公路工程用鋼波紋圓管涵構(gòu)造與施工要點(diǎn)

劉世龍

摘要：鋼波紋管涵因其具有重量輕，運(yùn)輸與安裝便捷;承載能力高，對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降變形適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在公路工程中廣泛應(yīng)用。鋼波紋管涵有圓形、拱形、U型、馬蹄形等多種結(jié)構(gòu)形式，在實(shí)際工程中圓形最多。該文介紹了公路工程用鋼波紋圓管涵管身構(gòu)造、洞口構(gòu)造、耐久性設(shè)計(jì)等要點(diǎn)，以及基礎(chǔ)處理、管側(cè)管頂回填等施工要點(diǎn)，可供同行參考。

關(guān)鍵詞：鋼波紋管涵;波紋管構(gòu)造;波紋管安裝

1 前言

鋼波紋管涵是采用波形鋼板制成整管分片拼裝而成的一種涵洞形式。相較于傳統(tǒng)的混凝土涵洞，鋼波紋管涵具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

（1）重量輕，運(yùn)輸與安裝便捷;

（2）施工周期短，有利于道路快速貫通;

（3）柔性結(jié)構(gòu)，對(duì)地基承載能力要求低，對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降變形適應(yīng)能力強(qiáng)。

（4）易維護(hù)，全壽命周期經(jīng)濟(jì)效益好[1]。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和推廣，鋼波紋管在公路工程中的應(yīng)用日益廣泛，并發(fā)展出了圓形、拱形、U型、馬蹄形等多種結(jié)構(gòu)形式[2]，不僅應(yīng)用在涵洞工程中，也應(yīng)用在舊橋加固、隧道加固等項(xiàng)目中。鋼波紋圓管涵是上述諸多形式中應(yīng)用最為廣泛的一種。

2 鋼波紋圓管涵構(gòu)造要點(diǎn)

2.1 鋼波紋圓管涵管身構(gòu)造形式

鋼波紋圓鋼管為柔性結(jié)構(gòu)，為方便運(yùn)輸，一般拆分后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)再組裝。根據(jù)不同的拆分與組裝方式，可分為整管對(duì)接式、半圓對(duì)裝式、多片拼裝式三種，其各自的構(gòu)造要點(diǎn)如下：

（1）整管對(duì)接式：一般適用于孔徑不大于1.5m的波紋鋼管，否則不方便運(yùn)輸與吊裝。整管對(duì)接式一般管節(jié)長(zhǎng)度為3m，也可根據(jù)運(yùn)輸和施工條件進(jìn)行調(diào)整。管節(jié)兩端在工廠焊接角鋼法蘭盤(pán)，管節(jié)之間在施工現(xiàn)場(chǎng)采用高強(qiáng)螺栓連接。連接時(shí)兩端端面的法蘭對(duì)合，法蘭間加一層8mm×8mm石棉盤(pán)根密封墊，依靠螺栓的緊鎖力來(lái)壓緊密封墊實(shí)現(xiàn)連接密封要求。

（2）半圓對(duì)裝式：為方便運(yùn)輸，將波紋鋼管環(huán)形劃分為2塊板件，即兩個(gè)半圓。在施工現(xiàn)場(chǎng)將板件按順序進(jìn)行搭接，并采用高強(qiáng)螺栓連接。高強(qiáng)螺栓擰緊后，在鋼板連接處和螺栓孔處采用耐候密封膠密封。

（3）多片拼裝式：適用孔徑為超過(guò)2m的大孔徑鋼波紋管。為方便運(yùn)輸，將波紋鋼管環(huán)形劃分為多塊板件。在施工現(xiàn)場(chǎng)將板件按順序進(jìn)行搭接，并采用高強(qiáng)螺栓連接，不得焊接。與半圓對(duì)裝式相同，在拼接處采用耐候密封膠密封。

2.2 鋼波紋圓管涵洞口構(gòu)造形式

本圖的鋼波紋管涵洞口形式有八字墻式、豎井式、跌水井式、平頭式、直管延長(zhǎng)式等。其中八字墻式、豎井式、跌水井式與混凝土涵洞構(gòu)造基本一致，這里對(duì)鋼波紋管特有的平頭式和直管延長(zhǎng)式進(jìn)行介紹：

