道路鋼波紋管涵洞施工工藝與應(yīng)用前景研究

謝友超

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550000）

1 概述

鋼波紋材料首次應(yīng)用出現(xiàn)于18世紀(jì)英國(guó)，隨后美國(guó)、加拿大和日本等國(guó)相繼開展了此類材料的可行性研究，美國(guó)首次于1923年依托伊利偌斯州中央鐵路路基工程開展了管涵與土體接觸問題研究；在1929年，加拿大首次采用波紋管襯砌礦洞，隨后設(shè)計(jì)并修筑長(zhǎng)達(dá)8m跨徑的波紋管通道，并且頒布《安大略省公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)應(yīng)用于道路中的鋼波紋管涵洞進(jìn)行了詳細(xì)闡述；日本首次于 1977年針對(duì)鋼波紋板的物理力學(xué)特征，編制了《波形鋼管和波形形材》，對(duì)鋼波紋板的切向應(yīng)力、軸向應(yīng)力及撓度變化進(jìn)行了分析。我國(guó)進(jìn)入鋼波紋板材的研究起步于上世紀(jì)50年代，為保證青藏公路不凍泉段的道路通行，采用鋼波紋管涵代替原先預(yù)修筑的鋼筋混凝土蓋板涵，從此開啟了我國(guó)對(duì)道路鋼波紋管涵洞的研究。

2 適用范圍及條件

涵洞類型的選擇需滿足安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀等原則，為充分發(fā)揮鋼波紋管作為涵洞主材的優(yōu)良力學(xué)變形特征，涵洞設(shè)計(jì)需因地制宜考慮工程項(xiàng)目的基本特性，如道路類型、道路等級(jí)、建設(shè)條件、重要性程度等、還要考慮施工及養(yǎng)護(hù)條件等。

基于國(guó)外對(duì)鋼波紋管的防腐及應(yīng)用情況調(diào)研報(bào)告，采用防腐處理的鋼波紋管的設(shè)計(jì)使用年限可達(dá)50余年，并且具有較好的適應(yīng)能力。考慮到我國(guó)的防腐技術(shù)能力與國(guó)外存在一些差距，并結(jié)合國(guó)內(nèi)多地的應(yīng)用狀況得到，采用防腐技術(shù)方案的鋼波紋管涵洞設(shè)計(jì)使用壽命約為20年至30年，若考慮鋼波紋管涵洞的養(yǎng)護(hù)維修與設(shè)計(jì)腐蝕富余量等，其涵洞使用壽命也可高達(dá)50年，基于道路服務(wù)水平和使用周期，鋼波紋管涵洞的使用壽命能夠完全滿足一般道路的需求。

在建設(shè)條件較為特殊的地區(qū)，諸如多年凍土、軟土、膨脹土及濕陷性黃土地基，由于涵洞地基或基礎(chǔ)存在不均勻沉降，導(dǎo)致采用的鋼筋混凝土圓管涵或蓋板涵出現(xiàn)不同程度的破壞，而鋼波紋管是一種柔性管，具有良好的變形能力，抵抗失穩(wěn)定性破壞能力較強(qiáng)，軸向波紋的存在不僅可以增加其徑向剛度，還具有顯著的軸向位移補(bǔ)償功能，可解決地基沉降變形帶來的涵洞破壞，減弱因地基沉降路面引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)與路堤的協(xié)同變形性較好，可改善軟土地基結(jié)構(gòu)物與路堤交界處帶來的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，增加行車舒適度，故在下列工況宜優(yōu)先考慮使用鋼波紋管涵洞：

（1）地基承載力較差的區(qū)域，諸如多年凍土地區(qū)、軟土地區(qū)、膨脹土地區(qū)以及濕陷性黃土地區(qū)等。

（2）工期要求緊，施工期較短的涵洞。

（3）砂石、水泥及鋼筋匱乏或運(yùn)距較遠(yuǎn)的區(qū)域。

（4）人力資源匱乏、高寒高海拔區(qū)域。

同時(shí)，由于鋼波紋管本身固有的缺陷，下列工況使用鋼波紋管涵洞需慎重考慮：

（1）城市快速路及高速公路重要組成路段。由于鋼波紋管存在不可避免的銹蝕問題，而城市快速路及高速公路對(duì)涵洞及路基的使用年限要求較高，故在某些重要路段需考慮鋼波紋管涵洞的使用年限。

（2）維護(hù)困難路段。在局部外界環(huán)境較惡劣的情況下，鋼材的銹蝕會(huì)受到外部荷載作用，導(dǎo)致需要對(duì)鋼波紋管涵洞進(jìn)行養(yǎng)護(hù)及維修。

（3）高填方涵洞跨徑較大路段。在高填方地區(qū)采用大孔徑鋼波紋管需進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算分析，確保涵洞結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

（4）涵洞內(nèi)流沙量較大路段。在一定流速下，大量流沙會(huì)對(duì)鋼波紋管管壁進(jìn)行沖刷，導(dǎo)致管體內(nèi)壁的瀝青層與鍍鋅層受到長(zhǎng)期磨損，從而加速鋼管銹蝕。

