高速公路建設中大跨徑鋼波紋管涵的具體應用

李敬中

（中交一航局西南工程有限公司，廣西玉林537000）

1 工程概況

某高速公路段線路全長125.654 km，雙向4車道，設計速度120 km/h，路基寬度26.5 m。主要工程為特大橋4 999 m（4座）、大橋20 704 m（64座）、中橋475.6 m（5座）、分離式立交950 m（10座）、主線隧道10 477 m（7座）。互通式立交8處（其中樞紐互通式立交1處）、服務區4處、收費站7處。在施工中要克服多種難題，因擬用大跨徑鋼波紋管涵跨越6.5 m的鄉道和9 m的縣道。

鋼波紋管涵以熱鍍鋅鋼板為基礎材料，根據設計要求制作而得，是一種適應性較強的柔性結構，可以給高速公路高填方段施工提供可靠的幫助，在安全的環境中高效施工，后續施工段的運營服務效果較佳。綜上所述，鋼波紋管涵具備抗震、耐久、施工便捷、經濟高效等多重特性，在大部分復雜的地形中均具有可行性[1]。

2 鋼波紋管涵的應用優勢分析

鋼波紋管涵是現階段較為新型的涵洞形式，其包含波紋狀管、波紋狀板等材料，通過拼裝的方式構成整體，受力機理良好、適應能力強。實踐表明，鋼波紋管涵的應用優勢顯著。具體做如下分析：

1）適應性強。作為一種柔性結構，鋼波紋管涵能適應現場環境，在不同變形程度的地基中均具有可行性，因此，施工期間無須單獨處理基底，此優勢在軟土等易失穩的地基中體現得更為明顯。此外，鋼波紋管涵具有一定程度的剛性特征，在剛柔并濟的狀態下可適應地基承載力較低的施工環境，也可被應用于存在大范圍沉降的路基中。鋼波紋管涵施工的獨立性較好，外界對其影響較小，施工過程中也不會對周邊環境造成過多的干擾，即使是在多年凍土、濕陷性黃土等特殊的地質條件中也依然具有良好的應用效果。

2）施工便捷且高效。以設計圖為準，在工廠由專業人員預制成型，此方式下制得的鋼波紋管涵具有標準化的特性，結構尺寸精度高，質量得到保證。鋼波紋管涵被運至現場后再拼裝于一體，構成完整的結構體系。鋼波紋管涵各節段的自重較小，因而降低了現場拼裝的難度，幾乎無須配置大型吊裝設備，氣候條件等外部因素不會對鋼波紋管涵的安裝帶來過多的影響，全程按照流水化的模式有序推進，各環節施工均具有規范性，能夠在短時間內保質保量地完成相應的工作。

3）經濟效益顯著。鋼波紋管涵為柔性結構，可以較好地適應地基變形，同時各節段的自重較輕，相較于相同規格的鋼筋混凝土結構，在材料、機械設備、人工等方面所投入的成本相對較少。具體而言，若采取鋼筋混凝土澆筑的施工方法，為保證涵洞臺身等裝置不受到影響，需大幅度提高基礎的強度，例如，采用澆筑剛性基礎或樁基礎的方法，雖然其應用效果也可滿足要求，但工期隨之延長，各項物資的投入量增加，成本同步提高，對于資金吃緊的項目將面臨較大的挑戰。而鋼波紋管涵則有效規避了該問題，前期僅需簡單的處理即可，能夠幫助項目節省成本，提高經濟效益[2]。

4）破壞小、節能環保。鋼波紋管涵以鋼材為基礎材料制作而得，可省去攪拌機等多類大型機械設備，在簡單吊裝設備和人工的配合之下便可完成鋼波紋管涵的安裝作業。相較于鋼筋混凝土等傳統方法，幾乎無須使用水泥、砂、石子等材料，可減小對施工環境的破壞，具有節能環保的特性，契合于現代化的工程建設理念。

3 鋼波紋管涵的施工技術分析

3.1 鋼波紋管涵基底的處理

以鋼波紋管涵的直徑為基準，取該值的3倍作為基坑開挖寬度，局部地形條件特殊，可適當做出調整，但需保證管涵兩側的凈空至少達到1.5 m，否則后續的管涵組裝及周邊土回填均會受到影響。鋼波紋管涵施工中基層厚度按30～80 cm控制，材料以透水性較佳的砂質土為宜，最大粒徑不超過50 mm，需重點考慮的是基礎與波形鋼板接觸面以下的20 cm范圍，該部分的填料最大粒徑不宜超過12 mm。由于管節在后續可能存在沉降的情況，因此，在管節鋪設過程中設置預拱度時，可取管長的0.3%～1%。

3.2 測量放樣

在工程開始前確定管涵的中心和縱橫軸線。在設計坡度時要把土質考慮在內，若要使坡更陡，則要保證該坡度符合標準。在設計基坑的寬度時注意其尺寸要和涵洞的大小保持一致。為了確保在放邊樁時其尺寸足夠大，應結合換填厚度進行。

