鋼波紋管涵公路工程中的應用

鐘良

摘要：隨著我國政治、濟地位的不斷發(fā)展和提高，高等級公路也在不斷發(fā)展和大修建，公路涵洞基礎的不均勻沉降是導致其破壞的主要形式之一，為了避免病害，近年來采用柔性和高強度的鋼波紋管涵，其不但具有適應地基與基礎變形的能力，而且還具有設計簡單、自重輕、造價低、強度高、運輸方便、耐久性好等優(yōu)點。本文主要介紹了鋼波紋管涵的適用條件、造價、工期優(yōu)勢以及施工工藝，并結合具體工程設計實例對鋼波紋管涵在公路工程中的應用進行進一步的分析和闡明。

關鍵詞：鋼波紋管涵;公路;適用條件

緒論

鋼波紋管涵是替代圓管涵、蓋板涵的優(yōu)質(zhì)公路建材，具有卓越的錄用性能，對地基要求低、施工簡便、安裝迅速、縮短工期、節(jié)約造價、有利于環(huán)保等特點，是普通涵洞與之無法相比的，在公路新改建工程、路基養(yǎng)護工程中發(fā)揮了積極的作用。柔性、高強度的鋼波紋管涵洞，不僅具有優(yōu)良的適應地基與基礎變形的能力，而且還可解決因地基、基礎不均勻沉降導致的涵洞破壞問題。鋼波紋管涵相對于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土蓋板涵具有施工工藝簡單、無基礎、管節(jié)薄、重量輕、便于運輸、施工工藝簡單、組裝快速、工期短、堅固耐用、抗變形能力較強等優(yōu)點。施工中減少了人工的投入、減少了水泥、砂石料、鋼筋等原材料的是使用，避免了環(huán)境污染、提高了環(huán)保效果，故其具有較為廣泛的應用前景。

一、鋼波紋管結構簡介

波紋鋼結構：是將一定厚度的鋼板經(jīng)過波紋成型，增加其剛性的結構;在平板上加壓成型的波紋，擴大斷面模量、提高剛性，隨著彎曲深度的增加，其剛性可增加5～10倍。

受力特點：由上部填土垂直壓力與管側被動土壓力形成受力圓環(huán)，以環(huán)向應力支撐荷載的柔性結構。采用薄殼鋼波紋板結構替代圬工砌體，減少了砂、石用量，由于其軸向波紋的存在，可以更好的適應地基變形，解決了許多因地基變形導致的結構破壞難題。

二、工程實際應用

我單位在國道G210都勻小圍寨（經(jīng)陽安）至深河橋公路改造工程第1合同段施工任務。本項目全線按雙向六車道一級公路標準建設，兼具城市道路功能。施工內(nèi)容多、工程巨大、有效施工時間較短等特點。其中，涵洞工程中蓋板涵20道，涵長1339.17米，圓管涵4道，涵長220米。后期與指揮部及設計單位溝通后，將剩余12道蓋板涵780.72米和4道圓管涵220米優(yōu)化為鋼波紋管涵。

現(xiàn)將鋼波紋管涵施工具體工藝闡述如下：

1、鋼波紋管涵施工工序

開挖→壓實、放線→板片搭接→螺栓緊固→密封處理→二次防腐→臺背回填→洞口施工

2、地基的適應性

鋼波紋管涵的地基承載力要求不得低于0.15MPa，鋼筋混凝土蓋板的地基承載力不得低于0.25MPa，鋼波紋管涵具有優(yōu)良的適應地基與基礎變形的能力。鋼波紋管涵地基或基礎應均勻堅固，若處于軟土地基時，需進行地基處理。管底需填筑一層不小于60cm厚的砂礫墊層并夯實緊密。涵洞基礎砂礫壓實度≥95%。

3、管節(jié)安裝

安裝前，檢查涵管底部基礎平整度、水平標高、核對涵洞位置、中心軸線。

拼裝底板：以中心軸線的中點為基準，第一張波紋板定位，以此為起點向兩側延伸，直至兩端。圓周向搭接長度為50mm，第二張板疊在（搭接部分）第一張板上面，對正連接孔。螺栓的螺紋部分涂上潤滑劑，套上墊圈由內(nèi)向外插入孔位，對面套上墊圈旋止螺母，用套筒扳手預緊螺母。拼裝環(huán)形圈：由下向上順次拼裝。軸向搭接寬度為120mm，搭接部分上板覆蓋下板，圓周向連接采用階梯形，即上面兩塊板的連接疊縫與下面兩塊板的疊縫錯位，連接孔對正后，用涂上潤滑劑的螺栓，套上墊圈（遇谷用凸墊，遇峰用凹墊，不得裝反）由內(nèi)向外插入孔位，用套筒扳手預緊螺母圓周向拼裝滿三波紋板時，要測定一次截面形狀，達到標準后才能繼續(xù)拼裝，達不到標準應及時調(diào)整。圓周向拼裝到環(huán)形圈合攏時，測定截面形狀，采用定位桿固定，調(diào)整預緊螺栓，拼裝頂部第一塊波紋板。管涵拼裝全部完成，用定扭電動扳手，按預緊力扭矩340N.m±70N.m緊固所有螺栓，依次序不得遺漏，緊固后底螺栓用紅漆標示，所有螺栓（包括縱向和環(huán)向接縫）應在回填前擰緊，保證波紋的重疊部分緊密地嵌套在一起。為保證達到螺栓扭矩的要求值，在回填前隨機抽取結構上縱縫2%的螺栓，用定扭扳手，定預緊力扭矩340N.m±70 N.m進行抽檢試驗。