3 施工工藝

鋼波紋管（板）是通過將薄鋼板板面壓制成波紋形狀，采用液壓成型等生產(chǎn)工藝制成管節(jié)或板片，其鋼板厚度通常為1.6～12.0mm，材質(zhì)通常采用Q235A。按其加工方式，可分為螺旋形圓管、環(huán)形波紋圓管、波紋鋼板件；按其涵洞截面形式，可分為圓形，橢圓形型，拱型和管拱型。鋼波紋管涵洞的主要施工工藝如下所示。

（1）施工準(zhǔn)備

施工方應(yīng)熟悉設(shè)計(jì)文件并與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行技術(shù)交底，編制詳實(shí)的施工組織方案并經(jīng)監(jiān)理方審批通過，待具備開工條件時(shí)開始施工。

（2）施工放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的導(dǎo)線點(diǎn)、直曲表及涵洞施工圖，采用全站儀進(jìn)行總體與細(xì)部放樣。

（3）基礎(chǔ)開挖

采用木樁或白灰等標(biāo)志示意開挖邊界，采用挖掘機(jī)進(jìn)行基礎(chǔ)開挖，開挖邊坡比例及邊坡支護(hù)方式依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況進(jìn)行擬定，開挖至距離設(shè)計(jì)高30cm時(shí)采用人工開挖，以免出現(xiàn)超挖或似的基底土體受到擾動(dòng)，同時(shí)在基礎(chǔ)四周設(shè)置排水溝渠，以免水流浸泡基底土體。

（4）基礎(chǔ)墊層施工

采用級(jí)配良好的天然砂礫作為基礎(chǔ)墊層施工的材料，其最大粒徑不得超過50mm，粉粒含量不得超過3%，采用振動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)行分層壓實(shí)，每層厚度約為20cm，壓實(shí)度達(dá)到95%，同時(shí)墊層頂面預(yù)留一定的預(yù)拱度。

（5）鋼波紋管安裝

采用吊車將鋼波紋板片放置基礎(chǔ)墊層上，嚴(yán)禁對(duì)板片進(jìn)行拖拽，以免板片表面鍍鋅層脫落，將涵洞軸線及進(jìn)出水口的位置進(jìn)行放樣，搭設(shè)腳手架，采用螺栓連接鋼波紋板，板間采用止水條進(jìn)行止水，管壁內(nèi)外壁噴涂瀝青漆，用于加強(qiáng)防腐功能。

（6）回填壓實(shí)

回填材料與路基填料相同，避免使用粘性材料，管身兩側(cè)保持同時(shí)填筑與同時(shí)壓實(shí)，嚴(yán)禁單側(cè)填筑與壓實(shí)，避免管體受到單側(cè)壓力從而產(chǎn)生位移，其中分層厚度約為20cm，壓實(shí)度達(dá)到95%以后方可進(jìn)行下一層壓實(shí)。

4 應(yīng)用前景

鋼波紋管涵洞作為一種新型涵洞形式，主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）板材部件制作簡(jiǎn)單，易于工廠化批量生產(chǎn)并保證質(zhì)量可靠。

（2）現(xiàn)場(chǎng)安裝方法易于掌握，安裝設(shè)備簡(jiǎn)易，施工方法簡(jiǎn)單。

（3）鋼波紋管具有良好的抗變形性能，抵抗失穩(wěn)定性破壞能力較強(qiáng)，可克服因涵洞地基或基礎(chǔ)存在不均勻沉降而導(dǎo)致的涵洞破壞問題，使用地質(zhì)條件較廣，同時(shí)施工工期短，可在搶修工程中得到廣泛應(yīng)用。

（4）鋼波紋管涵為柔性管涵，解決了構(gòu)造物剛度與路堤剛度差異帶來的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，有利于提高行車的安全性與舒適性。

（5）鋼波紋管是一種環(huán)境友好型材料，減少了水泥、砂石等的使用，同時(shí)施工噪音污染小，具有一定的環(huán)保意義。同時(shí)，在施工便道完結(jié)后或搶險(xiǎn)工程結(jié)束后可回收利用，減少常規(guī)建材的浪費(fèi)，提高基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。

基于鋼波紋管涵洞的眾多優(yōu)點(diǎn)，在今后的涵洞工程建設(shè)領(lǐng)域會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市道路和公路事業(yè)的不斷發(fā)展壯大，各類涵洞的修建也會(huì)日益增多。鋼波紋管涵因其不僅適應(yīng)外界環(huán)境廣泛，而且運(yùn)輸方便、安裝簡(jiǎn)易快捷、環(huán)保意義深遠(yuǎn)、可大大縮減建設(shè)工期的優(yōu)點(diǎn)，勢(shì)必會(huì)成為道路路基中涵洞的重要組成部分。

[1]李祝龍．公路鋼波紋管涵洞設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究[D]：［博士學(xué)位論文］．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2005．

[2]李祝龍．公路鋼波紋管涵洞設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究[M]．北京：人民交通出版社，2007．7-14．

[3]王艷麗，李祝龍，吳大中．鋼波紋管涵洞的薄殼效應(yīng)[J]．公路交通科技，2008，25（5）：86-90．