王永順　朱　震　杜純煥

(1.鶴壁市公路管理局　鶴壁　458030；　2.鶴壁市市區(qū)公路管理局　鶴壁　458030；

3.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院　鶴壁　458030)

鋼波紋管涵在鶴壁公路建設(shè)中的應(yīng)用

王永順1朱震2杜純煥3

(1.鶴壁市公路管理局鶴壁458030；2.鶴壁市市區(qū)公路管理局鶴壁458030；

3.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院鶴壁458030)

摘要鋼波紋管涵具有較大的抗變形和抗沉降能力，能有效避免由于地基基礎(chǔ)不均勻沉降對(duì)涵洞造成的破壞。文中對(duì)鋼波紋管涵施工工藝的應(yīng)用進(jìn)行了研究，對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益進(jìn)行了分析，表明鋼波紋管涵施工簡(jiǎn)便、適用性強(qiáng)，是公路涵洞發(fā)展的方向之一。

關(guān)鍵詞鋼波紋管涵公路建設(shè)應(yīng)用

鋼波紋管涵是指鋪埋在公路、鐵路下面的涵洞用螺紋波紋管，它是由波形金屬板卷制成或用半圓波形鋼片拼制成的圓形波紋管，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、小橋、通道、擋土墻，以及各種礦場(chǎng)、巷道擋墻支護(hù)等工程中的涵洞(管)，亦稱(chēng)金屬波紋管涵、金屬波紋涵管、波紋管涵、波紋涵管。

1　鋼波紋管涵國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程

1896年，美國(guó)進(jìn)行了鋼波紋管涵的可行性研究。其后，在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)的公路建設(shè)中，均采用了鋼波紋管涵的施工。1990年，日本制定了波紋管涵設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范。我國(guó)在改革開(kāi)放后，深圳及大同煤礦開(kāi)始從國(guó)外進(jìn)口成品鋼波紋管涵進(jìn)行涵洞施工。之后，上海市公路管理處、上海市政工程設(shè)計(jì)研究院、同濟(jì)大學(xué)等對(duì)鋼波紋管涵進(jìn)行了動(dòng)、靜載試驗(yàn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，并且迅速得到了推廣應(yīng)用。

2　鋼波紋管涵在鶴壁公路建設(shè)中的應(yīng)用

2.1國(guó)道107線花窩涵洞

原花窩橋位于鶴壁市107國(guó)道K601+235，為3孔×6m拱橋，損壞嚴(yán)重，不能繼續(xù)使用，需拆除重建。該橋交通量大，橋下常年流水，地基為膨脹土，承載力為0.14kPa。為縮短工期，保障通行安全和工程質(zhì)量安全，采用2孔×4m鋼波紋管涵。

2.2基礎(chǔ)施工

基坑開(kāi)挖寬度為鋼波紋管涵的3倍。這樣既方便組裝，又利于鋼波紋管涵周?chē)幕靥罴懊軐?shí)。

地基要對(duì)整個(gè)鋼波紋管涵保持均勻的承載力。要避免軟弱地基和巖石地基交叉的地基，否則，由設(shè)計(jì)部門(mén)提出方案。

管節(jié)的地基應(yīng)予壓實(shí)，并應(yīng)做成與管身弧度密貼的弧形管座?；A(chǔ)的厚度一般以30～80cm為宜，選用透水性好，粒度分布良好的砂性土、砂礫或碎石土成形，密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。材料的最大粒徑不得超過(guò)波長(zhǎng)的1/2或不大于50mm。

基礎(chǔ)與波紋鋼板接觸部分要鋪設(shè)厚度7～15cm的粗砂墊層，其最大粒徑為12mm。

土質(zhì)地基安裝鋼波紋管涵要求在基礎(chǔ)上預(yù)留一定的預(yù)拱度。土質(zhì)地基埋設(shè)的波紋管，一段時(shí)間后，會(huì)產(chǎn)生一定的沉降，一般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)拱度。其大小根據(jù)地基土、涵底縱坡和填土高度等因素綜合考慮，通?？蔀楣荛L(zhǎng)的0.3%～1%，最大不宜大于2%，以確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或滑坡。

2.3安裝工藝

安裝前應(yīng)準(zhǔn)備好起吊設(shè)備、套筒扳手、定扭扳手，備足腳手架、電源等設(shè)備。應(yīng)檢查鋼波紋板管涵底部平整度、標(biāo)高，確定涵管的位置、中心線。

拼裝底板。以中心軸線的中點(diǎn)為基準(zhǔn)，第一張波紋板定位，以此為起點(diǎn)向兩側(cè)延伸，直至兩端。板件環(huán)向搭接的重疊部分邊緣至最外緣螺栓孔距離應(yīng)大于50mm，第二張板疊在第一張板上面，對(duì)正連接孔。螺栓的螺紋部分涂上潤(rùn)滑劑，套上墊圈由內(nèi)向外插入孔位，對(duì)面套上墊圈旋上螺母，用套筒扳手預(yù)緊螺母。

