鋼波紋管涵洞在公路工程中的應用及分析

文山公路管理總段 云南文山 663000

摘要：涵洞在公路的修建中是最常用的一種方式，隨著新型材料的出現和涵洞修建技術的更新，目前在公路的涵洞工程中出現了鋼波紋管涵洞。這種涵洞形式的出現在很大程度上提高了涵洞的質量，延長了涵洞的使用年限，并且在一定意義上降低了涵洞的修建成本。本文分析了鋼波紋管涵洞在公路工程使用優勢的基礎上，對鋼波紋管涵洞的使用范圍和應用技術進行了探討，對其經濟效益和社會效益進行了分析。

關鍵詞：鋼波紋管涵洞；公路工程；應用

鋼波紋管涵最早產生于英國，在國外的公路修建中應用廣泛，1784年誕生于英國；1896年美國首次應用于涵洞；1913年英國應用于農田灌溉；1923年美國進行鐵路通道測試；1929年加拿大用于煤礦；1931年澳大利亞建成8米汽車通道；1948年美國在上海浦東地區用作軍事通道（1998年9月挖掘）。我國鋼波紋管涵最早應用在20世紀40年代滇緬公路的修建中，50年代修建青藏公路不凍泉段時用于搶修工程，70年代挖出時發現其使用狀況良好。80年代改革開放后，深圳、大同等城市曾經進口鋼波紋管涵來進行煤礦的修建，直到上個世紀90年代，鋼波紋管涵才逐漸在公路修建中被廣泛使用。探討鋼波紋管涵洞在公路工程中的應用對提高公路的修建質量具有重要的意義。

鋼波紋管涵洞的使用優勢

公路涵洞的破壞形式主要表現在地基不均勻沉降，具有高柔性、高強度的鋼波紋管涵洞能適應地基變形、解決不均勻沉降對涵洞造成的破壞。同時，鋼波紋管涵洞的承載能力比較強，在動靜荷載作用下可以對荷載進行均勻的分散，在凍土層、膨脹土層、軟土層等地質特征情況下具有廣闊的應用空間。使用優勢分析如下：

第一，鋼波紋管涵抗變形能力和抗沉降能力比較強。波紋鋼管是一種特殊的受力結構，圓周向具有很大的剛度，抵抗荷載，橫向具有一定的柔性，可進行橫向補償，在軟土地質、膨脹土地質、濕陷性黃土地質等地基承載能力比較弱或者地震多發區的地質中比較適用；第二，同混凝土涵洞相比，同等跨徑的波紋管涵綜合造價低；第三，一年四季均可施工，施工不受季節影響，不受環境影響；第四，采用標準化設計，工廠規模化生產，生產周期短，效率高，受環境影響小，有利于降低成本、提高質量；第五，在施工過程中不需要大型的機械設備，安裝方便；第六，減少水泥、碎石、砂等常規建材的使用，環保意義深遠，同時還能產生一定的經濟效益；第七，可避免地基變形造成的不均勻沉降對涵洞的破壞；第八，能夠有效的解決凍融對涵洞混凝土結構造成的破壞[1]；第九，后期養護工作量小，養護成本低；第十、施工速度快，可有效緩解因涵洞施工造成的交通堵塞，社會經濟效益明顯。

一、鋼波紋管涵洞的使用條件

在使用鋼波紋管作為公路涵洞修建的時候，要具備以上的使用條件：一是要保證鋼波紋管結構的技術參數滿足要求，相應的波形管壁要有足夠的厚度，保證鋼波紋管在受到最大荷載時的最大應力比管材的屈服應力低；二是要保證鋼波紋管涵的防腐處理達到一定標準，保證在一定的年限內鋼波紋管涵具有很好的抗腐蝕能力；三是要保證鋼波紋管涵洞的承載力符合一定的標準，防止在使用的過程中出現非線性破壞，對上層結構的功能產生影響[2]。

