钢波纹管涵洞在公路工程中的应用及分析

钢波纹管涵洞在公路工程中的应用及分析

李建春

李建春

文山公路管理总段云南文山663000

摘要：涵洞在公路的修建中是最常用的一种方式，随着新型材料的出现和涵洞修建技术的更新，目前在公路的涵洞工程中出现了钢波纹管涵洞。这种涵洞形式的出现在很大程度上提高了涵洞的质量，延长了涵洞的使用年限，并且在一定意义上降低了涵洞的修建成本。本文分析了钢波纹管涵洞在公路工程使用优势的基础上，对钢波纹管涵洞的使用范围和应用技术进行了探讨，对其经济效益和社会效益进行了分析。

关键词：钢波纹管涵洞；公路工程；应用

钢波纹管涵最早产生于英国，在国外的公路修建中应用广泛，1784年诞生于英国；1896年美国首次应用于涵洞；1913年英国应用于农田灌溉；1923年美国进行铁路通道测试；1929年加拿大用于煤矿；1931年澳大利亚建成8米汽车通道；1948年美国在上海浦东地区用作军事通道（1998年9月挖掘）。我国钢波纹管涵最早应用在20世纪40年代滇缅公路的修建中，50年代修建青藏公路不冻泉段时用于抢修工程，70年代挖出时发现其使用状况良好。80年代改革开放后，深圳、大同等城市曾经进口钢波纹管涵来进行煤矿的修建，直到上个世纪90年代，钢波纹管涵才逐渐在公路修建中被广泛使用。探讨钢波纹管涵洞在公路工程中的应用对提高公路的修建质量具有重要的意义。

钢波纹管涵洞的使用优势

公路涵洞的破坏形式主要表现在地基不均匀沉降，具有高柔性、高强度的钢波纹管涵洞能适应地基变形、解决不均匀沉降对涵洞造成的破坏。同时，钢波纹管涵洞的承载能力比较强，在动静荷载作用下可以对荷载进行均匀的分散，在冻土层、膨胀土层、软土层等地质特征情况下具有广阔的应用空间。使用优势分析如下：

第一，钢波纹管涵抗变形能力和抗沉降能力比较强。波纹钢管是一种特殊的受力结构，圆周向具有很大的刚度，抵抗荷载，横向具有一定的柔性，可进行横向补偿，在软土地质、膨胀土地质、湿陷性黄土地质等地基承载能力比较弱或者地震多发区的地质中比较适用；第二，同混凝土涵洞相比，同等跨径的波纹管涵综合造价低；第三，一年四季均可施工，施工不受季节影响，不受环境影响；第四，采用标准化设计，工厂规模化生产，生产周期短，效率高，受环境影响小，有利于降低成本、提高质量；第五，在施工过程中不需要大型的机械设备，安装方便；第六，减少水泥、碎石、砂等常规建材的使用，环保意义深远，同时还能产生一定的经济效益；第七，可避免地基变形造成的不均匀沉降对涵洞的破坏；第八，能够有效的解决冻融对涵洞混凝土结构造成的破坏[1]；第九，后期养护工作量小，养护成本低；第十、施工速度快，可有效缓解因涵洞施工造成的交通堵塞，社会经济效益明显。

一、钢波纹管涵洞的使用条件

在使用钢波纹管作为公路涵洞修建的时候，要具备以上的使用条件：一是要保证钢波纹管结构的技术参数满足要求，相应的波形管壁要有足够的厚度，保证钢波纹管在受到最大荷载时的最大应力比管材的屈服应力低；二是要保证钢波纹管涵的防腐处理达到一定标准，保证在一定的年限内钢波纹管涵具有很好的抗腐蚀能力；三是要保证钢波纹管涵洞的承载力符合一定的标准，防止在使用的过程中出现非线性破坏，对上层结构的功能产生影响[2]。

二、钢波纹管涵洞的应用技术

（一）确定钢波纹管涵孔径

在钢波纹管涵设计中，钢波纹管涵的孔径要按照涵洞的设计规范进行设计。如果原有的涵洞设计为钢筋混凝土管涵，那么在使用钢波纹管时，要对钢波纹管的内部粗糙系数进行考虑。一般情况下，内部粗糙系数在0.025和0.035之间，而钢筋混凝土管涵内部粗糙系数在0.01和0.012之间，对两者进行比较之后可以发现，钢波纹管涵的粗糙系数比钢筋混凝土管涵的粗糙系数要大，因此在进行孔径的设计时，钢波纹管涵的孔径要比钢筋混凝土管涵的孔径大一级[3]。

（二）确定涵管和法兰

为了方便钢波纹管涵的制造—存放—运输—使用，一般情况下，要将钢波纹管涵的主管节长度控制在0.5和3.1米之间，管节之间使用法兰进行连接，因此，使用法兰的数量和钢波纹管涵的管节成正比关系。一般情况下，每两个相邻孔的中心距离要保持在20厘米以内。钢波纹管涵洞的规格参数如下表所示：

（一）明确钢波纹管涵洞的细部构造

经过长期的实验证明，使用钢波纹管进行涵洞的处理符合力学的要求，但是在使用金属材料进行钢波纹管的制作时，要做好防腐处理，最好是使用热浸镀锌防腐措施，运至工地后进行二次防腐处理。在使用钢波纹管作为公路涵洞修建时，使用的钢波纹管的尺寸误差要尽量保持在2%以内。在涵洞施工中，要注意几点：⑴要重视对螺栓等密封材料的处理工作；⑵要保证连接螺栓不仅具有一定的强度，同时还要保证具有一定的抗腐蚀性；⑶要保证密封材料不会出现渗水情况，并且使用的时间要具有持久性[4]。