（1）平頭式：需要制作特殊的洞口管節(jié)，即在工廠制作與路基邊坡呈相同坡率的開(kāi)口斜切的波紋管節(jié)。適用于水流通過(guò)涵洞擠束不大和流速較小的情況。涵管兩側(cè)一定范圍內(nèi)采用漿砌片石護(hù)坡，預(yù)防水流沖刷危害路基。

（2）直管延長(zhǎng)式：即采用直管（孔徑大、河溝寬）或?qū)⒑苓m當(dāng)延長(zhǎng)伸出路基邊坡以外（孔徑小，河溝狹窄）。涵管兩側(cè)一定范圍內(nèi)采用漿砌片石護(hù)坡，預(yù)防水流沖刷危害路基。這種洞口形式構(gòu)造最為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是景觀性不足，在等級(jí)公路中一般不采用，推薦在施工便道等臨時(shí)工程中應(yīng)用。

2.3鋼波紋圓管涵耐久性設(shè)計(jì)

鋼波紋管管材和連接件在出廠前均需進(jìn)行防腐處理。目前常用的防腐手段是熱浸鍍鋅[3]，在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，鍍鋅單面附著量不小于600g/m2，在中等腐蝕和弱腐蝕環(huán)境下不小于300g/m2。隨著防腐工藝的創(chuàng)新和發(fā)展，也有納米復(fù)合粉末滲鋅、高分子聚合物防腐涂層等新型工藝。

為防止沖刷對(duì)防腐層的磨耗，還可在波紋鋼管內(nèi)壁噴涂環(huán)氧樹(shù)脂砂漿。

3 鋼波紋圓管涵施工要點(diǎn)

鋼波紋圓管涵一般施工順序?yàn)椋菏┕し艠印娱_(kāi)挖→基礎(chǔ)處理→管身安裝→洞口鋪砌→涵背回填→涵頂路基填筑→護(hù)坡防護(hù)。其中基礎(chǔ)處理與回填與混凝土涵洞結(jié)構(gòu)有較大差異，下面對(duì)其進(jìn)行介紹。

3.1 鋼波紋圓管涵基礎(chǔ)處理

由于鋼波紋圓管涵為金屬柔性結(jié)構(gòu)，其適應(yīng)變形能力強(qiáng)，所以對(duì)基礎(chǔ)材料要求不高。不同地質(zhì)條件下的基底處理方法如下：

（1）優(yōu)質(zhì)地基：礫石、卵石、粗砂、中砂和碎石土地基基底可不做處理。

（2）一般地基：地基為粘土、輕亞粘土、亞粘土及破碎巖層時(shí)，應(yīng)換填一定厚度的砂礫石作為基礎(chǔ)。

（3）巖石地基：由于過(guò)于剛性的支撐不但會(huì)降低管壁本身所具有的良好彈性，而且還會(huì)減小涵洞的承載能力，所以波紋鋼管不得直接置于巖石地基上或者混凝土基座上，應(yīng)超挖一定厚度并換填砂礫石作為基礎(chǔ)。

（4）軟土地基：先進(jìn)行軟基處理，然后再開(kāi)挖基礎(chǔ)，基底采用砂礫石材料換填，厚度為0.3～0.5倍管徑，且不小于0.5m。

（5）需要進(jìn)行基底換填時(shí)，基礎(chǔ)材料應(yīng)采用具有一定級(jí)配的天然砂礫石，最大粒徑不超過(guò)50mm，0.074mm以下粉黏粒含量不得超過(guò)3%。若當(dāng)?shù)厣暗[石材料缺乏時(shí)，也可采用換填碎石、礫石或河砂及碎石土，但填料應(yīng)滿(mǎn)足最大粒徑要求（不大于50mm）和抗凍脹要求。

（6）無(wú)論何種地質(zhì)條件，均應(yīng)采用級(jí)配良好的粗砂在基礎(chǔ)表面設(shè)置一層10cm厚的均勻墊層，最大粒徑不超過(guò)12mm。