拼裝環(huán)形圈。由下向上順次拼裝。軸向搭接寬度為120mm，搭接部分上板覆蓋下板，圓周向連接采用階梯形，即上面2塊板連接疊縫與下面2塊板的疊縫錯(cuò)位，連接孔對(duì)正后，用涂上潤(rùn)滑劑的螺栓套上墊圈，遇谷用凸墊，遇峰用凹?jí)|，不得裝反，由內(nèi)向外插入孔位，用套筒扳手預(yù)緊螺母。

圓周向拼裝滿(mǎn)3張波紋板時(shí)，要測(cè)定一次截面形狀，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能繼續(xù)拼裝，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。圓周向拼裝到環(huán)形圈合攏時(shí)，測(cè)定截面形狀，采用定位桿固定，調(diào)整預(yù)緊螺栓，拼裝頂部第一塊波紋板。

管涵拼裝全部完成，用定扭電動(dòng)扳手，按預(yù)緊力轉(zhuǎn)矩(340±70)N·m緊固所有螺栓，依次序不得遺漏，緊固后底螺栓用紅漆標(biāo)示，所有螺栓(包括縱向和環(huán)向接縫)應(yīng)在回填前擰緊，保證波紋的重疊部分緊密地嵌套在一起，見(jiàn)圖1。

圖1　板件連接

為保證達(dá)到螺栓扭矩的要求值，在回填前隨機(jī)抽取結(jié)構(gòu)上縱縫2%的螺栓，用定扭扳手，定預(yù)緊力轉(zhuǎn)矩(340±70)N·m進(jìn)行抽檢試驗(yàn)。如果有一任意試驗(yàn)值超過(guò)了給定的扭矩范圍，則應(yīng)抽檢縱向和環(huán)向接縫所有螺栓的5%。如果上述試驗(yàn)90%以上滿(mǎn)足要求，則認(rèn)定安裝是合格的，否則應(yīng)重新復(fù)核，以確定轉(zhuǎn)矩值是否滿(mǎn)足要求。

波紋鋼管板涵外圈搭接處預(yù)緊力扭矩符合要求后，用專(zhuān)用密封膠或環(huán)氧樹(shù)脂砂漿封填，以防波紋板連接處滲水。

拼裝波紋管時(shí)，下游塊件的端頭必須在上游塊件之下，以防管內(nèi)流水滲入接縫而將地基淘空，破壞管涵。

待整個(gè)管涵安裝完畢后，用千斤頂校正整道涵管，使其中心在所規(guī)定的中心線上。

管壁內(nèi)外防腐防滲處理：在鍍鋅基礎(chǔ)上可采用噴涂瀝青等非金屬覆蓋層，在管壁內(nèi)外涂瀝青2道，厚度要達(dá)到0.5～1mm,涂層應(yīng)均勻光滑、連續(xù)，無(wú)肉眼可分辨的孔隙、裂縫、脫皮及其他缺陷，見(jiàn)圖2[1]。

圖2　鋼波紋管涵噴涂瀝青

管節(jié)與塊件之間的接縫采用不透水的彈性材料進(jìn)行嵌塞，寬度宜為2～5mm；接縫嵌塞填料應(yīng)連續(xù)，不得有漏水現(xiàn)象。各管節(jié)應(yīng)順?biāo)鞣较虬惭b平順，墊穩(wěn)坐實(shí)。在涵洞的進(jìn)出水口處，當(dāng)波形鋼管節(jié)的管端與涵洞剛性端節(jié)相連時(shí)，宜采用直徑不小于20mm的螺栓，按不大于500mm的間距，將管節(jié)與端墻墻體予以錨固。

2.4管涵回填土的施工

結(jié)構(gòu)兩側(cè)回填應(yīng)對(duì)稱(chēng)施工，分層回填，填土的材料宜采用礫類(lèi)土、砂類(lèi)土，或礫、卵石與細(xì)粒土的混合料，每層厚150～200mm。在距波形鋼管0.3m的范圍內(nèi)的填土中，不得含有尺寸超過(guò)80mm的石塊、混凝土塊、凍土塊、高塑性黏土塊或其他有害腐蝕材料。

對(duì)有端部擋墻的情況，從兩端向結(jié)構(gòu)的中心回填，對(duì)沒(méi)有端部擋墻的情況，從結(jié)構(gòu)的中心向兩端進(jìn)行回填。

管底兩側(cè)楔形部位處可采用粗砂或灰土，人工用木棒在管身外向內(nèi)側(cè)進(jìn)行夯實(shí)，木棒作用點(diǎn)必須緊貼管身，見(jiàn)圖3，結(jié)構(gòu)近處用機(jī)械夯實(shí)。涵洞兩側(cè)回填采用振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)，見(jiàn)圖4，壓實(shí)度不小于規(guī)范要求。