二、鋼波紋管涵洞的應用技術

（一）確定鋼波紋管涵孔徑

在鋼波紋管涵設計中，鋼波紋管涵的孔徑要按照涵洞的設計規范進行設計。如果原有的涵洞設計為鋼筋混凝土管涵，那么在使用鋼波紋管時，要對鋼波紋管的內部粗糙系數進行考慮。一般情況下，內部粗糙系數在0.025和0.035之間，而鋼筋混凝土管涵內部粗糙系數在0.01和0.012之間，對兩者進行比較之后可以發現，鋼波紋管涵的粗糙系數比鋼筋混凝土管涵的粗糙系數要大，因此在進行孔徑的設計時，鋼波紋管涵的孔徑要比鋼筋混凝土管涵的孔徑大一級[3]。

（二）確定涵管和法蘭

為了方便鋼波紋管涵的制造—存放—運輸—使用，一般情況下，要將鋼波紋管涵的主管節長度控制在0.5和3.1米之間，管節之間使用法蘭進行連接，因此，使用法蘭的數量和鋼波紋管涵的管節成正比關系。一般情況下，每兩個相鄰孔的中心距離要保持在20厘米以內。鋼波紋管涵洞的規格參數如下表所示：

型號內徑/m壁厚/mm波高/mm波距/mm法蘭/mm法蘭孔數孔徑/mm

YTHG-1.013.0----3.52512556*62414

YTHG-1.51.53.0----4.55520070*73018

YTHG-2.02.03.0----5.55520070*74818

YTHG-2.52.53.5----5.55520070*76018

（三）確定鋼波紋管涵的管壁厚度

鋼波紋管涵一般都是定型的產品，在使用過程中一般不用進行詳細的設計和選擇，只要在涵洞荷載計算結果下，保證鋼波紋管涵管壁的厚度3.0毫米以上即可。以鋼質鋼波紋管涵為例，其管壁厚度的選擇標準如下表所示：

三、鋼波紋管涵填土高度參考表

序號型 號內徑（m）壁厚（mm）滿足填土高度（m）

1YTHG-1.0-3.01.03.00.6-10

2YTHG-1.0-3.51.03.510-17

3YTHG-1.5-3.01.53.00.6-8

4YTHG-1.5-3.51.53.58-13.5

5YTHG-1.5-4.01.54.013.5-20

6YTHG-1.5-4.51.54.520-30

7YTHG-2.0-3.02.03.00.6-8

8YTHG-2.0-3.52.03.58-13.5

9YTHG-2.0-4.02.04.013.5-19

10YTHG-2.0-4.52.04.519-27

11YTHG-2.0-5.02.05.027-34

12YTHG-2.5-3.52.53.50.6-8

13YTHG-2.5-4.02.54.08-13.5

14YTHG-2.5-4.52.54.513.5-19

15YTHG-2.5-5.02.55.019-27

16YTHG-2.5-5.52.55.527-34

（一）明確鋼波紋管涵洞的細部構造

經過長期的實驗證明，使用鋼波紋管進行涵洞的處理符合力學的要求，但是在使用金屬材料進行鋼波紋管的制作時，要做好防腐處理，最好是使用熱浸鍍鋅防腐措施，運至工地后進行二次防腐處理。在使用鋼波紋管作為公路涵洞修建時，使用的鋼波紋管的尺寸誤差要盡量保持在2%以內。在涵洞施工中，要注意幾點：⑴要重視對螺栓等密封材料的處理工作；⑵要保證連接螺栓不僅具有一定的強度，同時還要保證具有一定的抗腐蝕性；⑶要保證密封材料不會出現滲水情況，并且使用的時間要具有持久性[4]。

石棉繩密封

四、鋼波紋管涵的施工要求

（一）鋼波紋管涵洞的切割和組裝

第一，鋼波紋管的裝卸和運輸。在對鋼波紋管進行裝卸和運輸的時候，要輕拿輕放，避免在運輸和裝卸的過程中出現滾動碰撞的現象，避免造成表面防護層的損壞。

第二，鋼波紋管的組裝。組裝鋼波紋管時只需要使用扳手和鋼釬。長度比較短的涵洞可以先組裝好鋼波紋管，然后直接運輸到涵洞施工處進行吊裝；長度比較長的涵洞可以先進行分段組裝，然后再運輸到涵洞施工處進行對接。在組裝大孔徑涵管的過程中，可以在涵管的內部放置一個可以運動的木制工作臺，來方便涵管的組裝。在使用螺栓對涵管進行組裝的過程中，可以使用松螺栓組裝法進行組裝，也就是在各個螺栓插入螺孔之后，稍微的擰一下，在組裝結束之后再對螺栓進行緊固。在緊固螺栓的過程中，要保證每個螺栓的扭力矩在135.6和203.4個單位之間。使用機動扳手緊固螺栓的時候，要將緊固的時間控制在2秒和5秒之間[5]。

