鋼波紋管涵與鋼筋混凝土涵洞應用研究

李 卿

(中鐵三局集團第五工程有限公司，山西晉中 030600)

1 工程概況

本項目是山西省高速公路規劃網“3縱12橫12環”中西縱主干線的重要組成部分，起點位于右玉縣高墻礦村，以樞紐形式連接已通車的大呼高速，終點位于平魯縣店梁村平魯樞紐，與山平高速公路、朔州西南環高速公路相接，線路總長64.171 km，雙向四車道高速公路，設計速度100 km/h，路基寬度26 m。第SG4標段位于平魯縣境內，線路全長17.922 km，起訖里程為K49+900～K68+238，屬于黃土緩丘區，表現為黃土緩坡、黃土梁峁、黃土沖溝，地面由于受到強烈侵蝕，地形破碎，沖溝發育，切割深度20 m～80 m，地下水位埋深大。

為滿足沿線排洪和當地群眾生產、生活的要求，本合同段共設置涵道23道，其中鋼筋混凝土拱涵8道，1-2 m鋼筋混凝土蓋板涵12道，1-3 m鋼筋混凝土蓋板涵3道。

2 方案對比

以K58+984涵洞為例，根據現場勘測斷面來看，該地段為V字形沖溝，溝兩側為黃土，岸壁直立，溝底基本無水，水源來源主要為雨季下雨周邊匯集的雨水，溝底土質為0.5 m～1.0 m淤泥層，以下為砂礫層。本次設計主要以填方路基形式穿過，為了滿足排洪要求和結合過水量不大，設置了1-2 m鋼筋混凝土蓋板涵滿足排水需要。本標段是典型的山區公路，周邊場地狹窄，大型機械設備無法進場，存在施工難度大等困難，經過查詢類似工程設計及施工經驗，因鋼波紋管可工廠集中化生產，運至施工現場簡單的拼接就位即可，從經濟適用方面綜合比較后擬采用直徑2 m、管壁厚4 mm的鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土蓋板涵。

3 鋼波紋管涵的特點

3.1 鋼波紋管涵的優點

1)重量輕，強度高。

如2 m的管涵，根據不同的波距、波高和壁厚，若采用壁厚4 mm的波紋管涵，每米重量約為197 kg，同規格的鋼筋混凝土圓管涵(壁厚10 cm)質量為1 715 kg，鋼波紋管涵質量僅為混凝土管涵的11%，同樣鋼波紋管涵的強度也要高于混凝土管涵的強度。

2)壽命長，耐久性好。

查閱相關資料，采用熱鍍鋅防腐處理的鋼波紋管的使用壽命約為100年，過程中不需要進行養護，以目前我國的工程使用周期，這樣的使用壽命可以滿足現行的相關規范的要求。

3)工廠標準化生產。

鋼波紋管涵采用工廠標準化成批生產，質量有保證，且穩定可靠，可極大程度的降低成本。

4)施工方便快捷。

鋼波紋管涵的安裝非常簡單，管節之間采用螺栓連接，施工人員不必經過專門培訓也可操作。且安裝金屬波紋管涵現場無需大型機械，只需少量手工操作即可。

5)造價降低，隨著跨徑越大效益越明顯。

以K58+984涵洞為例，該涵為1-2.0 m蓋板涵，涵長72.12 m，根據投標報價涵洞綜合指標7 609.75元/延米，涵洞造價為548 815元。若采用型號為ACSP2000，內徑2 m、波距125 mm、波高25 mm、壁厚4 mm、鍍鋅厚度不小于84 μm的鋼波紋管涵，運至工地包括安裝綜合單價為3 200元/延米，涵洞造價為230 784元，節約成本318 031元。從對比可以看出，僅一座涵洞就可節約約30萬元，隨著國內鋼波紋管的推廣應用，生產廠家的增加，波紋管的制造成本也將會進一步降低，以后的效益會更大。

