道路鋼波紋管涵洞施工工藝與應用前景研究

謝友超

（貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司， 貴州 貴陽 550000）

1 概述

鋼波紋材料首次應用出現(xiàn)于18世紀英國，隨后美國、加拿大和日本等國相繼開展了此類材料的可行性研究，美國首次于1923年依托伊利偌斯州中央鐵路路基工程開展了管涵與土體接觸問題研究；在1929年，加拿大首次采用波紋管襯砌礦洞，隨后設計并修筑長達8m跨徑的波紋管通道，并且頒布《安大略省公路橋梁設計規(guī)范》，對應用于道路中的鋼波紋管涵洞進行了詳細闡述；日本首次于 1977年針對鋼波紋板的物理力學特征，編制了《波形鋼管和波形形材》，對鋼波紋板的切向應力、軸向應力及撓度變化進行了分析。我國進入鋼波紋板材的研究起步于上世紀50年代，為保證青藏公路不凍泉段的道路通行，采用鋼波紋管涵代替原先預修筑的鋼筋混凝土蓋板涵，從此開啟了我國對道路鋼波紋管涵洞的研究。

2 適用范圍及條件

涵洞類型的選擇需滿足安全、適用、經(jīng)濟、美觀等原則，為充分發(fā)揮鋼波紋管作為涵洞主材的優(yōu)良力學變形特征，涵洞設計需因地制宜考慮工程項目的基本特性，如道路類型、道路等級、建設條件、重要性程度等、還要考慮施工及養(yǎng)護條件等。

基于國外對鋼波紋管的防腐及應用情況調(diào)研報告，采用防腐處理的鋼波紋管的設計使用年限可達50余年，并且具有較好的適應能力。考慮到我國的防腐技術能力與國外存在一些差距，并結合國內(nèi)多地的應用狀況得到，采用防腐技術方案的鋼波紋管涵洞設計使用壽命約為20年至30年，若考慮鋼波紋管涵洞的養(yǎng)護維修與設計腐蝕富余量等，其涵洞使用壽命也可高達50年，基于道路服務水平和使用周期，鋼波紋管涵洞的使用壽命能夠完全滿足一般道路的需求。

在建設條件較為特殊的地區(qū)，諸如多年凍土、軟土、膨脹土及濕陷性黃土地基，由于涵洞地基或基礎存在不均勻沉降，導致采用的鋼筋混凝土圓管涵或蓋板涵出現(xiàn)不同程度的破壞，而鋼波紋管是一種柔性管，具有良好的變形能力，抵抗失穩(wěn)定性破壞能力較強，軸向波紋的存在不僅可以增加其徑向剛度，還具有顯著的軸向位移補償功能，可解決地基沉降變形帶來的涵洞破壞，減弱因地基沉降路面引起的應力集中現(xiàn)象，同時與路堤的協(xié)同變形性較好，可改善軟土地基結構物與路堤交界處帶來的錯臺現(xiàn)象，增加行車舒適度，故在下列工況宜優(yōu)先考慮使用鋼波紋管涵洞：

（1）地基承載力較差的區(qū)域，諸如多年凍土地區(qū)、軟土地區(qū)、膨脹土地區(qū)以及濕陷性黃土地區(qū)等。

（2）工期要求緊，施工期較短的涵洞。

（3）砂石、水泥及鋼筋匱乏或運距較遠的區(qū)域。

（4）人力資源匱乏、高寒高海拔區(qū)域。

同時，由于鋼波紋管本身固有的缺陷，下列工況使用鋼波紋管涵洞需慎重考慮：

（1）城市快速路及高速公路重要組成路段。由于鋼波紋管存在不可避免的銹蝕問題，而城市快速路及高速公路對涵洞及路基的使用年限要求較高，故在某些重要路段需考慮鋼波紋管涵洞的使用年限。

（2）維護困難路段。在局部外界環(huán)境較惡劣的情況下，鋼材的銹蝕會受到外部荷載作用，導致需要對鋼波紋管涵洞進行養(yǎng)護及維修。

（3）高填方涵洞跨徑較大路段。在高填方地區(qū)采用大孔徑鋼波紋管需進行獨立計算分析，確保涵洞結構的安全穩(wěn)定。

（4）涵洞內(nèi)流沙量較大路段。在一定流速下，大量流沙會對鋼波紋管管壁進行沖刷，導致管體內(nèi)壁的瀝青層與鍍鋅層受到長期磨損，從而加速鋼管銹蝕。

3 施工工藝

鋼波紋管（板）是通過將薄鋼板板面壓制成波紋形狀，采用液壓成型等生產(chǎn)工藝制成管節(jié)或板片，其鋼板厚度通常為1.6～12.0mm，材質通常采用Q235A。按其加工方式，可分為螺旋形圓管、環(huán)形波紋圓管、波紋鋼板件；按其涵洞截面形式，可分為圓形，橢圓形型，拱型和管拱型。鋼波紋管涵洞的主要施工工藝如下所示。

