鋼波紋管在公路工程中的應(yīng)用

任希慶

(山西省汾陽市運輸交通局)

0 前 言

鋼波紋管是由碳鋼板生產(chǎn)加工成的外圈帶有波紋的金屬管道，它的各管節(jié)之間由高強螺栓連接(或鉚接)而成并且經(jīng)過了耐腐蝕處理，在公路工程中常用來代替鋼筋混凝土涵洞及小橋等。我國目前的鋼波紋管根據(jù)截面形式的不同主要可分作三類，即圓管形、管拱形、拱形;鋼波紋管的壁厚在1.5～7 mm 之間，在公路工程中相對于普通的鋼筋混凝土管道其施工方便，不容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、不均勻沉降等問題，尤其是在雨季施工時，效果顯著，在我國各地的公路施工中都得到了廣泛的應(yīng)用。

1 鋼波紋鋼管的技術(shù)特點優(yōu)勢

公路施工中管道基礎(chǔ)和土層的不均勻沉降是導(dǎo)致普通管道變形和破壞的主要因素之一，而鋼波紋管在材料與結(jié)構(gòu)性能上，恰好具備了柔性好且強度高的優(yōu)勢，不僅可以適應(yīng)管道基礎(chǔ)與地基的變形，而且可以克服因土層不均勻沉降給管涵所帶來的破壞。另外，鋼波紋管軸線上的波紋使它具備了良好的受力特征，軸向與徑向同時分布因荷載而產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變，可以在更大程度上將荷載的集中應(yīng)力予以分散，從而發(fā)揮出其鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。特別是在軟土、凍土、膨脹土以及濕陷性黃土等不良地質(zhì)環(huán)境中，鋼波紋管的這些特點能體現(xiàn)的淋漓盡致，從而為公路工程的質(zhì)量帶來保障。

根據(jù)大量的研究與實踐證明，以鋼波紋管修筑成的涵洞與普通的鋼筋混凝土涵洞相比較，主要具備了以下幾點優(yōu)勢。(1)管道質(zhì)量輕、管節(jié)薄，便于運輸和現(xiàn)場存放，施工拼裝工藝簡便且施工周期短。(2)減少了水泥、碎石、砂石等用量，有利于節(jié)能、環(huán)保。(3)管道生產(chǎn)過程中多為集中化工廠生產(chǎn)，受外界環(huán)境影響因素小，質(zhì)量和生產(chǎn)成本都有保障。(4)耐久性能好，使用壽命通常在70年以上，相對于鋼筋混凝土而言更能夠符合公路涵洞設(shè)計的年限要求。(5)在不良土質(zhì)中應(yīng)用情況較好，能客服膨脹土、凍土、濕陷性黃土等地質(zhì)結(jié)構(gòu)施工后期的一些質(zhì)量問題，提高了公路的服務(wù)性能，降低了后期管道、公路的維護(hù)成本。

2 鋼波紋管在公路工程中的應(yīng)用

鋼波紋管在施工過程中，一般要求在天然地面或者經(jīng)夯實處理后的回填土上開挖溝槽施工，溝槽的開挖寬度應(yīng)滿足設(shè)計基礎(chǔ)寬度以及管道兩側(cè)的回填土夯實，其施工工藝可概括為如下:施工前準(zhǔn)備→測量放樣→基坑開挖→基坑檢測→墊層(基礎(chǔ))施工→管節(jié)安裝→管兩側(cè)回填→管頂回填→洞口處理→質(zhì)量驗收。

2.1 前期準(zhǔn)備

施工前期的準(zhǔn)備主要是對現(xiàn)場的清理，如采用機械平整場地，為后續(xù)的施工放線、基坑開挖提供條件。同時，還需要對周邊場地，如現(xiàn)場道路、材料堆放場地等進(jìn)行平整。對于現(xiàn)場地基的處理，通常會有以下幾種可能性。(1)軟土或濕陷性黃土等不良地基，需要換填一定厚度的砂礫，然后經(jīng)夯填、檢測合格之后方可使用。(2)原天然土質(zhì)為優(yōu)良地基的(如碎石、砂礫等)，需要清除10 cm 以上的石塊等硬物。(3)如遇到巖石地基，應(yīng)將軟巖部分挖掉并清除干凈，換填一層優(yōu)質(zhì)土并做夯實處理。因為鋼波紋管為柔性結(jié)構(gòu)，在堅硬的巖石地基作用下時間長了會發(fā)生凹凸變形，從而使其性能降低。

