鋼波紋管在公路涵洞中的應(yīng)用

王 智 文

(山西一通監(jiān)理咨詢有限公司，山西 大同 037000)

公路中所采用的鋼波紋管涵洞是以鋼波紋管和土作為主要建筑材料，通過(guò)機(jī)械施工將土與鋼波紋管密切結(jié)合在一起，共同承受公路自身及外界荷載的涵洞形式。

1 鋼波紋管涵洞在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展史

1784年鋼波紋橋涵誕生于英國(guó)。美國(guó)于1896年對(duì)鋼波紋管通道、鋼波紋管涵管的可行性進(jìn)行研究，并第一次將其應(yīng)用于涵洞，1923年美國(guó)鐵路工程協(xié)會(huì)在伊利諾斯州的中央鐵路應(yīng)用波紋管進(jìn)行實(shí)體測(cè)試。1931年澳大利亞首次建成8 m汽車通道一座，美國(guó)、加拿大等國(guó)家從二十世紀(jì)八九十年代開(kāi)始制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，并廣泛使用鋼波紋管橋涵。我國(guó)從20世紀(jì)90年代末才逐步開(kāi)展鋼波紋管的研究生產(chǎn)及應(yīng)用，并應(yīng)用于青藏公路的搶修工程。目前鋼波紋管已在我國(guó)多個(gè)地區(qū)大規(guī)模應(yīng)用，交通運(yùn)輸部發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵通道用波紋管(板)的標(biāo)準(zhǔn)，為鋼波紋管的推廣應(yīng)用提供了依據(jù)和有利的條件。

2 鋼波紋管涵洞施工對(duì)基礎(chǔ)的要求

2.1 涵洞基礎(chǔ)開(kāi)挖

修建鋼波紋管涵洞，基礎(chǔ)的開(kāi)挖可以先挖埋設(shè)鋼波紋管的管溝，再進(jìn)行路基土方施工；也可以先填筑路基，再開(kāi)挖管溝埋設(shè)鋼波紋管。如果涵洞頂部填土高度不高，以先填筑路基，然后再開(kāi)挖管溝施工為宜。

鋼波紋管涵洞對(duì)基礎(chǔ)的要求是承載力相對(duì)均勻、堅(jiān)固并具有耐久性。經(jīng)多年施工觀察，基礎(chǔ)為一般土質(zhì)埋設(shè)的鋼波紋管在行車荷載作用一段時(shí)間后，鋼波紋管中部會(huì)出現(xiàn)一定程度的下沉，故而根據(jù)基礎(chǔ)土質(zhì)的情況，以及行車荷載等因素綜合考慮，在安裝波紋管時(shí)需設(shè)置1%左右的預(yù)拱度，以避免波紋管涵洞中部不出現(xiàn)下沉。

2.2 幾種地基的處理方法

對(duì)于巖石地基這種過(guò)于剛性的支撐，不利于波紋管這種柔性材質(zhì)作為涵管去承載上部傳下來(lái)的荷載，而且?guī)r石地基凹凸不平，很容易在使用過(guò)程中使波紋管產(chǎn)生變形。所以對(duì)于巖石地基不能直接放置鋼波紋管，而應(yīng)挖除一層巖石，然后，填筑一層優(yōu)質(zhì)土并夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后再放置波紋管;如果巖石地基屬于風(fēng)化層等不能做地基基礎(chǔ)，則需要換填3倍波紋管直徑寬度的土層。

作為柔性的優(yōu)質(zhì)土地基，即沒(méi)有經(jīng)選配的砂、砂質(zhì)土及砂礫都是比較好的基礎(chǔ)材料，但須清除10 cm以上的礫石塊等尖物、硬物以防戳傷波紋管?？傊?，波紋管不能直接放置于鋼性的支撐面上，而要放置在柔性的支撐面上。

對(duì)于軟土地基上設(shè)置鋼波紋管時(shí)，應(yīng)先對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，再在其上面填一層砂礫墊層，并夯實(shí)。對(duì)于一般性土質(zhì)地基，須設(shè)一定厚度的基礎(chǔ)。如果將溝槽的原狀土經(jīng)壓實(shí)以后也可直接將波紋管放置在上面。

3 鋼波紋管管節(jié)安裝操作要求

3.1 安裝前準(zhǔn)備工作

1)將管節(jié)安裝所需的工具配件準(zhǔn)備齊全，比如扳手、橡膠密封圈、千斤頂?shù)取?/p>

2)檢查涵管基礎(chǔ)的平整度、寬度及設(shè)計(jì)流水坡度是否合格。

3)檢查涵管底部基礎(chǔ)的標(biāo)高是否與設(shè)計(jì)一致，準(zhǔn)確施放縱橫軸線、中心點(diǎn)及進(jìn)出水口的位置，并用白灰標(biāo)記出來(lái)。