（1）施工準備

施工方應熟悉設計文件并與設計人員進行技術交底，編制詳實的施工組織方案并經(jīng)監(jiān)理方審批通過，待具備開工條件時開始施工。

（2）施工放樣

根據(jù)設計方提供的導線點、直曲表及涵洞施工圖，采用全站儀進行總體與細部放樣。

（3）基礎開挖

采用木樁或白灰等標志示意開挖邊界，采用挖掘機進行基礎開挖，開挖邊坡比例及邊坡支護方式依據(jù)現(xiàn)場地質情況進行擬定，開挖至距離設計高30cm時采用人工開挖，以免出現(xiàn)超挖或似的基底土體受到擾動，同時在基礎四周設置排水溝渠，以免水流浸泡基底土體。

（4）基礎墊層施工

采用級配良好的天然砂礫作為基礎墊層施工的材料，其最大粒徑不得超過50mm，粉粒含量不得超過3%，采用振動壓力機進行分層壓實，每層厚度約為20cm，壓實度達到95%，同時墊層頂面預留一定的預拱度。

（5）鋼波紋管安裝

采用吊車將鋼波紋板片放置基礎墊層上，嚴禁對板片進行拖拽，以免板片表面鍍鋅層脫落，將涵洞軸線及進出水口的位置進行放樣，搭設腳手架，采用螺栓連接鋼波紋板，板間采用止水條進行止水，管壁內(nèi)外壁噴涂瀝青漆，用于加強防腐功能。

（6）回填壓實

回填材料與路基填料相同，避免使用粘性材料，管身兩側保持同時填筑與同時壓實，嚴禁單側填筑與壓實，避免管體受到單側壓力從而產(chǎn)生位移，其中分層厚度約為20cm，壓實度達到95%以后方可進行下一層壓實。

4 應用前景

鋼波紋管涵洞作為一種新型涵洞形式，主要優(yōu)點如下：

（1）板材部件制作簡單，易于工廠化批量生產(chǎn)并保證質量可靠。

（2）現(xiàn)場安裝方法易于掌握，安裝設備簡易，施工方法簡單。

（3）鋼波紋管具有良好的抗變形性能，抵抗失穩(wěn)定性破壞能力較強，可克服因涵洞地基或基礎存在不均勻沉降而導致的涵洞破壞問題，使用地質條件較廣，同時施工工期短，可在搶修工程中得到廣泛應用。

（4）鋼波紋管涵為柔性管涵，解決了構造物剛度與路堤剛度差異帶來的錯臺現(xiàn)象，有利于提高行車的安全性與舒適性。

（5）鋼波紋管是一種環(huán)境友好型材料，減少了水泥、砂石等的使用，同時施工噪音污染小，具有一定的環(huán)保意義。同時，在施工便道完結后或搶險工程結束后可回收利用，減少常規(guī)建材的浪費，提高基礎設施建設的經(jīng)濟性。

基于鋼波紋管涵洞的眾多優(yōu)點，在今后的涵洞工程建設領域會得到廣泛應用。

5 結語

隨著我國城市道路和公路事業(yè)的不斷發(fā)展壯大，各類涵洞的修建也會日益增多。鋼波紋管涵因其不僅適應外界環(huán)境廣泛，而且運輸方便、安裝簡易快捷、環(huán)保意義深遠、可大大縮減建設工期的優(yōu)點，勢必會成為道路路基中涵洞的重要組成部分。

[1]李祝龍．公路鋼波紋管涵洞設計與施工技術研究[D]：［博士學位論文］．西安：長安大學，2005．

[2]李祝龍．公路鋼波紋管涵洞設計與施工技術研究[M]．北京：人民交通出版社，2007．7-14．

[3]王艷麗，李祝龍，吳大中．鋼波紋管涵洞的薄殼效應[J]．公路交通科技，2008，25（5）：86-90．