大孔徑半圓拱鋼波紋板涵在高速公路項目中的應用

文章通過大孔徑半圓拱鋼波紋板涵工程實例，介紹了大孔徑波紋鋼板涵節(jié)段拼裝設計及其施工要點，由研究可知：鋼波紋板涵變形適應性強，結(jié)構受力合理，適用高填路基；對于大跨度鋼波紋板涵，需進行節(jié)段拼裝設計及防水防腐設計；回填質(zhì)量影響鋼波紋板涵的性能發(fā)揮，應選取滿足要求的回填材料，嚴格按照設計及規(guī)范要求均勻、對稱、充分壓實。

大孔徑；鋼波紋板；拼裝設計；臺背回填

U417.3A130373

作者簡介：

劉" 明（1990—），碩士，工程師，主要從事橋涵勘察、設計工作。

0" 引言

涵洞、通道是高速公路的重要組成部分之一，根據(jù)已建高速公路項目，平均每公里設置3～5座，涵洞結(jié)合路線排水、農(nóng)田排灌、水利設施等布設，必要時可兼顧居民通行。通道根據(jù)現(xiàn)有道路情況、結(jié)合農(nóng)田建設規(guī)劃和鄉(xiāng)村道路，選定合理位置設置，同時考慮通道排水設計。目前高速公路中涵洞通道以鋼筋混凝土結(jié)構為主，適當考慮采用波紋鋼管（板）涵，如高填方路段、隧道洞口路基段落、跨油氣管道位置等。

波紋鋼管（板）涵是由波紋鋼管螺栓連接或者鋼波紋板拼裝連接而成的具有一定柔性的結(jié)構。其特殊的波紋構造，使其在豎向荷載作用下，斷面發(fā)生微小變形，與周圍土體產(chǎn)生相互作用，形成土體結(jié)構作用體系，共同承擔荷載。波紋鋼管（板）涵的構造及作用特點，使其具有以下優(yōu)點：（1）對地基要求較低，變形適應性強，結(jié)構受力合理，適用于凍土、軟弱地基等不良地質(zhì)的暗涵以及有特殊要求的暗涵；（2）波紋鋼管（板）為工廠加工制作，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行拼裝連接，結(jié)構質(zhì)量好、施工周期短、環(huán)境影響小。

目前波紋鋼管涵主要應用在我國的內(nèi)蒙古、河北等干旱平原地區(qū)，且采用的管徑較小，管徑＞6 m的波紋鋼管涵應用較少。汕湛高速公路云浮至湛江段及支線工程第TJ12標建設直徑10 m鋼波紋管通道［1］；玉林至湛江高速公路廣西段設計10 m跨鋼波紋板涵跨越石油管線，為確保管線安全，采用分離式基礎［2］。本文以信都至梧州高速公路一座整體式基礎鋼波紋板涵為例，對此類結(jié)構的設計要點及施工注意事項進行分析，為類似工程建設提供一定的參考。

1" 工程概況

信都至梧州高速公路二期工程，地處梧州市蒼梧縣與萬秀區(qū)境內(nèi)，位于大瑤山山脈的東段，屬于西江以北的丘陵山區(qū)，主線路線全長52.781 km。全線主要地貌類型可劃分為剝蝕丘陵地貌、河流階地地貌兩大類，局部間夾剝蝕準平原地貌。在K67+700～K67+900路段右側(cè)有一村莊，有一條4 m寬的進村道路、一條2.5 m寬的水溝穿過路線，現(xiàn)場實際情況如圖1所示。經(jīng)橋梁方案與路基方案比選，該段設計采用路基方案，為保證村民出行及下游農(nóng)田灌溉，在K67+765處設計一孔跨徑為10 m的半圓拱鋼波紋板涵，涵長為85 m，涵洞與道路夾角為90°，填土高度為11.57～13.14 m，洞口形式為削竹式，側(cè)墻及基礎為鋼筋混凝土結(jié)構，基礎為整體式基礎，涵洞內(nèi)小樁號側(cè)設置1個2.5 m×2.5 m蓋板涵用于排水灌溉兼人行道，大樁號側(cè)混凝土路面作為車行道，涵洞斷面布置見圖2。

