鋼波紋管涵洞的特點及施工技術(shù)研究

陳大偉

（邢臺路橋建設(shè)總公司，河北 邢臺 054001）

1 高路堤公路涵洞的現(xiàn)狀

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路建設(shè)從平原區(qū)、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)逐漸向山嶺地區(qū)、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)展。因山區(qū)地形復(fù)雜、山勢險峻、坡陡溝深、山石散落、溝壑多變等特點，在山區(qū)公路建設(shè)中，原則上逢溝壑設(shè)橋、涵，涵洞軸線應(yīng)盡量與水流方向一致，不宜減短涵長強(qiáng)行正交。如果溝壑較深，路堤一般較高，最高可達(dá)30～40m，涵長可達(dá)100m以上。

多年來，公路建設(shè)通常采用鋼筋混凝土或圬工結(jié)構(gòu)的涵洞，但該類涵洞存在設(shè)計繁瑣、施工周期長、填土高度受限制、建設(shè)費用高等不足，更為嚴(yán)重的是地基或基礎(chǔ)不均勻沉降可能導(dǎo)致涵洞的整體破壞，會造成路基大范圍的沉陷，給公路行車帶來極為嚴(yán)重的安全隱患。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新材料、新工藝及新結(jié)構(gòu)不斷應(yīng)用于公路建設(shè)中，鋼波紋管涵作為一種新材料及新結(jié)構(gòu)，具有延伸性好、變形能力強(qiáng)、抗震性能好、能適應(yīng)不同的復(fù)雜地形等優(yōu)點，還具有重量輕、設(shè)計簡單、施工技術(shù)難度低及周期短等特點，因此，鋼波紋管涵的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)涵洞所不能解決的問題。

2 波紋管涵洞的特點

2． 1 波紋管涵洞的發(fā)展

1784年波紋管最早誕生于英國，1896年美國率先進(jìn)行波紋板通道、涵洞的可行性研究，并首次用于涵洞工程。在美國、加拿大等國家，公路工程廣泛采用波紋管涵，并制定了設(shè)計、建造及施工安裝手冊，積累了較為成熟的波紋管涵洞設(shè)計方法及修建經(jīng)驗。20世紀(jì)90年代末，我國逐步開展公路鋼波紋管涵洞的應(yīng)用研究、生產(chǎn)。1997～1999年，我國第一道波紋管涵洞應(yīng)用于青藏公路多年凍土地區(qū)，解決了多年凍土地區(qū)因融沉和凍脹而導(dǎo)致涵洞破壞的難題。

2． 2 波紋管涵洞的特性

螺紋鋼管涵材質(zhì)是使用450℃狀態(tài)下的熱鍍鋅板以螺紋狀纏繞成型工藝制成的管材。相關(guān)研究表明，公路鋼波紋管涵洞具有以下優(yōu)點：

a）對地基強(qiáng)度要求低 鋼波紋管屬于柔性結(jié)構(gòu)，變形能力較強(qiáng)，對地基承載能力、平整度要求較低，適用于軟土、膨脹土、濕陷性黃土等特殊地基結(jié)構(gòu)物；

b）運輸方便 鋼波紋管的重量只有同口徑水泥管的1／10～1／5，即使在狹窄的場所沒有運輸設(shè)備，用人也可搬運；

c）施工簡便、工期短 鋼波紋管采用現(xiàn)場安裝，一般采用螺栓連接，安裝只需簡單的安裝工具，可以全部采用人工安裝，不需使用大型設(shè)備，施工工期短，土建與型材安裝可分開實施，然后進(jìn)行整體拼裝，另外，鋼波紋管涵洞相比鋼筋混凝土涵洞，可節(jié)省工期近1個多月；

d）適應(yīng)凍寒能力強(qiáng) 鋼波紋管涵洞解決了北方冰冷地域（霜凍）對管涵混凝土構(gòu)造的毀壞問題；

e）較好的經(jīng)濟(jì)效益 鋼波紋管涵洞工程實際造價比同等跨徑的涵洞相近或較低，但波紋管涵洞可進(jìn)行工廠集中化生產(chǎn)，且施工期較短，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益；

f）較好的社會效益 波紋管涵洞施工減少了常規(guī)建材的使用量，如水泥、砂、碎石、木材等，對自然環(huán)境影響較小，同時波紋管涵洞工期較短，對于改建、擴(kuò)建等工程項目影響通行時間較短，工程施工對社會的干擾較小。

3 工程應(yīng)用實例

3． 1 工程概況

邢（邢臺）汾（汾陽）高速公路， 全長83．5km， 是河北省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃“五縱六橫七條線”中的“橫五”，是邢臺市構(gòu)建高速公路“井”字形框架的重要組成部分。該項目為雙向四車道高速公路，設(shè)計時速100km／h，路基寬度28．5m。項目位于邢臺市西部太行山區(qū)。

石墨礦礦石結(jié)構(gòu)主要為鱗片變晶結(jié)構(gòu)、半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造為片狀構(gòu)造、稀疏浸染狀構(gòu)造，局部有片麻狀構(gòu)造。石墨礦礦石礦物成分比較簡單，主要為晶質(zhì)石墨，含微量的赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦。