鋼波紋管板涵外圈搭接處用預緊力扭矩符合要求后，用專用密封膠填縫，以防波紋板連接處滲水。

4、二次防腐

管壁安裝完畢后，因波紋鋼板在工廠已兩面鍍鋅，施工時在管壁外側涂厚度至少為1mm的乳化瀝青或熱瀝青兩道，從外觀管壁外均勻涂成黑色管即可。

5、臺背回填

施工人員在基槽土上釘水平標高木橛，根據(jù)分層回填厚度測放出回填標高控制線，從而控制回填土的標高或厚度，虛鋪厚度不得超過30cm。

回填時堅持先底部兩側楔形部位、后管體兩側、最后管體頂部的原則，并且保證在涵管兩側對稱且均衡的狀態(tài)下作業(yè)?？v向施工順序，可從涵洞中間至兩端。

回填必須分層攤鋪后逐層壓實，每層壓實厚度不超過25cm。兩側楔形部位（特別夯實區(qū)）采用砂礫或級配碎石回填，特別夯實區(qū)采用人工搗實及小型機具夯實。波紋管周圍30cm范圍內(nèi)不得有超過3cm的石塊、混凝土塊、凍土塊、高塑性黏土塊或其他有害物質(zhì)。

管體兩側分層回填應同步對稱進行，兩側的回填土高度差不得大于30cm。

管體兩側和頂部回填部分壓實度達到96%以上。

在管體兩側壓實過程中，壓實裝備應與涵洞軸線（長度方向）平行行駛;管體上方壓實施工時，壓實裝備應與涵洞通道垂直行駛。

管頂填土度小于50cm時，不得使用大于6t的壓路機械碾壓，也不允許施工機械通行或在管體上方堆放重物。管頂填土第一層厚度以30cm為宜，采用小型機具夯實或8t以下的手扶式壓路機壓實，以上各層以25cm厚度壓實，直至到達管體直徑或跨徑要求的最小填土厚度后采用振動式壓路機碾壓，可允許施工機械通行。

6、造價優(yōu)勢

蓋板涵施工時人員、機械、模板、砂石、水泥等材料較多，而鋼波紋管涵需要的人員、機械較少，無需模板、水泥等材料。在一定程度上使用鋼波紋管涵較為方便、經(jīng)濟。我標段K11+200蓋板涵為2.0*2.0m，長度94.52m，優(yōu)化后采用鋼波紋管涵。蓋板涵與鋼波紋管涵經(jīng)濟分析如下表：

從上表可知，鋼波紋管涵每延米比鋼筋混凝土蓋板涵造價低2600元左右，故而鋼波紋管涵的造價比鋼筋混凝土蓋板涵具有較大優(yōu)勢。

7、工期優(yōu)勢

我標段K11+200蓋板涵為2.0*2.0m，長度94.52m，優(yōu)化后采用鋼波紋管涵，拼裝時采用兩個安裝隊，每個安裝每天安裝5m左右，一天安裝10m左右，10天就能完成拼裝工作。混凝土蓋板涵一般工期為40～60天。

從工期看，一般鋼波紋管涵洞工期短，相比鋼筋混凝土蓋板涵節(jié)省工期1個多月，經(jīng)濟效益顯著，特別是在工期要求緊迫的項目。采用鋼波紋管涵既能保證通車時間，又能節(jié)省工期，進而達到降低施工成本的目的。

三、鋼波紋管涵優(yōu)勢

安全耐久：空間薄殼結構受力原理，結構安全穩(wěn)定。

質(zhì)量易控制：采用工廠標準化生產(chǎn)，質(zhì)量容易控制。

適應性強：具有較好的變形適應性，適應地基變形能力強。

節(jié)省工期：相比于傳統(tǒng)的圬工結構物節(jié)省工期40%以上。

造價低廉：相比于傳統(tǒng)的圬工結構物能夠節(jié)省造價20%以上。

低碳環(huán)保：相比傳統(tǒng)的圬工結構物環(huán)保，且可以回收再利用。

結論

通過理論和實踐證明，采用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土蓋板涵、圓管涵，無論從施工周期、工程造價、還是環(huán)境保護等方面都有其不可比擬的優(yōu)越，并且采用鋼波紋管涵，解決了涵洞基礎的不均勻沉降，還可以大大提高道路行車的舒適度與安全性，避免道路中涵洞的“錯臺跳車”現(xiàn)象。在目前是一種成本低、效果好、簡單易行的處理措施，應該值得廣泛推廣應用。

參考文獻：

[1]中交第一公路勘察設計研究院.JT/T791-2010

[2]《公路涵洞通道用波紋鋼管（板）》