2" 設計要點

參考標準《公路波紋鋼涵洞技術規(guī)程》（T/CECS G：D66-01-2019）［3］，按照承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設計。對于頂部最大填土高度為13.14 m，公路一級荷載，跨徑10 m的半圓拱鋼波紋板涵，采用Q355材質(zhì)鋼板，壁厚9 mm、波距381 mm、波高140 mm，其最小填土高度、抗彎屈曲臨界應力、螺栓連接驗算滿足設計要求。鋼波紋板表面為熱浸鍍鋅，鍍鋅量≥600 g/m2，平均厚度≥84 μm，最小厚度≥62 μm；螺栓、螺母鍍鋅量≥350 g/m2，平均厚度≥50 μm，最小厚度≥36 μm。

2.1" 鋼波紋板拼裝設計

設計的10 m跨徑半圓拱鋼波紋板涵尺寸過大，為方便運輸保證安裝質(zhì)量，設計采用分節(jié)段制造，現(xiàn)場拼裝。鋼波紋板涵沿涵長方向設計為大圈-小圈-大圈-小圈拼裝，大圈位于外側(cè)，小圈位于內(nèi)側(cè)，每個拱圈有效寬度為4個波距，拼接方式如圖3（a）所示；沿圓周方向設計為3塊鋼波紋板錯縫搭接組成，其中大圈由A1、A2、A3拼接，小圈由B1、B2、B3拼接，具體拼接情況詳見圖3（b）。鋼波紋板采用M24高強螺栓緊固，長度方向半圓拱圈拼裝大樣如圖4（a）所示，圓周方向鋼波紋板拼接大樣如圖4（b）所示，高強螺栓采用耐候密封膠密封，鋼波紋板拼接成型后內(nèi)部噴涂乳化瀝青兩遍。

大孔徑半圓拱鋼波紋板涵在高速公路項目中的應用/劉" 明，宋族欄，廖肇乾，孔凱歌

2.2" 鋼波紋板與混凝土側(cè)墻連接設計

拼裝完成的鋼波紋板涵通過角鋼連接件與鋼筋混凝土側(cè)墻連接。施工側(cè)墻時，在側(cè)墻頂預埋間距為波距（381 mm）的膨脹螺栓，安裝好角鋼連接件，將拼裝好的鋼波紋板涵放入兩側(cè)側(cè)墻安裝好的角鋼內(nèi)，對齊連接孔，安放高強度螺栓螺母，擰緊螺栓，采用耐候密封膠密封，角鋼連接件內(nèi)側(cè)澆筑C30混凝土進行保護。見圖5。

2.3" 基礎、側(cè)墻設計

該涵拱頂填土高度為13.14 m，為保證涵洞基礎滿足承載力要求，設計采用整體式基礎。較高的填土導致通道長度達到85 m，為保證通道凈高和采光效果，同時滿足村道與水溝的高差，設計5.25 m高的側(cè)墻，涵洞最大凈高為7.75 m。涵洞內(nèi)小樁號側(cè)設置1個2.5 m×2.5 m蓋板涵，該蓋板涵用于排水及灌溉，蓋板頂可作為人行道路；大樁號側(cè)填高接順原有道路，設計混凝土路面作為車行道路?；A及側(cè)墻均采用C30鋼筋混凝土。

2.4" 其他設計

該鋼波紋板涵內(nèi)車行道路應與兩側(cè)村道接順，排水涵洞與兩側(cè)水溝接順。鋼波紋板涵應做好防水防銹措施，保證其耐久性。鋼波紋板涵是涵身與周圍的回填土共同受力，為保證鋼波紋板受力均勻，防止鋼波紋板變形，臺背回填應充分均勻地壓實，設計要求采用透水性良好的填料，對稱填筑、分層壓實，每層填筑厚度≤20 cm。

