m鋼波紋管涵。

2.2基礎施工

基坑開挖寬度為鋼波紋管涵的3倍。這樣既方便組裝，又利于鋼波紋管涵周圍的回填及密實。

地基要對整個鋼波紋管涵保持均勻的承載力。要避免軟弱地基和巖石地基交叉的地基，否則，由設計部門提出方案。

管節的地基應予壓實，并應做成與管身弧度密貼的弧形管座。基礎的厚度一般以30～80cm為宜，選用透水性好，粒度分布良好的砂性土、砂礫或碎石土成形，密實度達到設計要求。材料的最大粒徑不得超過波長的1/2或不大于50mm。

基礎與波紋鋼板接觸部分要鋪設厚度7～15cm的粗砂墊層，其最大粒徑為12mm。

土質地基安裝鋼波紋管涵要求在基礎上預留一定的預拱度。土質地基埋設的波紋管，一段時間后，會產生一定的沉降，一般是管道中部大于兩端。因此，鋪設于路堤下的波紋管的管身要設置預拱度。其大小根據地基土、涵底縱坡和填土高度等因素綜合考慮，通常可為管長的0.3%～1%，最大不宜大于2%，以確保管道中部不出現凹陷或滑坡。

2.3安裝工藝

安裝前應準備好起吊設備、套筒扳手、定扭扳手，備足腳手架、電源等設備。應檢查鋼波紋板管涵底部平整度、標高，確定涵管的位置、中心線。

拼裝底板。以中心軸線的中點為基準，第一張波紋板定位，以此為起點向兩側延伸，直至兩端。板件環向搭接的重疊部分邊緣至最外緣螺栓孔距離應大于50mm，第二張板疊在第一張板上面，對正連接孔。螺栓的螺紋部分涂上潤滑劑，套上墊圈由內向外插入孔位，對面套上墊圈旋上螺母，用套筒扳手預緊螺母。

拼裝環形圈。由下向上順次拼裝。軸向搭接寬度為120mm，搭接部分上板覆蓋下板，圓周向連接采用階梯形，即上面2塊板連接疊縫與下面2塊板的疊縫錯位，連接孔對正后，用涂上潤滑劑的螺栓套上墊圈，遇谷用凸墊，遇峰用凹墊，不得裝反，由內向外插入孔位，用套筒扳手預緊螺母。

圓周向拼裝滿3張波紋板時，要測定一次截面形狀，達到標準后才能繼續拼裝，達不到標準應及時調整。圓周向拼裝到環形圈合攏時，測定截面形狀，采用定位桿固定，調整預緊螺栓，拼裝頂部第一塊波紋板。

管涵拼裝全部完成，用定扭電動扳手，按預緊力轉矩(340±70)N·m緊固所有螺栓，依次序不得遺漏，緊固后底螺栓用紅漆標示，所有螺栓(包括縱向和環向接縫)應在回填前擰緊，保證波紋的重疊部分緊密地嵌套在一起，見圖1。

圖1　板件連接

為保證達到螺栓扭矩的要求值，在回填前隨機抽取結構上縱縫2%的螺栓，用定扭扳手，定預緊力轉矩(340±70)N·m進行抽檢試驗。如果有一任意試驗值超過了給定的扭矩范圍，則應抽檢縱向和環向接縫所有螺栓的5%。如果上述試驗90%以上滿足要求，則認定安裝是合格的，否則應重新復核，以確定轉矩值是否滿足要求。

波紋鋼管板涵外圈搭接處預緊力扭矩符合要求后，用專用密封膠或環氧樹脂砂漿封填，以防波紋板連接處滲水。

拼裝波紋管時，下游塊件的端頭必須在上游塊件之下，以防管內流水滲入接縫而將地基淘空，破壞管涵。

待整個管涵安裝完畢后，用千斤頂校正整道涵管，使其中心在所規定的中心線上。

管壁內外防腐防滲處理：在鍍鋅基礎上可采用噴涂瀝青等非金屬覆蓋層，在管壁內外涂瀝青2道，厚度要達到0.5～1mm,涂層應均勻光滑、連續，無肉眼可分辨的孔隙、裂縫、脫皮及其他缺陷，見圖2[1]。

圖2　鋼波紋管涵噴涂瀝青

管節與塊件之間的接縫采用不透水的彈性材料進行嵌塞，寬度宜為2～5mm；接縫嵌塞填料應連續，不得有漏水現象。各管節應順水流方向安裝平順，墊穩坐實。在涵洞的進出水口處，當波形鋼管節的管端與涵洞剛性端節相連時，宜采用直徑不小于20mm的螺栓，按不大于500mm的間距，將管節與端墻墻體予以錨固。