3.2 安裝波紋管

1)安裝波紋管時(shí)應(yīng)將其緊貼基礎(chǔ)，使波紋管受力均勻。

2)根據(jù)涵洞的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，將波紋管擺放在平整的基礎(chǔ)上。從一側(cè)擺放第一節(jié)波紋管，使波紋管的中心線與基礎(chǔ)縱向中心線平行。同樣的方法擺放第二節(jié)波紋管，調(diào)節(jié)兩節(jié)波紋管使兩節(jié)法蘭上的螺栓孔對(duì)齊，然后，將橡膠密封圈沿螺栓孔套上，用細(xì)鋼筋棍穿入兩個(gè)螺栓孔將其連接。這時(shí)用撬杠沿縱向平移第二節(jié)波紋管，當(dāng)兩節(jié)的螺絲孔都對(duì)齊時(shí)，把細(xì)鋼筋棍抽出來(lái)，將全部螺栓穿入兩節(jié)波紋管的螺栓孔內(nèi)，并擰緊螺栓。按此同樣的方法依次連接接下來(lái)的幾節(jié)。

3)波紋管型內(nèi)外防滲防腐處理。在內(nèi)外管壁上涂刷兩遍熱瀝青，包括管節(jié)連接部位、螺栓上等，瀝青涂層厚度要求達(dá)到0.5 mm左右。

4)用千斤頂校正整道連接好的波紋管，使其縱向中心線在設(shè)計(jì)縱向軸線上。

5)將校正的整道涵管固定。用水泥混凝土從波紋管兩側(cè)下部至少包封到涵管的1/3處，用振動(dòng)棒振搗密實(shí)，要求涵管下部周圍不出現(xiàn)空洞。

4 涵管兩側(cè)的回填

1)用于涵管兩側(cè)回填材料，宜使用與路堤填料一致的材料回填。在使用砂礫回填時(shí)應(yīng)剔除大于10 cm的礫石。

2)在涵管兩側(cè)回填時(shí)必須兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱進(jìn)行回填作業(yè)，分層回填，每層不大于20 cm。

3)涵管兩側(cè)回填土壓實(shí)應(yīng)采用振動(dòng)夯實(shí)機(jī)具逐層夯實(shí)，切不可使用大型壓路機(jī)進(jìn)行回填土的輾壓，以免造成涵管產(chǎn)生位移變形。

4)當(dāng)涵管上方回填土厚度小于60 cm時(shí)，用振動(dòng)夯實(shí)機(jī)具逐層夯實(shí)，每層小于20 cm;大于60 cm時(shí)可以用小型壓路機(jī)逐層靜壓至壓實(shí)度合格;大于1.5 m～2 m(視土質(zhì)情況)，可以用大型壓路機(jī)靜壓或開(kāi)振碾壓至合格。

5 波紋管涵的優(yōu)點(diǎn)

1)波紋管重量比較輕，便于運(yùn)輸和存放。

2)施工工藝簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)安裝便捷，與鋼筋混凝土及圬工涵洞相比，施工工期大大縮短，節(jié)省人工，一般僅需四名左右施工人員。所以工程實(shí)際造價(jià)比同類涵洞都要低。

3)耐久性好，使用壽命長(zhǎng)。

4)有利于改善軟土地基結(jié)構(gòu)物與新建路基結(jié)合處沉降量不同造成的“跳車”現(xiàn)象，提高了行車的舒適性和安全性，減小通車后的養(yǎng)護(hù)成本。

5)由于鋼波紋管對(duì)地基變形及承載能力方面要求相對(duì)較低，所以能有效抵御地基變化對(duì)涵洞的破壞。故可以廣泛用于北方寒冷地區(qū)、凍土區(qū)及軟土地基等不利地基。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)公路建設(shè)尤其是高等級(jí)的公路建設(shè)得以長(zhǎng)足發(fā)展，涉及市、縣環(huán)城公路已很普遍。涵洞、通道作為排水、行車的重要構(gòu)造物，在公路建設(shè)尤其是城鄉(xiāng)結(jié)合部更顯得尤為重要和必不可少，所以，鋼波紋管的使用前景十分廣闊。雖然我們?cè)诠饭こ啼摬y管涵洞施工中已開(kāi)展研究，并取得了一些成果，但完善的設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未形成。再者，鋼波紋管更加適合公路涵洞的使用要求，比如防腐、承載力等方面也是研究的重要方向。