石棉绳密封

四、钢波纹管涵的施工要求

（一）钢波纹管涵洞的切割和组装

第一，钢波纹管的装卸和运输。在对钢波纹管进行装卸和运输的时候，要轻拿轻放，避免在运输和装卸的过程中出现滚动碰撞的现象，避免造成表面防护层的损坏。

第二，钢波纹管的组装。组装钢波纹管时只需要使用扳手和钢钎。长度比较短的涵洞可以先组装好钢波纹管，然后直接运输到涵洞施工处进行吊装；长度比较长的涵洞可以先进行分段组装，然后再运输到涵洞施工处进行对接。在组装大孔径涵管的过程中，可以在涵管的内部放置一个可以运动的木制工作台，来方便涵管的组装。在使用螺栓对涵管进行组装的过程中，可以使用松螺栓组装法进行组装，也就是在各个螺栓插入螺孔之后，稍微的拧一下，在组装结束之后再对螺栓进行紧固。在紧固螺栓的过程中，要保证每个螺栓的扭力矩在135.6和203.4个单位之间。使用机动扳手紧固螺栓的时候，要将紧固的时间控制在2秒和5秒之间[5]。

（二）填土材料的选择和施工工艺的控制

第一，填土材料的选择。由于钢波纹管涵适应变形能力强，基础采用砂砾、碎石土或沙性土换填即可。涵管铺设完成后，要采用透水性材料进行回填，在管侧30cm左右的范围内，不能有直径超过8cm的石块、冻土块、混凝土块等能够对涵管造成损伤的物质。在存在多年冻土的地区进行施工的时候，管涵周围2米以内的范围要使用含土量在5%以下的砂砾进行回填[6]。

第二，施工工艺控制。基础应采用振动压实机械进行分层碾压，压实度不小于93%；管底楔形部分可采用小型夯实机械斜向夯实或采用人工木棒夯实；两侧回填应对称施工，分层回填，每层厚度不超过30厘米；涵管两侧及顶部压实度与路基的压实度保持一致。管顶和管侧的填土要特别注意夯实。

第三，施工工艺流程。施工前准备→施工放样→设置围堰→排水清淤→平整场地→基础分层回填→检测压实度、含水量等→水准测量→平整场地→施工放样→安装涵管→检测涵底纵坡→检测涵管密封并喷涂防腐涂层→涵管就位→楔形回填及夯实→两侧分层回填→检测压实度、含水量等→管顶分层回填→检测压实度、含水量等→进出口处理。

（三）钢波纹管涵洞的允许偏差

根据实践经验，一般情况下，钢波纹管涵的允许偏差包括以下几个方面。第一，长度偏差要保持在-50mm和+20mm之间；第二，内部直径或者外部直径的偏差要控制在设计值以上；第三，管壁的厚度要保持不小于3mm；第四，矢度要控制在2%以内。

五、钢波纹管涵洞的效益分析

（一）经济效益分析

第一，工程造价。因为建筑材料、人工费用、运输距离的差异，大部分地区（特殊地区除外）使用钢波纹管涵的工程造价比较低。以云南为例，使用钢波纹管涵比钢筋混凝土盖板涵每米要节约2000元；以青藏公路为例，使用钢波纹管涵后，平均每道的造价节省四万元。目前，随着钢波纹管涵的工厂化生产和应用范围的拓宽，造价将更进一步降低。

第二，施工工期。一般情况下，使用钢波纹管涵进行施工，工期一般在三五天左右，相较于钢筋混凝土工程来说节省了一个多月的工期。在含有冻土层的地区进行公路的修建和改建时，工期的缩短不仅可以降低工程造价，相对来说还可以延长施工季节，加快工程进度。

（二）社会效益

钢波纹管涵的使用减少了石灰、砂石、水泥等材料的使用量，对环境保护具有重要的意义。同时还可以缩短工期，加快公路建设步伐，在公路的抢修、抢险、保通工程中具有显著地社会效益。

结语：

钢波纹管涵具有柔性好、强度高的特点，在公路建设中不仅可以提升公路的承载力和耐久性，防止因地基不均匀沉降对公路造成破坏，同时还可以在一定程度上节约成本，获得一定的经济效益和社会效益。在使用钢波纹管涵洞的时候，要对其孔径、管壁的厚度和细部构造进行合理的控制，要做好涵管的切割和组装工作，在运输的过程中保持平稳性，防止出现颠簸和倾斜，防止对涵管造成碰撞产生破坏；同时要控制好填土材料和施工工艺，将误差控制在允许的范围内。合理的使用钢波纹管涵洞，不仅可以降低工程造价，缩短工程期限，带来一定的经济效益；同时还能减少水泥、石灰等物质的使用量，在一定程度上带来社会效益。

参考文献：

[1]杜瑞臣.钢钢波纹管涵在国道318线公路改建中的应用[J].建筑与文化，2013，（10）：554-555.

[2]万洋.浅谈金属钢波纹管在危桥加固中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（21）：113-115.

[3]李祝龙，孙秀凯，胡滨等.高填方路基钢钢波纹管涵洞分层土压力分析[J].中外公路，2014，（1）：40-44.

[4]程钢，方萍.高速公路钢钢波纹管涵洞工程应用及其应变光测技术研究[J].中国工程科学，2013，（8）：108-112.

[5]池坤敏.钢钢波纹管涵在南方山区高速公路中的应用[J].公路与汽运，2012，（4）：242-244.

[6]代舒帆.浅谈公路金属钢波纹管涵洞的应用及防腐处理[J].品牌，2014，（8）：145-146.

[7]何宇鑫.钢钢波纹管涵洞在高速公路建设中的应用[J].甘肃科技纵横，2010，（5）：149-150.