鋼波紋管涵的施工特點研究

張有飛

摘要： 鋼波紋管是一種典型的空間結(jié)構(gòu)，在公路與鐵路，市政及建筑、煤礦、民用、軍用等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要介紹鋼波紋管涵在施工中的優(yōu)點及適用范圍，管涵孔徑的確定，管座與基礎(chǔ)的關(guān)系，施工要求等方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鋼波紋管涵 使用優(yōu)點 施工要求

1 前言

鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性，抗拉、抗壓、抗剪強度較高，構(gòu)件結(jié)構(gòu)斷面小、自重輕，施工速度快，可提供大跨度結(jié)構(gòu)。平板網(wǎng)架、網(wǎng)殼以及懸索結(jié)構(gòu)等空間鋼結(jié)構(gòu)越來越得到人們的青睞，鋼波紋管就是其中一種典型的空間結(jié)構(gòu)。波紋管涵最早誕生于英國（1784年），隨后在美國、加拿大、日本等世界各地安裝使用，證明此種結(jié)構(gòu)物在各種使用情況下的通用性，而且其壽命已超過了設(shè)計壽命。公路涵洞中涵洞的不均勻沉降是其破壞的主要型式之一，采用柔性、高強度的鋼波紋管涵洞，不僅具有適應(yīng)地基與基礎(chǔ)變形的能力，可以解決因地基基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致的涵洞破壞問題，而且鋼波紋管涵洞由于軸向波紋的存在使其具有優(yōu)良的受力特征，軸向和徑向同時分布因荷載引起的應(yīng)力應(yīng)變，可以更大程度上分散荷載的應(yīng)力集中，更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。尤其在多年凍土、軟土、膨脹土、濕陷性黃土等不良工程巖土地區(qū)，利用鋼波紋管結(jié)構(gòu)修筑涵洞更具有優(yōu)勢，也更具有廣闊的應(yīng)用前景。在我國青藏公路、青康公路、寧黨公路、大興安嶺加漠公路、上海四號線莘朱公路等工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 鋼波紋管涵洞優(yōu)點及適用范圍

鋼波紋管涵洞的工程實際造價比同類跨徑的橋、涵洞低，施工工期短，主要為拼裝施工。鋼波紋管涵洞在制造過程中采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、生產(chǎn)，設(shè)計簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)不受環(huán)境影響，進行集中工廠化生產(chǎn)，有利降低成本，控制質(zhì)量。在施工過程中，現(xiàn)場安裝不需使用大型設(shè)備，安裝方便，同時減少了水泥、塊片石或碎石、砂等的用量，有利于環(huán)保，有利于改善軟土、膨脹土、濕陷性黃土等特殊地基結(jié)構(gòu)物處得不均勻沉降問題，提高了公路服務(wù)性能，減少了工后養(yǎng)護成本。同時，解決了北方寒冷地區(qū)（霜凍）對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

鋼波紋管涵是一種柔性結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上具有橫向補償位移的優(yōu)良特性，具有較大的抗變形和抗沉降能力，特別適合于軟土、膨脹土、濕陷性黃土等地基承載力較低地區(qū)和地震多發(fā)地區(qū)。由于鋼波紋管涵施工工期短，減短了多年凍土的裸露時間，凍融量小，故特別適用于多年凍土地區(qū)，其施工時對環(huán)境的破壞小，適用于生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū)。鋼波紋管涵施工只需對基礎(chǔ)和進出口進行處理，砂、石材料用量小，適用于砂、石材料缺乏的地區(qū)，其能代替鋼筋混凝土進行涵洞施工有利于解決北方寒冷地區(qū)冬季管涵混凝土結(jié)構(gòu)的破壞問題，適用于高原地區(qū)。由于采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，生產(chǎn)不受環(huán)境影響，也適用于質(zhì)量要求高、工期緊的工程項目。

3 鋼波紋管涵的選用

3.1 鋼波紋管涵孔徑的確定

新設(shè)計鋼波紋管涵時孔徑的確定采用現(xiàn)行鋼筋混凝土蓋板涵孔徑確定的有關(guān)部門規(guī)定；原設(shè)計為鋼筋混凝土圓管涵，變更設(shè)計采用鋼波紋管涵時，由于鋼波紋管涵管內(nèi)的粗糙系數(shù)為0.030-0.035，比鋼筋混凝土管內(nèi)的粗糙系數(shù)為（0.010-0.012）大，故需將設(shè)計確定的鋼筋混凝土管的孔徑增大一經(jīng)。

3.2 管壁厚度的確定

普通金屬波紋管均有定型產(chǎn)品，可根據(jù)《公路施工手冊（橋涵）下冊》參值進行選定，一般可不必進行詳細(xì)設(shè)計計算，可參照下表進行選擇使用。