3" 施工注意事項

大孔徑半圓拱鋼波紋板涵的施工工序為：測量放樣→基礎開挖處理→基礎及側(cè)墻施工→鋼波紋板分塊制作與運輸→現(xiàn)場拼裝連接→防水防銹處理→臺背回填。其中基礎及側(cè)墻施工、鋼波紋板運輸與拼裝和臺背回填為施工關鍵環(huán)節(jié)。

3.1" 基礎及側(cè)墻施工

該涵位于水田路段，表層為黃褐色軟-可塑狀黏土，厚度為2.2～2.6 m，以下為基巖，采用換填1.2 m片石+0.3 m碎石+粗粒土進行處理。處理完成后，檢驗基底承載力，如不滿足設計要求，應進行換填處理，達到設計要求后，及時施工基礎?；A為整體式，施工時預埋好側(cè)墻鋼筋，現(xiàn)場采用分段澆筑。施工側(cè)墻時，按設計要求在側(cè)墻頂預埋膨脹螺栓。

3.2" 臺背回填

鋼波紋板涵與周圍的回填土共同受力，形成管土效應，如果回填土反作用力不夠或者反作用力不均勻，會引起鋼波紋板的變形，因此鋼波紋板涵臺背回填施工質(zhì)量至關重要。在涵身兩側(cè)3 m范圍內(nèi)采用級配良好的碎石進行回填，回填材料應滿足設計及相關規(guī)范的要求。管側(cè)及管頂回填應在對稱、均勻原則下進行，填土采用分層攤鋪、逐層壓實，每層的壓實厚度≤20 cm。在靠近涵身的范圍內(nèi)，采用小型振動夯夯實。壓實度都要gt;96%后方可進行下一層材料的回填施工。

涵頂采用中松側(cè)實法進行回填［4］，該法是根據(jù)涵頂土體的變形機理，使涵頂填土的壓實度小于兩側(cè)填土的壓實度，在土體固結(jié)變形過程中使涵頂土柱產(chǎn)生向上的摩擦力，將荷載轉(zhuǎn)嫁給兩側(cè)填土，從而達到減荷的效果。

4" 結(jié)語

該鋼波紋板涵所屬項目已建成通車，運營情況良好，得到村民的充分肯定。結(jié)合設計、施工情況及以往工程實例的經(jīng)驗，對大孔徑半圓拱鋼波紋板涵在公路工程中的應用提出幾點建議，對此類結(jié)構的工程應用提供一定的借鑒。

（1）鋼波紋板涵變形適應性強，結(jié)構受力合理，適用高填路基，大孔徑半圓拱鋼波紋板涵跨度大，可用作高填路段通道，跨越輸油氣管道等。

（2）對于大跨度鋼波紋板涵，考慮運輸條件，需進行節(jié)段拼裝設計，做好節(jié)段劃分及拼接口設計；考慮結(jié)構耐久性，應做好防水防腐設計。

（3）鋼波紋板涵與回填土形成整體共同受力，回填質(zhì)量影響鋼波紋板涵的性能發(fā)揮，應選取滿足要求的回填材料，嚴格按照設計及規(guī)范要求均勻、對稱、充分壓實。

［1］劉輝民.10 m大跨徑鋼波紋板通道力學性能分析［D］.西安：西安工業(yè)大學，2020.

［2］張勇發(fā)，高英志.半拱形大孔徑鋼波紋管涵受力變形數(shù)值分析［J］.公路交通科技，2022，39（3）：78-84.

［3］T/CECS G：D66-01-2019，公路波紋鋼涵洞技術規(guī)程［S］.

［4］JTG/T 3365-02-2020，公路涵洞設計規(guī)范［S］.

20240318