浅析钢波纹管涵在软土地基中的应用

[摘 要]近年来，钢波纹管涵代替原来的钢筋砼盖板涵和混凝土圆管涵大量应用于公路工程中，目前采用钢波纹管涵进行涵洞施工在国内是一项新技术，钢波纹管涵以其性能稳定、安装方便、有利环保、造价低等优点迅速在公路施工中代替了钢筋混凝土施工的涵洞，发展前景非常广阔。本文着重介绍钢波纹管涵在公路工程软土路基中的应用及施工技术，希望对以后遇到类似的工程提供借鉴。

[关键词]钢波纹管涵 应用 施工技术

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0114-02

随着当今科技的高速发展，钢波纹管涵洞作为一种新型的优质公路工程建材，越来越多的应用于公路工程当中，广泛的代替了传统的钢筋混凝土盖板涵、圆管涵、小桥等，特别在软土路基中的应用更为普遍。

1 钢波纹管涵的优点

涵洞作为路基上的结构物，特别是软弱地基上的结构物，容易因不均匀沉降，造成涵洞的破坏和路基跳车等问题，随着钢波纹管涵的应用，与传统的钢筋混凝土盖板涵和钢筋混凝土管涵相比，具有显著的优点。

从使用材料与结构受力上分析，钢波纹管涵是将薄钢板压成波纹后，卷制成管节，可以增加管节的刚度和对管轴压力的抵抗能力，与钢筋混凝土管涵相比，具有管节薄、重量轻、便于叠置捆扎、存放运输、施工工艺简单、组装快速、工期短等优点，施工波纹管涵时，可根据需要随意组装成任何长度，必要时管节可拆除，迁往别处修建，在缺乏砂石料地区或地基承载力较低的地区，波纹管涵的优越性更为显著，因为波纹管涵是一种柔性、高强度的结构形式，具有一定的抗震能力，不仅具有适应地基与基础较大的沉降、变形的能力，可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题，而且钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征，轴向和径向同时分布因载荷引起的应力应变，可以更大程度上分散荷载的交应，更好地发挥钢结构的优势。

2 钢波纹管涵的应用情况

兰州（新城）至永靖沿黄河快速通道是甘南州、临夏州与青海、河西走廊及新疆之间交通往来的重要通道，全线路基均布设于黄河右岸河谷低阶地，地势较低，路基穿过水浇地、沼泽地、芦苇地、湿地软基，地下水位较高，为典型的软弱路基，存在施工难度大等困难，特别是钢筋混凝土盖板涵的施工难度非常大，并且无法保证基底软基处理的效果，若采用钢筋混凝土管涵，易造成因不均匀沉降导致管节下沉、破坏等，而钢波纹管采用工厂集中化生产，运至施工现场，基底采用抛石挤淤处理后拼装就位即可，安装时间短。

该路全线共使用钢波纹管涵60余座，采用的钢波纹管直径分别为2.5m、2.0m、1.5m、1.0m，洞口形式为八字墙式，地基采用抛石挤淤处理，基础采用砂砾垫层，管周采用砂砾土回填夯实，具体如下：

3 钢波纹管涵施工技术

3.1 工艺流程

3.2 施工要点

⑴测量放样：对涵洞中线、基坑四角进行放样（斜交涵洞尤为重要），确定基坑开挖范围并引出护桩。

⑵基坑开挖。基坑开挖时宜采用挖掘机与人工开挖结合的方式进行。当机械开挖至基底标高以上20cm时改为人工开挖，避免挖掘机斗齿对涵洞基底土层产生扰动，导致基底承载力不够的现象出现。

⑶基坑开挖完毕以后对基坑底部使用小型夯具或压路机进行压实，确保无局部松散现象。

⑷基础施工。钢波纹管涵基础应为砂垫层或其他适宜填料，不宜将管身直接放置于岩石或混凝土基座之上。砂垫层最大粒径不宜大于50mm，含泥量不宜大于5%。

⑸压实度检测。压实度检测宜采用沉降观测法，沉降平均值小于5mm，且沉降均方差小于3mm。

⑹涵管加工。钢波纹管宜采用螺栓连接，并且管身、法兰盘、螺栓应采取防腐措施。管身所用钢板型号即性能应满足设计及相关规范要求。涵管加工完毕以后应对内径、波高、波距、壁厚、防腐层厚度等参数进行严格检查。