K59＋405．5原設(shè)計為1～4m拱涵， 由于地形、 地質(zhì)和施工工期的影響，該涵洞變更為1～2．5m波紋管涵。涵中心頂填高11．5m，管涵為圓形整體管，采用整管節(jié)拼裝、法蘭螺栓連接，全長34．98m，管涵流水面坡度為1．5%，流水方向從左側(cè)流向右側(cè)，管涵與路線呈116°斜交， 涵長84．5m。

3． 2 波紋管定做

根據(jù)該涵洞設(shè)計方案、路基填土高度，選擇壁厚3．5mm，波形參數(shù)125mm×25mm。委托具有相應(yīng)資質(zhì)和生產(chǎn)信譽的廠家，進(jìn)行波紋管的生產(chǎn)。

3． 3 現(xiàn)場施工

3．3．1 施工放樣

對施工場地進(jìn)行平整，準(zhǔn)備相關(guān)的建筑材料，組織所需機(jī)械設(shè)備。由專業(yè)測量人員根據(jù)設(shè)計文件放出管涵軸線及基礎(chǔ)位置，測出原地面高程。

3．3．2 開挖基坑

采用人工配合機(jī)械開挖的方法，基坑邊坡坡度按照1∶1進(jìn)行放坡，基坑寬度較涵洞基礎(chǔ)尺寸加大1．0m，由于開挖深部較身，以穩(wěn)定邊坡為主，棄堆坡腳距離開挖基坑上口邊緣至少1．5m，同時預(yù)留圬工材料的進(jìn)口道路。

3．3．3 墊層施工

3．3．4 管身安裝

管身安裝需要注意以下事項：

a）波紋管進(jìn)場后，檢驗產(chǎn)品的相關(guān)合格證及出廠證明等材料，測量波紋管的外觀尺寸，檢查波紋管表面、接縫，確認(rèn)滿足工程要求；

b）準(zhǔn)確測量基礎(chǔ)的平面坐標(biāo)、高程、平整度等資料，并放出涵洞的軸線、進(jìn)出口位置，兩側(cè)邊線，管身安裝應(yīng)緊貼在沙礫墊層上，使涵身受力均勻；

c）拼裝時要注意端頭板片和中間板片的位置，必須按照正確的軸線和圖紙所示的坡度進(jìn)行鋪設(shè)，鋪設(shè)順序為先中間后兩邊，全部鋪設(shè)完成并確認(rèn)無誤后，進(jìn)行連接；

d）管節(jié)拼裝完成后，檢查涵身位置是否滿足設(shè)計要求，在管身內(nèi)外側(cè)所有鋼板拼縫采用密封膠進(jìn)行密封；

e）涵管出廠時，涵管及配件已經(jīng)進(jìn)行過鍍鋅處理，鍍鋅厚度不小于65μm，平均厚度80μm，可以滿足防銹要求，但為了防止腐蝕性液體對涵管的破壞，在管身內(nèi)外管壁噴涂含有石棉纖維的厚瀝青一層。

3．3．5 涵背回填

為保證回填質(zhì)量，管底兩側(cè)楔形部位采用6%灰土填筑，并采用人工用木棒進(jìn)行夯實，然后用小型夯實機(jī)械斜向夯實。

涵管兩側(cè)部位分層、對稱回填6%灰土，每層夯實厚度不大于20cm，壓實度不小于95%。在管身最大直徑兩側(cè)50cm外使用光輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，50cm范圍內(nèi)采用小型夯實機(jī)夯實，避免壓路機(jī)對涵管沖擊。

3．3．6 洞口鋪砌及護(hù)坡防護(hù)

洞口鋪砌及護(hù)坡防護(hù)與普通涵洞施工方式相同，要做到輪廓清晰、尺寸準(zhǔn)確、線條直順，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和美觀，

3． 4 檢驗評定

通過對已建成的鋼波紋管涵進(jìn)行質(zhì)量檢查發(fā)現(xiàn)，外觀管壁豎直，接縫平整，填縫飽滿，相鄰管節(jié)底面錯臺滿足要求，墊層寬度及厚度滿足設(shè)計要求，管座墊層混凝土強(qiáng)度滿足混凝土抗壓評定要求、施工質(zhì)量合格。

3． 5 經(jīng)濟(jì)評價

通過對項目財務(wù)成本核算，波紋管涵洞的建設(shè)成本是相同規(guī)?；炷梁垂昂?2%，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時，管涵波紋管涵施工工期短，對自然環(huán)境影響較小，后期養(yǎng)護(hù)費用較低，具有很好的社會效益。

4 結(jié)語

涵洞的施工實踐表明，鋼波紋管涵洞具有整體性好、施工工期短、造價低、耐久性好和對地基承載能力要求低等優(yōu)點，在山區(qū)公路工程建設(shè)和運營中發(fā)揮了積極的作用，具有廣闊的發(fā)展前景。