3.3 基坑開挖

以挖掘機為主要開挖設備，根據基坑開挖深度要求有序施工，對于設備無法覆蓋的區域或松散部分則轉為人工開挖的方法。若為新建涵洞且無干擾因素，遵循一次開挖到位的原則，若開挖與現場行車存在干擾，考慮到車輛的通行需求，宜采取半幅施工+半幅開挖的方法。基坑開挖的擾動性較強，一方面需提高施工的規范性，避免超挖現象。另一方面則需加強安全防護以及現場管理，全面保證施工安全[3]。

3.4 基礎施工

1）若要打造砂礫石、碎石型的地基，只需在基地上面鋪設厚度為10 cm的粗砂作為墊層，同時確保該地基的壓實度達到標準即可。

2）若要打造一般型的地基，確保在換填天然礫石時，其厚度約80 cm且壓實度達到標準要求。若施工區域屬于寒冷冰凍地段，應選用砂礫石等非凍脹的材料進行換填，其厚度至少為60 cm，同時也是凍土厚度的0.8倍。

3）選用砂礫石來打造巖石地基前要檢查超挖的厚度是否在30～40 cm，若厚度在以上區間內，確保地基的壓實度達到標準即可。

4）若選用軟土打造地基，首先根據處理塑料插板和碎石樁等軟基材料時的方式完成路基面的打造；其次通過機械工具對基底進行開挖；最后用砂礫石完成基底的換填工作，其換填厚度至少為50 cm，注意要與倍管徑保持一致。

5）在對基底進行換填時，選用分層的方式對砂礫層進行壓實，結束后檢查壓實度是否符合標準；為了避免凍土地區發生凍脹而導致地基被破壞現象，除了要嚴格控制換填材料中粉黏粒的含量之外，還要嚴格要求基礎材料的選材和粒徑等。材料要選用具有一定級配的天然砂礫石，最大粒徑至多為50 mm，若粒徑＜0.074 mm，則粉黏粒的含量至多為3%。

6）如果該區域內砂礫石出現存量不足的情況，也可選用碎石和礫石等進行換填，并確保抗凍脹能力符合標準，同時最大粒徑的大小至多為50 mm。

3.5 管節拼裝、連接

1）在開始施工之前檢查涵管底部平整度，確保其標高達到要求，提前摸清涵管的中心軸線和中點，確定其具體位置。

2）在安裝底板時，首先，根據中心軸線和中點確定第一張波紋板的具體位置，由此從兩邊開始延伸，直到延伸到涵管的進出口處時停止；其次，把2張板按照重合長度為50 mm的要求搭接起來，使之正對應于連接孔；最后，按照從內向外的方式把螺栓插入螺孔內，套上墊圈螺母之后利用套筒扳手將其頂緊即可。

3）按照先上后下的順序拼接環形圈。用上板蓋住下板，選用階梯形完成圓周部分的連接，螺栓插入螺孔后利用套筒扳手對螺母進行頂緊即可。

4）在拼裝時，必須確保成型的截面形狀滿足要求之后才能繼續拼裝。在拼裝波紋管時，要利用定位拉桿固定完成合攏的環形圈。

5）拼裝結束之后，在回填之前利用扭力矩為135.6～203.4 N·m的扭汽動扳手對螺栓進行頂緊，并在其上面刷上紅漆。

6）為了確保螺栓的扭力矩符合標準，要隨機抽取2%位于接縫上的螺栓進行檢驗，一旦發現有1個不達標，則需對橫縱雙向上5%的螺栓進行檢驗，若全部達標視為合格產品，否則要對所有螺栓進行復檢。

7）為了避免外波形鋼板的板縫位置和螺栓孔位置發生滲水現象，要使用專用的密封材料對其進行密封處理。

3.6 涵背回填

涵背回填施工中，為確保回填質量，可取適量的砂礫回填至管底兩側位置，人工夯實，提高該部分砂礫填料的密實性，給后續施工創設堅實的基礎。管身最大直徑的兩側20 cm范圍內均采用光輪壓路機碾壓，50 cm范圍內則轉為小型夯實機，以免造成不良影響。管涵兩側的回填作業按照分層的方法依次完成，每完成一層夯實后隨即檢查質量，在本層質量達標的前提下方可施工后一層，有序推進。二級公路各層的壓實厚度≤15 cm，壓實度≥95%。

3.7 八字墻以及洞口鋪砌

以C25混凝土為基礎材料組織八字墻和洞口鋪砌施工。施工前需要整平基底并夯實，檢測其承載力，若不滿足要求應進一步加強處理。水對施工的干擾較為明顯，需全面檢查現場環境，若基坑內有積水的現象及時抽出，否則不可施工。

4 結語

現階段，大跨徑鋼波紋管涵已經被應用于工程建設中，但相配套的施工技術尚處于發展階段，實際應用中依然有不足之處。針對此問題，急需相關技術人員展開深入的探討，突破現有技術的局限性，切實提高技術的應用水平，再結合人員、物資等方面的優勢，充分彰顯出鋼波紋管涵的應用價值。