鋼波紋管涵洞的特點及施工技術研究

陳大偉

（邢臺路橋建設總公司，河北 邢臺 054001）

1 高路堤公路涵洞的現狀

隨著社會經濟的快速發展，公路建設從平原區、經濟發達地區逐漸向山嶺地區、經濟欠發達地區發展。因山區地形復雜、山勢險峻、坡陡溝深、山石散落、溝壑多變等特點，在山區公路建設中，原則上逢溝壑設橋、涵，涵洞軸線應盡量與水流方向一致，不宜減短涵長強行正交。如果溝壑較深，路堤一般較高，最高可達30～40m，涵長可達100m以上。

多年來，公路建設通常采用鋼筋混凝土或圬工結構的涵洞，但該類涵洞存在設計繁瑣、施工周期長、填土高度受限制、建設費用高等不足，更為嚴重的是地基或基礎不均勻沉降可能導致涵洞的整體破壞，會造成路基大范圍的沉陷，給公路行車帶來極為嚴重的安全隱患。

隨著國民經濟的發展，新材料、新工藝及新結構不斷應用于公路建設中，鋼波紋管涵作為一種新材料及新結構，具有延伸性好、變形能力強、抗震性能好、能適應不同的復雜地形等優點，還具有重量輕、設計簡單、施工技術難度低及周期短等特點，因此，鋼波紋管涵的出現解決了傳統涵洞所不能解決的問題。

2 波紋管涵洞的特點

2． 1 波紋管涵洞的發展

1784年波紋管最早誕生于英國，1896年美國率先進行波紋板通道、涵洞的可行性研究，并首次用于涵洞工程。在美國、加拿大等國家，公路工程廣泛采用波紋管涵，并制定了設計、建造及施工安裝手冊，積累了較為成熟的波紋管涵洞設計方法及修建經驗。20世紀90年代末，我國逐步開展公路鋼波紋管涵洞的應用研究、生產。1997～1999年，我國第一道波紋管涵洞應用于青藏公路多年凍土地區，解決了多年凍土地區因融沉和凍脹而導致涵洞破壞的難題。

2． 2 波紋管涵洞的特性

螺紋鋼管涵材質是使用450℃狀態下的熱鍍鋅板以螺紋狀纏繞成型工藝制成的管材。相關研究表明，公路鋼波紋管涵洞具有以下優點：

a）對地基強度要求低 鋼波紋管屬于柔性結構，變形能力較強，對地基承載能力、平整度要求較低，適用于軟土、膨脹土、濕陷性黃土等特殊地基結構物；

b）運輸方便 鋼波紋管的重量只有同口徑水泥管的1／10～1／5，即使在狹窄的場所沒有運輸設備，用人也可搬運；

c）施工簡便、工期短 鋼波紋管采用現場安裝，一般采用螺栓連接，安裝只需簡單的安裝工具，可以全部采用人工安裝，不需使用大型設備，施工工期短，土建與型材安裝可分開實施，然后進行整體拼裝，另外，鋼波紋管涵洞相比鋼筋混凝土涵洞，可節省工期近1個多月；

d）適應凍寒能力強 鋼波紋管涵洞解決了北方冰冷地域（霜凍）對管涵混凝土構造的毀壞問題；

e）較好的經濟效益 鋼波紋管涵洞工程實際造價比同等跨徑的涵洞相近或較低，但波紋管涵洞可進行工廠集中化生產，且施工期較短，具有較好的經濟效益；

f）較好的社會效益 波紋管涵洞施工減少了常規建材的使用量，如水泥、砂、碎石、木材等，對自然環境影響較小，同時波紋管涵洞工期較短，對于改建、擴建等工程項目影響通行時間較短，工程施工對社會的干擾較小。

3 工程應用實例

3． 1 工程概況

邢（邢臺）汾（汾陽）高速公路， 全長83．5km， 是河北省高速公路網布局規劃“五縱六橫七條線”中的“橫五”，是邢臺市構建高速公路“井”字形框架的重要組成部分。該項目為雙向四車道高速公路，設計時速100km／h，路基寬度28．5m。項目位于邢臺市西部太行山區。