6)施工周期縮短約一半，金屬波紋管節省人工費用。

工期方面，以該涵為例洞口形式為八字式，涵洞基礎采用砂礫石墊層，厚度為80 cm，涵管周圍采用水泥穩定類材料，回填與路基同步施工，采用重型碾壓機具進行壓實作業，重型壓實機具壓不到位地方配備小型夯實機具，采用小型夯實機具夯實厚度不大于100 mm。結合以往類似工程的施工經驗，一座2 m的鋼筋混凝土蓋板涵從基礎處理至回填完畢，至少需要60 d～80 d左右;若采用直徑為2 m的鋼波紋管涵，每座涵洞施工時間為10 d～20 d，相比混凝土蓋板涵縮短工期40 d～60 d。

7)金屬波紋管有利于改善土地基結構物與路堤的“錯臺”現象，提高行車舒適性。

8)環保、低碳。

金屬波紋管主要材料為鋼材，較鋼筋混凝土涵從根本上減少了水泥、碎石、砂子等建材的使用，使得金屬波紋管更有利于環境保護、降低碳排放。

3.2 鋼波紋管與鋼筋混凝土蓋板涵的區別

鋼波紋涵管主要材料是波形鋼板，鋼板本身是剛性材料但經加工成涵管后是柔性結構，在上部荷載作用下，涵管本身斷面會發生細微變化，通過與周圍土體的相互作用，將荷載有效地傳遞給周圍土體;鋼筋混凝土蓋板涵主要材料是鋼筋混凝土，是剛性結構，在上部荷載作用下，涵洞本身不會發生變化，荷載傳遞的作用力主要由基礎下的土體承擔，通過對比分析可以看出，兩者在荷載作用下受力完全不同，鋼波紋管涵底部受力較小，而且可以將荷載分攤到周圍土體，與周圍土體共同承擔荷截，對地基的要求相對較低，省去了鋼筋混凝土蓋板涵所需要的圬工基礎，并且施工也較簡單，缺少了模板、腳手架、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工藝，使得結構物的綜合造價明顯降低。

綜上所述，采用鋼波紋管涵不僅造價低廉，且施工方便，省去了設置預制場地，尤其適用于工期比較緊，且地形比較復雜，大型機械設備無法到達的工程，能有效的保證業主工期。

4 鋼波紋管涵施工工藝

測量放線→挖基及地基處理→鋪筑基礎墊層→安裝管身→接縫填塞→涂刷防水涂料→涵管回填→出入口附屬施工。

4.1 測量放線

在施工測量前認真核對控制點成果、線路坐標、施工圖紙、結構物尺寸等內業數據，用于現場施工放樣的資料數據必須經過第二個人的獨立計算復核無誤后，經過測量實施小組組長簽字后實施。現場放樣時首先復核三個控制點之間的角度、距離關系，確認控制點關系正確時進行放樣。

4.2 挖基及地基處理

首先進行施工場地平整，測量放樣，施工機械就位。基坑開挖視地質情況采用放坡開挖或鋼板樁支護后垂直開挖。基坑開挖尺寸較設計尺寸寬出50 cm～100 cm。無水土質基坑底面按基礎設計平面尺寸每邊放寬不小于50 cm;對有水基坑底面，每邊放寬不小于80 cm，四周設排水溝與匯水井位置，開挖中抽水不間斷，抽水能力為滲水量的1.0倍～1.5倍，抽出的水遠排防止回流到基坑。基底挖至接近設計標高時，停止機械開挖或爆破方法開挖，預留0.2 m厚，用人工輔助清理至設計標高，做到不超不欠。