2.2 測量放線

基坑開挖前需要根據(jù)施工設(shè)計圖紙，采用儀器對管涵的中心線與縱橫軸線進(jìn)行定位，基坑的寬度通常以管涵直徑的3～4 倍為適宜，邊坡按照1∶1 放坡，避免開挖過程中的塌方事故。管涵軸線定位之后應(yīng)打好中邊樁，并在管道中心線與開挖基坑邊線的位置上撒好白灰線，以方便開挖。

2.3 基坑開挖

管道基坑開挖時根據(jù)事先放好的邊線，通常以機械和人工配合的方式開挖，在開挖到基地深度的30 cm 左右時，采用人工挖方并對基地進(jìn)行平整。基坑的寬度應(yīng)在滿足設(shè)計要求之外，便于施工，通常應(yīng)大于兩倍的管道直徑?；觾蓚?cè)坡底處可開挖排水溝，將地下水引入到集水坑中統(tǒng)一排放。

2.4 墊層

鋼波紋管基底處理完成之后根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行墊層填筑，常用的墊層有砂礫或粗砂墊層，根據(jù)規(guī)范要求，墊層中最大粒徑不能超過50 mm，0.074 mm 以下粉黏粒含量不得超過3%。如分層填筑每層壓實后的厚度應(yīng)在20 cm 以內(nèi)，總墊層厚度通常在30～50 cm 之間。此外，埋置于土層地基中的鋼波紋管，在經(jīng)過一段時間的自然沉降之后，管道經(jīng)常會因下沉而出現(xiàn)中部高于兩端而影響到流水的問題。因此，需要事先根據(jù)土質(zhì)的情況(即考慮可能的下沉量)，涵底的縱坡以及填土高度等綜合因素來設(shè)置預(yù)留拱度。預(yù)留拱度按照實際經(jīng)驗，通常為涵管長度的0.2%～1%，最大不宜超過2%。

2.5 波紋管安裝

首先，涵管安裝前先準(zhǔn)確放出軸線和進(jìn)出水口的位置。管底安裝時應(yīng)將其緊貼在墊層上，使得涵管受力均勻?；A(chǔ)頂面坡度與設(shè)計坡度應(yīng)一致。

其次，涵管的拼裝過程需按照從下到上的順序先安裝底片，然后沿管軸向向兩端拼接。板與板之間要連接緊密，螺栓應(yīng)確保擰緊、牢固。操作時應(yīng)有2 人分別在管內(nèi)外擰同一顆螺栓，以防其打滑，影響使用。沿管軸向每安裝4～5 片板時，需要進(jìn)行1 次管節(jié)圓度和位置的校正。如果發(fā)現(xiàn)偏位，可用千斤頂在偏位方向朝上頂管節(jié)以進(jìn)行糾偏，但不宜用力過大，以防止損壞鋼波紋管。施工直徑大于3 m 的鋼波紋管時，應(yīng)在管內(nèi)外搭設(shè)施工腳手架。另外，為了確保螺栓的扭矩滿足設(shè)計要求，在拼裝完成之后要隨機抽取結(jié)構(gòu)上縱向接縫上2%的螺栓，用定扭扳手進(jìn)行抽檢試驗。如發(fā)現(xiàn)任一試驗值扭矩范圍達(dá)不到設(shè)計要求的，則需要重新抽檢縱向和環(huán)向上所有接縫螺栓的5%。上述抽檢合格率達(dá)到90%以上的，則認(rèn)為拼裝是合格的。否則應(yīng)重新復(fù)核設(shè)計，以確定得到的扭矩值是否滿足要求。

最后，鋼波紋板涵管外圈搭接處用預(yù)緊力扭矩符合要求后，需要專用密封材料密封，以防止波紋板連接處滲水。閉合截面鋼波紋板涵管拼裝完畢后，在管外壁均勻涂刷兩遍瀝青，管內(nèi)壁1/2 管徑以下范圍內(nèi)均勻涂刷兩遍瀝青;非閉合截面波紋管在內(nèi)外管壁均勻涂刷兩遍瀝青。瀝青涂層的厚度通?？刂圃?.3～1 mm 之間。

對于小管徑的法蘭安裝工藝，其關(guān)鍵點在于涵管吊裝時應(yīng)與前一根涵管的法蘭間距保持在3～5 cm 左右，然后采用小撬棍對準(zhǔn)法蘭上的螺栓孔，使其兩根波紋管法蘭上的螺栓孔對正，從第二根管道的另外一端撬動撬棍，使管道縱向平行移動至兩法蘭之間的間距在2 cm 左右，最后全部穿上螺栓，將螺絲擰緊，帶平扣即可。如果吊裝過程中相鄰兩管道法蘭距離過小，不便于管道的連接，此時可以采用手錘和鑿子在兩個法蘭之間鑿開大約1 cm 的縫隙，然后用螺絲刀將石棉墊鑲在兩片法蘭之間。如果管道頂部法蘭間距大，石棉墊難以鑲嵌時可以用綁絲將石棉墊固定在螺栓上，由工人對稱鎖緊螺絲，直到兩片法蘭的間距保持在2 cm 左右。

