钢波纹管涵在公路工程中的应用

摘要：公路涵洞基础的不均匀沉降是导致其破坏的主要形式之一。为了避免该病害，近年来采用柔性和高强度的钢波纹管涵，其不但具有适应地基与基础变形的能力，而且还具有设计简单、自重轻、造价低、强度高、运输方便、耐久性好等优点。本文主要介绍了钢波纹管涵的适用条件、造价、工期优势以及施工工艺，并结合具体工程设计实例对钢波纹管涵在公路工程中的应用进行进一步的分析和阐明。

关键词：钢波纹管涵公路工程应用

中图分类号： U41 文献标识码： A 文章编号：

引言

钢波纹管涵是替代圆管涵、盖板涵、拱涵和小桥的优质公路建材，具有卓越的路用性能，对地基要求低、施工简便、安装迅速、缩短工期等特点，是普通涵洞与之无法相比的，在公路新改建工程、路基养护工程中发挥了积极的作用。柔性、高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有优良的适应地基与基础变形的能力，而且还可解决因地基、基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题。同时其具有自重轻、造价低、强度高、运输方便、耐久性好等优点，故其具有较为广泛的应用前景。

钢波纹管涵的适用条件

1.1软基、高填土路基

高寒冻土地区、高填土路基、V字型U字型深沟，软土路基地带，应用钢波纹管涵具有明显的经济效益[1]。在地基承载力较低的情况下一般无须对地基特殊处理，只要换填一定厚度的砂砾、片石垫层后，即可修筑钢波纹管涵；在高填方公路施工中，由于建筑材料运输困难，机械设备难以到达指定工作区以及无法修建临时便道，可应用钢波纹管涵进行半幅施工，不仅安装速度快、施工工期短，同时也可避免由于回填土时造成的不均匀沉降的问题。

1.2煤矿采空区

在煤矿采空区修建的公路，由于地下采空可造成地面不间断的产生不同程度的下降，出现不均匀沉降现象，对一般砼构造物产生不同程度的破坏，钢波纹管涵是一种柔性结构，具有横向补偿位移的优良特性，可充分发挥钢材抗拉性能强，变形性能优越的特点，具有较大的抗变形和抗沉降能力，特别适合于膨胀土、湿陷性黄土、地基承载力较低地区和地震多发地区。

钢波纹管涵的设计实例

2.1工程概况

本文以长治至平顺公路工程为例，详细介绍钢波纹管涵在公路工程中的具体应用。该项目全线按新建二级公路技术标准建设，设计速度60公里/小时，路基宽度12米。路线起点位于平顺县省道李东线与县道平辛线平交处，路线沿县道平辛线走向过王庄村，经前、后郭和村，赢仗岭、东五马、苗庄镇，特别是路线在广武东、西青北村南跨越多条V字型U字型深沟，平均沟深20米左右，且沟底地基承载力相对较低，不能满足高填方板涵、拱涵对地基承载力的要求。故在该项目的高填方、深沟、地基承载力低的地段设置了钢波纹管涵。

2.2设计方案

以桩号K19+926钢波纹管涵为例，从现场勘测断面来看，此沟为V形沟，沟底较顺直，两边为黄土，沟壁直立，沟底平时没有大水，来源主要为雨后地表形成的洪流，沟底土质为湿陷性黄土。根据水文调查结果，本沟上游沟长1.2km，汇水面积6500m2,近年来未发生过特大洪水。路线经综合考虑全线的平纵组合及纵坡的均衡性，决定该路段以填方路基的形式穿过，但必须在沟底设置构造物满足排水需要。根据沟两侧地形及纵断面拉坡后的设计标高，沟中最大路基填土高度达26m。按《公路路基设计规范》的规定，路堤边坡高度大于2O m属于高填方路基，对高填方路基下的构造物需进行特殊设计。由于设钢筋砼拱涵或钢筋砼盖板涵对地基承载力要求较高，需要400Kpa，而沟底地质勘察结果表明，其地基承载力只能达到180KPa，远不能满足要求。若进行基底换填处理，不仅工期长而且费用也太高；设置钢筋砼圆管涵，管节接头在涵顶20 m以上高填土路基的作用下很容易变形渗水，影响路基稳定。经过不同方案的反复论证，综合比较后决定采用直径3m、管壁厚5.5 mm的钢波纹管涵[2]，为防止上游雍水，作一定高度的路基防护，并做相应的防渗处理。

2.3造价优势

为了进一步证明设计方案的可行性，将钢筋砼暗板涵、钢筋砼拱涵和钢波纹管涵做了三个方案，并从三道跨径同为3米涵洞的造价进行了比较和分析，

如下表：

综合单价为8680元/米

由上表可知，钢波纹管涵较钢筋砼板涵每延米造价低1300余元，高填方、深沟处所设涵洞涵长平均按80m计，一道涵洞就能节约投资10.4万元。平顺至长治公路工程共设了8道波纹管涵，总共节约投资近90万元。故就造价而言钢波纹管涵较钢筋砼盖板涵和钢筋砼拱涵具有较大的优势。