2.4管涵回填土的施工

結構兩側回填應對稱施工，分層回填，填土的材料宜采用礫類土、砂類土，或礫、卵石與細粒土的混合料，每層厚150～200mm。在距波形鋼管0.3m的范圍內的填土中，不得含有尺寸超過80mm的石塊、混凝土塊、凍土塊、高塑性黏土塊或其他有害腐蝕材料。

對有端部擋墻的情況，從兩端向結構的中心回填，對沒有端部擋墻的情況，從結構的中心向兩端進行回填。

管底兩側楔形部位處可采用粗砂或灰土，人工用木棒在管身外向內側進行夯實，木棒作用點必須緊貼管身，見圖3，結構近處用機械夯實。涵洞兩側回填采用振動壓路機壓實，見圖4，壓實度不小于規范要求。

圖3　楔形部位木棍搗實

圖4　涵洞兩側回填采用振動壓路機壓實

管頂填土前，對直徑大于2.0m的波形鋼管涵，宜在管內設置豎向和橫向十字臨時支撐，防止其在填土過程中產生變形。管內的臨時支撐應在填土不再下沉后方可拆除。

涵管頂填土大于80cm，方可采用壓路機施工，每層厚度20cm，壓實度不小于規范要求。

管頂填土的最小厚度應滿足規范相應規定后，方可允許車輛通行。

2.5洞口處理

洞口采用端墻或與路基邊坡同坡率的八字墻斜口形式。涵洞為正交時，對進出口處的端節，其外端面應與涵軸線垂直且平整。當涵洞為斜交時(斜交角度小于或等于20°)，可將端節波形鋼管的外面切割成與路線中線平行的斜面，見圖5，但斜切坡度不宜超過2∶1，并采用直徑不小于20mm的螺栓，按不大于500mm的間距，將管節與端墻墻體予以錨固；斜交角度大于20°時，設置方式應符合設計規定[2]。

圖5　涵洞斜交

鋼波紋管涵施工工藝流程可簡化總結為：清理場地、基坑開挖、基坑整平、地基承載力檢驗、鋪砂礫墊層、運輸安裝鋼波紋管、接縫、涂瀝青、洞口鋪砌、臺背回填、分層壓實、驗收。

3　金屬波紋管的經濟效益和適用性能

3.1公路鋼筋混凝土構造物與鋼波紋管涵造價比較

建材單價、施工費用等存在地區差異，并且受運距等各方面因素的影響。表1是鶴壁市價格和施工周期的對比。

表1　鶴壁市箱涵、蓋板涵、鋼波紋

比較施工時間。一般鋼波紋管涵安裝期為8～10m/工日，相比鋼筋混凝土蓋板涵、箱涵，節省工期1個多月，經濟效益明顯。不但節省工期及降低成本，而且可以相對延長施工季節，加快工程總進度，提前通車時間，加之后期養護成本低，重建幾率小，從長遠來看其經濟成本更低。

現有工程項目中應用鋼波紋管涵，采用縮減跨徑的方法，無論從造價還是工期上波紋管都有其他圬工構造物無法比擬的優越性。

3.2鋼波紋管涵的適用性能

鋼波紋管涵在公路上主要用于橫穿道路的涵洞、排水用暗渠、行人車輛通道、滲水井等。鋼波紋管涵具有重量輕，運輸方便，施工簡單，施工工期短，變形性能好等優點，其設計使用年限為100年。

鋼波紋管涵具有較大的抗變形和抗沉降能力，能有效避免由于地基或基礎不均勻沉降對涵洞造成的破壞，適用于煤礦采空區、軟土、膨脹土、濕陷性黃土地基承載力較低地區和地震多發地區。由于鋼波紋管的技術參數(壁厚、波形)可根據填土高度進行調整，故適合于深淺填土地區；并且鋼波紋管涵施工時對環境的破壞小，適用于生態環境脆弱的地區。另外鋼波紋管代替鋼筋混凝土進行涵洞施工有利于解決北方寒冷地區冬季管涵混凝土結構的破壞問題，而且鋼波紋管涵施工只需對基礎和進出口進行處理，砂、石材料用量小，適用于砂、石材料缺乏的地區。再者鋼波紋管涵施工只需很少的人工，適用于勞動力缺乏地區。由于采用標準化設計、生產，其設計簡單，生產不受環境影響，易進行集中工廠化生產，生產周期短，故適用于質量要求高、工期緊的工程項目。

4　結語

本文通過鶴壁市107國道花窩涵洞的案例，研究了鋼波紋管涵施工工藝，分析了其社會效益和經濟效益。通過實踐表明，鋼波紋管涵施工簡便、適用性強，是公路涵洞發展的方向之一。

參考文獻

[1]JT/T791-2010公路涵洞通道用波紋鋼管(板)[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTG/TF50-2011公路橋涵施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2011.

收稿日期：2015-03-31

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.022