（8）預(yù)留拱度要求：埋設(shè)于一般土質(zhì)地基上的鋼波紋管，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，常會(huì)產(chǎn)生一定的下沉，而且往往是管道中部大于兩端。因此，鋪設(shè)于路堤下的波紋管的管身要設(shè)置預(yù)留拱度。其大小根據(jù)地基土可能出現(xiàn)的下沉量，涵底縱坡和填土高度等因素綜合考慮。在施工涵洞基礎(chǔ)時(shí)設(shè)置預(yù)留拱度，通?？蔀楣荛L(zhǎng)的0.3%～1%，以確保管道中部不出現(xiàn)凹陷。

3.2 鋼波紋圓管涵安裝與回填要點(diǎn)

（1）波紋鋼管兩側(cè)及頂部回填材料與換填的基礎(chǔ)材料相同。寒冷地區(qū)兩側(cè)及頂部回填材料還應(yīng)滿(mǎn)足抗凍性要求。

（2）楔形部回填是鋼波紋管施工的關(guān)鍵，應(yīng)人工夯實(shí)。

（3）管頂填土前，對(duì)直徑1.25m及以上的鋼波紋管涵在管內(nèi)設(shè)置一排豎向臨時(shí)支撐;直徑大于2.0m的，在管內(nèi)設(shè)置豎向和橫向十字臨時(shí)支撐，防止其在填土過(guò)程中產(chǎn)生變形。管內(nèi)臨時(shí)支撐應(yīng)在填土不再下沉后方可拆除。

（4）涵管兩側(cè)部位回填：填土之前，可在波紋管涵兩側(cè)面用紅油漆按每15cm高度作出填高標(biāo)示，填筑時(shí)按標(biāo)注線控制，50cm范圍內(nèi)采用小型夯實(shí)機(jī)械夯實(shí)，以避免大型機(jī)械設(shè)備對(duì)管涵的撞擊。

靠近管體周?chē)?.5米范圍內(nèi)，不允許有大于50mm的石塊等硬物。填筑時(shí)應(yīng)分層填筑，分層壓實(shí)，每層壓實(shí)厚度為15cm，壓實(shí)度達(dá)到要求后方可進(jìn)行下一層填筑。填筑必須在涵管兩側(cè)對(duì)稱(chēng)同步進(jìn)行，兩側(cè)的回填土高差不得大于15cm。對(duì)多孔平行排列的管涵，管節(jié)也應(yīng)遵循同步對(duì)稱(chēng)回填的原則。

（5）涵管頂部回填：涵管上方當(dāng)回填厚度小于60cm時(shí)采用手扶振動(dòng)壓路機(jī)或采用小于6t的靜碾壓路機(jī)壓實(shí)。涵管頂部填土小于最小填土高度時(shí)，嚴(yán)禁一切重型車(chē)輛通行。

（6）對(duì)有端部擋墻的涵洞，從涵洞兩端向結(jié)構(gòu)的中心回填：對(duì)沒(méi)有端部擋墻的涵洞，從涵洞的中心向兩端回填。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼波紋圓管涵具有重量輕，運(yùn)輸與安裝便捷;承載能力高，對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降變形適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其構(gòu)造和施工要點(diǎn)如下：

（1）鋼波紋圓管根據(jù)孔徑、運(yùn)輸和安裝條件不同可分為整管對(duì)接式、半圓對(duì)裝式、多片拼裝式。

（2）鋼波紋圓管除可采用常規(guī)涵洞洞口形式，還可以采用平頭式或直管延長(zhǎng)式，但應(yīng)充分考慮洞口的防沖刷防護(hù)。

（3）鋼波紋圓管對(duì)各種地基適用能力均較強(qiáng)，但不能直接置于巖石地基上。

（4）鋼波紋圓管應(yīng)特別注意楔形部回填，管側(cè)回填應(yīng)對(duì)稱(chēng)施工。管頂填土厚度小于最低填土厚度時(shí)禁止車(chē)輛通行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王軍剛，劉強(qiáng) 鋼波紋管涵在山區(qū)高速公路中的應(yīng)用[J] 中外公路 2009（4）

[2] 冷彎波紋鋼管（GB-T 34567-2017）

[3] 公路涵洞設(shè)計(jì)規(guī)范 （JTGT 3365-02—2020）