⑺涵管安装。涵管运至现场以后对管身外形尺寸、防腐层是否损坏进行检查，在检查合格以后进行乳化沥青涂刷，涂刷遍数和厚度应满足设计要求。涵管安装前，应先对涵管底面重新予以整平，设计上要求设置预拱度的应将预拱度调整合适，对管涵中轴线进行重新放样以后，采用水准仪对中线位置进行高程测量，测量点数应大于5个点，在高程满足设计及规范要求以后进行涵管安装。

管节拼装时采用16吨吊车和人工配合就位，严格按照涵管中线进行摆放，拼装时端头管节不得反置。管节摆放就位以后，采用扭矩扳手及螺栓进行拼装，拼装时管节法兰盘之间填塞不透水的弹性材料，不透水弹性材料的品种、尺寸应满足设计和《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50―2011要求，螺栓安装扭矩应满足设计要求。涵管拼装完毕以后，对涵管进行整体调整，确保涵管顺直。

⑻涵洞回填。涵洞回填宜采用砾类土、砂类土等透水性较好的土壤，控制填土材料粒径不大于50mm。涵洞回填前，并在涵管内设置水平和竖向支撑，以确保回填施工过程中，涵管不会因为土压力发生变形。波纹管涵台背回填时楔形部位的压实度控制是重点，一般采用水密法和小型夯机进行压实。

5 波纹管涵的适用性分析

考虑到软弱地区的路基，会存在不同程度的不均匀沉降，采用钢筋混凝土涵洞会造成不同程度的破坏，而钢波纹管涵属于一种柔性结构，钢波纹管涵在结构上具有横向补偿位移的优良性能，它区别于混凝土涵洞在于具有更强的抗拉、抗变形、抗沉降的能力等优越特点，发挥了钢结构形式的抗拉性能，特别适合膨胀土地基、湿陷性黄土地基等承载力较低的软土地基。

在部分地区，不均匀沉降对涵洞产生不同程度的破坏，在高填方地段挖出破坏涵洞重新修复工期长，交通中断或者修便道均会造成不便和增加费用，内套水泥圆管不好施工，圆管涵与旧拱涵中间填充水泥砂浆困难。采用波纹涵管可在涵洞外连接好后推进，连接处无缝隙，在管侧开孔，以便填充片石和喷筑砂浆增加管涵和原涵洞的整体性，另外波纹涵管管体轻，便于施工，在施工中边推进边清理地基，保证施工人员的安全。傍山险路无便道时，使用波纹管可分幅施工，保证提前通车时间。

在涵洞顶浅填土时，可应用波纹管涵施工，由于填土浅，水泥圆管涵在施工过程中容易出现裂缝，波纹管是一种柔性结构，能适应变形和重载车辆通行的要求；代替小桥采用波纹管多孔使用。

在软弱层地基上，进行了相应数据测量，根据现场钢波纹管型号直径2m，壁厚3.5mm，波距20cm，波高5.5cm。管节拼装前纵向2.01m，水平向2.005，在进行两侧台背回填过程中，1/2管径填土厚度时，纵向2.015m，水平向2.002m；管顶填土结束后时，纵向2.004m，水平向2.008m；后八轮汽车荷载行驶管顶时，采用百分表记录纵向、水平向变形，纵向0.9mm，水平向0.6mm，待车辆荷载驶出受力范围外，百分表归零。所以在低填方地段，动态荷载对波纹管的变形存在一定影响，但由于是弹性结构，荷载撤除后能够及时恢复；对于高填方路段，基本上没有什么影响。

6 结束语

通过钢波纹管涵在软土路基中的应用，不仅方便了施工、缩短了施工工期，而且解决了软弱地基中涵洞的不均匀沉降影响的问题，对类似地质地形条件下的涵洞设置具有推广和借鉴意义。

参考文献

1 中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）。

2 中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）。

3 中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）。

4 钢波纹管涵设计与施工技术交通出版社？？？（2007-1-7，李祝龙）