基坑檢驗內容:基底平面位置、標高;基底承載力是否滿足設計要求;基底有無積水、雜物，松散土質是否清潔、平整。

各種土質地基的處理方法如下。

4.2.1 優質土地基

開挖后的基底地層若是比較好的砂，碎石，砂礫土以及砂質土，基底承載力滿足設計要求，只需清除10 cm以上的石塊等硬物即可。

4.2.2 一般性土質地基

若開挖后的基底承載能力不能滿足要求，但與設計要求承載力相差不大，采用夯實設備將涵管底基礎原狀土夯實，使其密實度達到設計要求后，將波紋管置于其上。

4.2.3 石質地基

鋼波紋管本身是柔性體，不能直接置于剛性基礎之上，否則會減小涵管的承載能力，降低本身的柔性，因此對于石質地基采用超挖一部分巖石，換填一定厚度的砂礫土，然后進行夯實。

4.2.4 軟土地基

當涵管處于軟土地基上時，需按照設計要求采用換填、水泥砂漿樁、高壓旋噴樁等工藝進行地基處理，然后在處理完成的基底上填筑20 cm厚的砂礫墊層，并壓實。

4.2.5 預拱度

鋼波紋管涵本身屬于柔性體，位于路堤下的波紋管，隨著時間的推移和上部荷載的擠壓，往往會產生一定程度的下沉，并且是涵洞中部下沉量大于出入口下沉量。因此，安裝波紋管涵時要設置預拱度，預拱度設置的大小根據填土高度、涵洞縱坡以及預估下沉量等因素綜合考慮，一般值取涵長的0.6%～1%，以確保涵洞中部不出現凹陷現象。

4.3 鋪筑基礎墊層

基坑經自檢及監理工程師檢驗合格后，及時進行墊層施工，避免基底長時間暴露。墊層材料滿足設計及規范要求。

4.4 安裝管身

鋼波紋管涵身采用管廠購置，并抽樣檢驗報監理工程師審批，其各項技術指標必須滿足設計規范的要求。管身安裝前技術部門準確放出涵洞的軸線及出入口的位置，并復核涵底的縱坡，安裝時注意中間管節和端頭管節的位置，避免安裝位置錯誤。管身安裝應保證與墊層密貼，局部不密貼部位可采用砂墊層支墊密實，確保涵管受力均勻。基礎排水坡度要與設計坡度一致，按照預設的預拱度進行鋪設安裝，保證安裝完成的涵身平、順、直。

4.5 接縫填塞

涵身全部安裝完成后，為防止管節接縫處滲漏水，在所有管節內側的接縫處采用聚氨酯密封膠進行填塞。

4.6 涂刷防水涂料

波紋管涵出廠時，涵身主體及所有構配件均已經過熱鍍鋅處理，在正常使用的情況下，其鍍膜可防止銹蝕，但為了增加防腐效果，涵身安裝完成后，在管節內外壁涂刷一層防水涂料，以加強防腐蝕作用。

4.7 涵管回填

涵洞的兩側回填，按設計和規范要求填筑水泥穩定料。對稱填筑、分層壓實，采用壓路機壓實或內燃打夯機打夯，保證填土的密實度，密實度采用灌砂法檢測。

4.8 出入口附屬施工

出入口鋪砌、錐體及檢查梯為M10砂漿漿砌片石。施工時均采用人工掛線，擠漿砌筑法進行施工。出入口施工完畢，及時對出入口地貌進行疏通改溝，保證排水順暢。

5 結語

本文通過對鋼波紋管涵和鋼筋混凝土蓋板涵的應用研究及工藝介紹，說明鋼波紋管涵較鋼筋混凝土蓋板涵明顯工程造價低，施工簡單快捷，且施工周期短，有利于工期的保證，尤其適合多雨地區及工期緊張工程。鋼波紋管涵在我國推廣時間還較短，隨著城鎮化的發展、基礎設施建設的擴張，鋼波紋管涵的應用會大幅增長，會被廣泛的應用在國家的基礎建設中。

［1］李祝龍.公路鋼波紋管涵洞設計與施工技術［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］中華人民共和國交通運輸部.公路涵洞設計細則［Z］.

［3］山西省交通規劃勘察設計院.西縱高速公路右玉至平魯段路基、橋隧、路面工程施工招標圖紙［Z］.