2.6 回填工藝

(1)管涵兩側(cè)與頂部的回填材料可選用與墊層相同的細(xì)沙或石屑，在寒冷地區(qū)應(yīng)注意滿足抗凍性要求(如可采用有一定級配的天然砂礫石，同時保證最大粒徑不超過50 mm，0.074 mm 以下粉黏粒含量不得超過3%)。

(2)回填時必須分層填筑，每層厚度控制在20 cm 左右，并且逐層碾壓，密實度應(yīng)達(dá)到95%以上，與該位置的路基壓實度相同?？上仍诠芎瓋蓚?cè)用紅漆按20 cm 的標(biāo)準(zhǔn)劃線，以便于控制回填厚度。

(3)管身最大直徑兩側(cè)50 cm 以內(nèi)的地方以人工夯機夯實，50 cm 以外則可采用輕型壓路機碾壓。

3 工程質(zhì)量驗收及施工注意事項

3.1 檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)

(1)鋼波紋板在出廠和進(jìn)入施工現(xiàn)場前都應(yīng)當(dāng)按照鋼質(zhì)波紋板加工驗收標(biāo)準(zhǔn)對其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的驗收，并做好相關(guān)的預(yù)拼裝工作。如果鋼質(zhì)波紋板通道在現(xiàn)場拼裝時，必須嚴(yán)格遵守設(shè)計與鋼質(zhì)波紋板通道安裝規(guī)范。

(2)波紋管的墊層(或基礎(chǔ))承載力必須經(jīng)過觸探實驗，確?；诐M足承載力的要求。施工中應(yīng)嚴(yán)格避免機械超挖后回填虛土的現(xiàn)象。

(3)波紋鋼板安裝鋪設(shè)應(yīng)保證穩(wěn)固、平順，管涵安裝過程中應(yīng)有標(biāo)高隨時控制，防止管底出現(xiàn)反坡問題。

3.2 施工中注意事項

(1)鋼波紋管在公路工程中的應(yīng)用必須遵循的主要原則為安全、經(jīng)濟(jì)與適用，即首先在確保公路質(zhì)量合格、滿足公路使用要求的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮出鋼波紋管結(jié)構(gòu)中的力學(xué)性能和優(yōu)勢。這就需要在設(shè)計過程中結(jié)合項目建設(shè)的環(huán)境以及材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，不僅要考慮公路的等級、現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境等因素，還需要考慮到施工的便利條件、養(yǎng)護(hù)條件以及二次防腐等問題。

(2)波紋管吊裝時應(yīng)緊貼在下層的砂墊層上，保證管涵受力均勻，墊層頂面的坡度應(yīng)與設(shè)計坡度保持一致。

(3)管身安裝時由中心向兩端對稱進(jìn)行，首先安裝底片，然后分別向上拼接。每安裝5 m 左右時進(jìn)行一次管節(jié)中線校正。如發(fā)現(xiàn)管節(jié)有偏差的，應(yīng)及時采用千斤頂對偏位的方向向上頂管節(jié)來糾偏。

(4)回填時為確保管底的質(zhì)量，管底楔形塊位置的填筑材料應(yīng)采用級配良好的含水量在2%左右的天然粗砂，然后以人工用木棍在管身外向內(nèi)側(cè)夯填密實，木棒的作用點必須要貼緊管身，每個凹槽位置都需要夯實，然后以小型夯實機械斜向夯實以此來保證管底的回填質(zhì)量。

4 結(jié) 語

鋼波紋管在我國公路工程中的應(yīng)用已經(jīng)有十多年的經(jīng)驗，而其特征除了上述內(nèi)容之外，根據(jù)近年來的施工案例表明，其每延米管材造價雖然比鋼筋混凝土要高，但綜合對比施工周期、人工成本、相關(guān)工藝之后發(fā)現(xiàn)，鋼波紋管的總體造價是要低于鋼筋混凝土管道的。再加上鋼波紋管耐久性能好、有利于節(jié)能環(huán)保、可適用于多種惡劣的土質(zhì)環(huán)境等優(yōu)勢，使得它在我國建筑工程中有著極為廣闊的發(fā)展前景。

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