圖3　楔形部位木棍搗實(shí)

圖4　涵洞兩側(cè)回填采用振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)

管頂填土前，對(duì)直徑大于2.0m的波形鋼管涵，宜在管內(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)的臨時(shí)支撐應(yīng)在填土不再下沉后方可拆除。

涵管頂填土大于80cm，方可采用壓路機(jī)施工，每層厚度20cm，壓實(shí)度不小于規(guī)范要求。

管頂填土的最小厚度應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范相應(yīng)規(guī)定后，方可允許車(chē)輛通行。

2.5洞口處理

洞口采用端墻或與路基邊坡同坡率的八字墻斜口形式。涵洞為正交時(shí)，對(duì)進(jìn)出口處的端節(jié)，其外端面應(yīng)與涵軸線垂直且平整。當(dāng)涵洞為斜交時(shí)(斜交角度小于或等于20°)，可將端節(jié)波形鋼管的外面切割成與路線中線平行的斜面，見(jiàn)圖5，但斜切坡度不宜超過(guò)2∶1，并采用直徑不小于20mm的螺栓，按不大于500mm的間距，將管節(jié)與端墻墻體予以錨固；斜交角度大于20°時(shí)，設(shè)置方式應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定[2]。

圖5　涵洞斜交

鋼波紋管涵施工工藝流程可簡(jiǎn)化總結(jié)為：清理場(chǎng)地、基坑開(kāi)挖、基坑整平、地基承載力檢驗(yàn)、鋪砂礫墊層、運(yùn)輸安裝鋼波紋管、接縫、涂瀝青、洞口鋪砌、臺(tái)背回填、分層壓實(shí)、驗(yàn)收。

3　金屬波紋管的經(jīng)濟(jì)效益和適用性能

3.1公路鋼筋混凝土構(gòu)造物與鋼波紋管涵造價(jià)比較

建材單價(jià)、施工費(fèi)用等存在地區(qū)差異，并且受運(yùn)距等各方面因素的影響。表1是鶴壁市價(jià)格和施工周期的對(duì)比。

表1　鶴壁市箱涵、蓋板涵、鋼波紋

比較施工時(shí)間。一般鋼波紋管涵安裝期為8～10m/工日，相比鋼筋混凝土蓋板涵、箱涵，節(jié)省工期1個(gè)多月，經(jīng)濟(jì)效益明顯。不但節(jié)省工期及降低成本，而且可以相對(duì)延長(zhǎng)施工季節(jié)，加快工程總進(jìn)度，提前通車(chē)時(shí)間，加之后期養(yǎng)護(hù)成本低，重建幾率小，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看其經(jīng)濟(jì)成本更低。

現(xiàn)有工程項(xiàng)目中應(yīng)用鋼波紋管涵，采用縮減跨徑的方法，無(wú)論從造價(jià)還是工期上波紋管都有其他圬工構(gòu)造物無(wú)法比擬的優(yōu)越性。

3.2鋼波紋管涵的適用性能

鋼波紋管涵在公路上主要用于橫穿道路的涵洞、排水用暗渠、行人車(chē)輛通道、滲水井等。鋼波紋管涵具有重量輕，運(yùn)輸方便，施工簡(jiǎn)單，施工工期短，變形性能好等優(yōu)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)使用年限為100年。

鋼波紋管涵具有較大的抗變形和抗沉降能力，能有效避免由于地基或基礎(chǔ)不均勻沉降對(duì)涵洞造成的破壞，適用于煤礦采空區(qū)、軟土、膨脹土、濕陷性黃土地基承載力較低地區(qū)和地震多發(fā)地區(qū)。由于鋼波紋管的技術(shù)參數(shù)(壁厚、波形)可根據(jù)填土高度進(jìn)行調(diào)整，故適合于深淺填土地區(qū)；并且鋼波紋管涵施工時(shí)對(duì)環(huán)境的破壞小，適用于生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū)。另外鋼波紋管代替鋼筋混凝土進(jìn)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(wèn)題，而且鋼波紋管涵施工只需對(duì)基礎(chǔ)和進(jìn)出口進(jìn)行處理，砂、石材料用量小，適用于砂、石材料缺乏的地區(qū)。再者鋼波紋管涵施工只需很少的人工，適用于勞動(dòng)力缺乏地區(qū)。由于采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)不受環(huán)境影響，易進(jìn)行集中工廠化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，故適用于質(zhì)量要求高、工期緊的工程項(xiàng)目。

4　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)鶴壁市107國(guó)道花窩涵洞的案例，研究了鋼波紋管涵施工工藝，分析了其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)實(shí)踐表明，鋼波紋管涵施工簡(jiǎn)便、適用性強(qiáng)，是公路涵洞發(fā)展的方向之一。

參考文獻(xiàn)

[1]JT/T791-2010公路涵洞通道用波紋鋼管(板)[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTG/TF50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

收稿日期：2015-03-31

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.022