2.4工期优势

该涵直径3米，全长96m，涵轴线与路基中心线成90°交角，钢波纹管涵安装采用拼接式，拼装时从涵洞中心向两端延伸，计划用四个安装组拼装，每个安装组1天平均拼装3m，4个组1天拼装12m，8天就能完成拼装就位工作，管涵周围回填时间为3天，洞口砌筑为3天，这道涵洞的施工工期为14天，比混凝土盖板涵一般工期约25―60天、拱涵约35―70天大大缩短了工期。

从工期看，一般波纹管涵洞工期仅为3～20天，相比钢筋混凝土盖板涵、拱涵，节省工期1个多月，经济效益显著。特别是在工期要求紧迫的项目，采用钢波纹管涵既能保证通车时间，又能节省工期，进而达到降低施工成本的目的。

2.5施工工艺

2.5.1基础挖设方法

一般在天然地面或经严格夯实的填方土基上修建钢波纹管涵时，挖掘埋设管节沟槽的宽度不只应方便管侧填土的夯填，还应满足设计对基础宽度的要求。施工经验表明，在填土不高的路段上修建钢波纹管涵洞时，宜采用先填路基，然后再开挖沟槽，最后埋设涵管的方法。

2.5.2各种土质地基的处理方法

钢波纹管地基或基础应均匀坚固，同时还应具有耐久性，所以在不同土质地基上修建钢波纹管，相应的应做一定的处理。

（1）软土地基

当涵管处于软土地基上时，需对软土地基进行简单处理，然后，在其上填一层不小于20cm厚的优质砂砾垫层并夯实紧密。

（2）一般性土质地基

承载能力不太高的普通地基，需设一定厚度的基础。但是若将涵管底基槽原状土经严格夯实（其夯实度到重型击实密实度的90%以上）以后，也可直接将波纹管置于地基上。

（3）优质土地基

未经筛分的砂、碎石，砂砾土以及砂质土都是比较理想的地基材料，但需清除尺寸10cm以上的石块等硬物。

2.5.3预拱度

埋设于一般土质地基上的波纹管，经过一段时间后，常会产生一定的不均匀沉降，而且往往是管道中部大于两端。因此，铺设于路堤下的波纹管的管身要设置预拱度。其大小根据地基土可能出现的下沉量以及涵底纵坡和填土高度等因素综合考虑，通常可为管长的0.6%～1%，最大不宜大于2%，以确保管道中部不出现凹陷或逆坡。

2.5.4管节安装操作方法

(1) 安装前工作：检查涵管底部基础平整度、水平标高；核对土建基准，确定涵洞位置、中心轴线、中点。

(2) 连接安装波纹管：根据涵洞实际情况，排放涵管。如果涵洞两侧进出水口是与路基同坡度的斜口形式，安装时先安装中间管节，在基础长度方向留出进出水口的位置。中间管节全部安装完毕，校正就位后再安装两侧进出水口。安装时从一侧排放第一根管节，使其管子中心和基础纵向中心线平行，同样把第二根管放置就位，当两根管相邻法兰间相距3―5cm的缝隙时，用小撬棍对准法兰上的螺栓孔，使其两根管法兰上的螺栓孔对正，这时从第二节管的另一端用撬杠撬动管节，使其纵向平移，使两法兰间距在2cm左右，然后全部穿上螺栓，拧上螺丝即可。此后依此方式逐节依次连接剩余管节。

(3) 管壁内外防渗处理：管壁内外涂厚度至少为1mm的乳化沥青或热沥青两道，从外观看管壁内外均匀的涂成了黑管即可。

(4) 用千斤顶校正整道涵管，使其中心在所规定的中心线上。

2.5.5回填土

(1) 涵管两侧回填应采用砂砾土或与路基填料相同的材料。

(2) 在距波形钢管0.3m范围内的填土中，不得含有尺寸超过8cm的石块、混凝土块、冻土块、高塑性黏土块或其它有害防腐材料。

(3) 涵管两侧回填应对称均衡，分层回填，每层压实厚度控制在15cm～20cm为宜。

(4) 管顶填土前，对直径1.25m及以上的波形钢管涵，宜在管内设置一排竖向临时支撑；对直径大于2.0m的波形钢管涵，宜在管内设置竖向和横向十字临时支撑，防止其在填土过程中产生变形。管内临时支撑应在填土不再下沉后方可拆除。

结束语

实践证明，用钢波纹管涵代替钢筋混凝盖板涵、拱涵，无论从施工周期、工程造价、还是环境保护等方面都有其不可比拟的优越性，并且采用钢波纹管涵，还可以大力提高道路行车的舒适度与安全性，避免道路中涵洞的“错台跳车”现形，有利于解决寒冷霜冻对砼涵洞结构的破坏问题。钢波纹管涵洞主要在我国西部严寒地区逐步得到推广使用，我国有关科研设计部门已编写了钢波纹管涵的设计、施工规范。相信随着对结构耐久性认识的逐步提高，钢波纹管涵在公路工程中将具有更为广阔的应用前景。

参考文献

［1］李祝龙.公路钢波纹管涵洞设计与施工技术.北京:人民交通出版社,2007.1.

［2］中交第一公路勘察设计研究院.JT/T791―2010，公路涵洞通道用波纹钢管（板）［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］中交第二公路勘察设计研究院. JTG D30-2004，公路路基设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

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