3.3 鋼波紋管涵管頂最小填土厚度確定

3.4 鋼波紋管涵的布置

（1）斜交洞口的處理

當(dāng)涵洞與路線斜交時，其洞口建筑所采用的各種形式與正交時基本相同。根據(jù)洞身的構(gòu)造不同，有兩種處理方法：

a. 斜交斜做

為求外形美觀及適應(yīng)水流條件，可使涵洞洞身端部與路線平行，此種做法稱為斜交斜做。對于鋼波紋管涵、蓋板涵和箱涵，運用斜交斜做法比較普遍。在這種情況下，除洞口建筑外，還須對涵身的兩端另行設(shè)計預(yù)制，以適應(yīng)斜邊的需要。

b. 斜交正做

在管涵中，為避免兩端圓管的施工困難，可采用斜交正做法處理洞口。即涵身部分與正交時完全相同，而洞口的端墻高度予以調(diào)整，一般將端墻設(shè)計成斜坡形或階梯形。為使水流順暢，宜配合路堤邊坡對洞口建筑另行設(shè)計。

（2）管底縱坡過大的處理

為減少水流對管底沖刷，管底縱坡一般不宜大于50，當(dāng)管埋位置的天然地面坡度較陡時，可按設(shè)計要求進行處理。當(dāng)涵底縱坡大于50時，其基礎(chǔ)底部頂每隔3m-5m，設(shè)置防滑隔墻。

（3）多孔鋼波紋管涵的橫向間距

多孔鋼波紋管涵相鄰兩管之間應(yīng)有足夠的填土高度，使相鄰兩管的填料易于壓實。國內(nèi)鋼筋混凝土管涵，當(dāng)直徑D≤2.0m時，凈間距e一般為0.25m。國外資料關(guān)于金屬波紋涵管兩管之間凈間距e如下表。

3.5 鋼波紋管涵的管座與基礎(chǔ)

修建波紋管涵，一般都要在天然地面或經(jīng)嚴(yán)格夯實的填土上挖掘埋設(shè)管道的溝槽。其開挖槽寬，不但應(yīng)方便管側(cè)填土的夯填，而且還應(yīng)滿足設(shè)計上需要的基礎(chǔ)寬度。

據(jù)經(jīng)驗，在填方不高路段上修建涵洞，以采用先填路基，然后開挖溝槽埋設(shè)涵管的方法較好。為使作用于管道上的外力較均勻的分布于地基與管側(cè)填土之中，波紋管底還應(yīng)有一個較理想的管座與基礎(chǔ)?；A(chǔ)材料應(yīng)用級配較好的沙礫。

在波紋管底，不管其基礎(chǔ)材料如何，都應(yīng)在放置管道的基礎(chǔ)上修筑或填筑一道理想的弧管座，使管座與管身緊密的貼合。管座材料必須勻質(zhì)、無大石塊等硬物，且堅固耐用。若基礎(chǔ)材料甚好，也可直接先將管道置于溝底，隨后再認(rèn)真填筑管身兩腋托之下的填土，使之形成一個良好的管座。

4 施工基本要求

4.1 時間要求

建議鋼波紋管涵施工宜選擇的暖季，氣溫宜高于零度，一般在我國北方宜控制在四月底以后至十一月初；寒冷地區(qū)宜控制在五月底以后至十月初，局部極寒冷地區(qū)施工季節(jié)宜控制在6-9月。

4.2 防腐蝕要求

由于鋼波紋管涵洞材料均為金屬，對購置的管節(jié)和連接螺栓等均需要作防腐處理，此外由于現(xiàn)場施工難免出現(xiàn)局部的防腐涂層存在缺陷和遭到破壞，需要根據(jù)具體情況采取一定的補救措施，如增涂涂層。

4.3 管周材料要求

a.基礎(chǔ)材料要求

由于鋼波紋管涵洞為金屬結(jié)構(gòu)，其適應(yīng)變形能力較強，但其對基礎(chǔ)材料要求相對不高，一般不需采用混凝土基礎(chǔ)，采取沙礫換填即可。在軟土地區(qū)等和多年凍土地區(qū)等處采用混凝土基礎(chǔ)波紋管涵洞的服務(wù)性能不一定比沙礫基礎(chǔ)的強。膨脹土、濕陷性黃土等地區(qū)基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)需要做好隔水處理。

b.兩側(cè)及頂部回填材料要求

在寒冷地區(qū)，兩側(cè)及頂部一定范圍內(nèi)（如0.5-2米）回填材料

要求同基礎(chǔ)材料要求。頂部一定范圍以外可采用路基填筑材料。非寒冷地區(qū)，兩側(cè)及頂部回填材料可采用路基填筑材料。

4.4 壓實度要求

基礎(chǔ)應(yīng)采用振動壓實機械進行分層碾壓，碾壓時宜根據(jù)回填材料

的含水量及擊實曲線灑水碾壓，壓實度不小于規(guī)范要求；構(gòu)造物或路基填土高度較高時（如路基填土高度大于10.0米），需要針對具體情況對基礎(chǔ)承載力作具體要求。具體施工技術(shù)要求詳見《公路路基設(shè)計規(guī)范》和《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》。

5 結(jié)束語

隨著國內(nèi)鋼波紋管涵洞的廣泛應(yīng)用，關(guān)于波形和壁厚優(yōu)化的研究將逐步深入，優(yōu)化后的波形可以采用相對較薄的結(jié)構(gòu)鋼適應(yīng)相同的填土及汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)。相應(yīng)地，鋼波紋管涵洞壁厚的減薄及波形的減小，可以減少用鋼量，降低造價，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

圖片顯示鋼波紋管涵

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