石墨礦礦石結構主要為鱗片變晶結構、半自形晶粒狀結構，構造為片狀構造、稀疏浸染狀構造，局部有片麻狀構造。石墨礦礦石礦物成分比較簡單，主要為晶質石墨，含微量的赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦。

K59＋405．5原設計為1～4m拱涵， 由于地形、 地質和施工工期的影響，該涵洞變更為1～2．5m波紋管涵。涵中心頂填高11．5m，管涵為圓形整體管，采用整管節拼裝、法蘭螺栓連接，全長34．98m，管涵流水面坡度為1．5%，流水方向從左側流向右側，管涵與路線呈116°斜交， 涵長84．5m。

3． 2 波紋管定做

根據該涵洞設計方案、路基填土高度，選擇壁厚3．5mm，波形參數125mm×25mm。委托具有相應資質和生產信譽的廠家，進行波紋管的生產。

3． 3 現場施工

3．3．1 施工放樣

對施工場地進行平整，準備相關的建筑材料，組織所需機械設備。由專業測量人員根據設計文件放出管涵軸線及基礎位置，測出原地面高程。

3．3．2 開挖基坑

采用人工配合機械開挖的方法，基坑邊坡坡度按照1∶1進行放坡，基坑寬度較涵洞基礎尺寸加大1．0m，由于開挖深部較身，以穩定邊坡為主，棄堆坡腳距離開挖基坑上口邊緣至少1．5m，同時預留圬工材料的進口道路。

3．3．3 墊層施工

3．3．4 管身安裝

管身安裝需要注意以下事項：

a）波紋管進場后，檢驗產品的相關合格證及出廠證明等材料，測量波紋管的外觀尺寸，檢查波紋管表面、接縫，確認滿足工程要求；

b）準確測量基礎的平面坐標、高程、平整度等資料，并放出涵洞的軸線、進出口位置，兩側邊線，管身安裝應緊貼在沙礫墊層上，使涵身受力均勻；

c）拼裝時要注意端頭板片和中間板片的位置，必須按照正確的軸線和圖紙所示的坡度進行鋪設，鋪設順序為先中間后兩邊，全部鋪設完成并確認無誤后，進行連接；

d）管節拼裝完成后，檢查涵身位置是否滿足設計要求，在管身內外側所有鋼板拼縫采用密封膠進行密封；

e）涵管出廠時，涵管及配件已經進行過鍍鋅處理，鍍鋅厚度不小于65μm，平均厚度80μm，可以滿足防銹要求，但為了防止腐蝕性液體對涵管的破壞，在管身內外管壁噴涂含有石棉纖維的厚瀝青一層。

3．3．5 涵背回填

為保證回填質量，管底兩側楔形部位采用6%灰土填筑，并采用人工用木棒進行夯實，然后用小型夯實機械斜向夯實。

涵管兩側部位分層、對稱回填6%灰土，每層夯實厚度不大于20cm，壓實度不小于95%。在管身最大直徑兩側50cm外使用光輪壓路機進行碾壓，50cm范圍內采用小型夯實機夯實，避免壓路機對涵管沖擊。

3．3．6 洞口鋪砌及護坡防護

洞口鋪砌及護坡防護與普通涵洞施工方式相同，要做到輪廓清晰、尺寸準確、線條直順，確保結構穩定和美觀，

3． 4 檢驗評定

通過對已建成的鋼波紋管涵進行質量檢查發現，外觀管壁豎直，接縫平整，填縫飽滿，相鄰管節底面錯臺滿足要求，墊層寬度及厚度滿足設計要求，管座墊層混凝土強度滿足混凝土抗壓評定要求、施工質量合格。

3． 5 經濟評價

通過對項目財務成本核算，波紋管涵洞的建設成本是相同規?；炷梁垂昂?2%，具有較好的經濟效益。同時，管涵波紋管涵施工工期短，對自然環境影響較小，后期養護費用較低，具有很好的社會效益。

4 結語

涵洞的施工實踐表明，鋼波紋管涵洞具有整體性好、施工工期短、造價低、耐久性好和對地基承載能力要求低等優點，在山區公路工程建設和運營中發揮了積極的作用，具有廣闊的發展前景。