（二）填土材料的選擇和施工工藝的控制

第一，填土材料的選擇。由于鋼波紋管涵適應變形能力強，基礎采用砂礫、碎石土或沙性土換填即可。涵管鋪設完成后，要采用透水性材料進行回填，在管側30cm左右的范圍內，不能有直徑超過8cm的石塊、凍土塊、混凝土塊等能夠對涵管造成損傷的物質。在存在多年凍土的地區進行施工的時候，管涵周圍2米以內的范圍要使用含土量在5%以下的砂礫進行回填[6]。

第二，施工工藝控制。基礎應采用振動壓實機械進行分層碾壓，壓實度不小于93%；管底楔形部分可采用小型夯實機械斜向夯實或采用人工木棒夯實；兩側回填應對稱施工，分層回填，每層厚度不超過30厘米；涵管兩側及頂部壓實度與路基的壓實度保持一致。管頂和管側的填土要特別注意夯實。

第三，施工工藝流程。施工前準備→施工放樣→設置圍堰→排水清淤→平整場地→基礎分層回填→檢測壓實度、含水量等→水準測量→平整場地→施工放樣→安裝涵管→檢測涵底縱坡→檢測涵管密封并噴涂防腐涂層→涵管就位→楔形回填及夯實→兩側分層回填→檢測壓實度、含水量等→管頂分層回填→檢測壓實度、含水量等→進出口處理。

（三）鋼波紋管涵洞的允許偏差

根據實踐經驗，一般情況下，鋼波紋管涵的允許偏差包括以下幾個方面。第一，長度偏差要保持在-50mm和+20mm之間；第二，內部直徑或者外部直徑的偏差要控制在設計值以上；第三，管壁的厚度要保持不小于3mm；第四，矢度要控制在2%以內。

五、鋼波紋管涵洞的效益分析

（一）經濟效益分析

第一，工程造價。因為建筑材料、人工費用、運輸距離的差異，大部分地區（特殊地區除外）使用鋼波紋管涵的工程造價比較低。以云南為例，使用鋼波紋管涵比鋼筋混凝土蓋板涵每米要節約2000元；以青藏公路為例，使用鋼波紋管涵后，平均每道的造價節省四萬元。目前，隨著鋼波紋管涵的工廠化生產和應用范圍的拓寬，造價將更進一步降低。

第二，施工工期。一般情況下，使用鋼波紋管涵進行施工，工期一般在三五天左右，相較于鋼筋混凝土工程來說節省了一個多月的工期。在含有凍土層的地區進行公路的修建和改建時，工期的縮短不僅可以降低工程造價，相對來說還可以延長施工季節，加快工程進度。

（二）社會效益

鋼波紋管涵的使用減少了石灰、砂石、水泥等材料的使用量，對環境保護具有重要的意義。同時還可以縮短工期，加快公路建設步伐，在公路的搶修、搶險、保通工程中具有顯著地社會效益。

結語：

鋼波紋管涵具有柔性好、強度高的特點，在公路建設中不僅可以提升公路的承載力和耐久性，防止因地基不均勻沉降對公路造成破壞，同時還可以在一定程度上節約成本，獲得一定的經濟效益和社會效益。在使用鋼波紋管涵洞的時候，要對其孔徑、管壁的厚度和細部構造進行合理的控制，要做好涵管的切割和組裝工作，在運輸的過程中保持平穩性，防止出現顛簸和傾斜，防止對涵管造成碰撞產生破壞；同時要控制好填土材料和施工工藝，將誤差控制在允許的范圍內。合理的使用鋼波紋管涵洞，不僅可以降低工程造價，縮短工程期限，帶來一定的經濟效益；同時還能減少水泥、石灰等物質的使用量，在一定程度上帶來社會效益。

參考文獻：

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