關于山區公路采用鋼波紋管涵施工的應用研究

門雪峰/中交一公局海威工程建設有限公司

關于山區公路采用鋼波紋管涵施工的應用研究

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鋼波紋管涵洞是一種帶軸向波紋的圓柱形薄壁彈性殼體結構，具有良好的抗拉、抗剪和抗疲勞能力，由于軸向波紋的存在，荷載的應力集中可以分散更大，并且通過管－土共同作用體系，可以將涵管頂部的土壓力更加有效的分散到管身周圍的土體當中，這在山區公路尤其是高填方地段效果尤為明顯。本文結合某公路中鋼波紋管涵工程實例，從施工的主要環節介紹了山區大直徑鋼波紋管涵的施工工藝及施工技術，并說明了鋼波紋管涵的優越性。

山區公路；鋼波紋管涵；施工應用

前言

近年來，鋼波紋鋼管涵在公路領域又重新得到重視和應用，并且其應用前景將愈來愈寬廣，但是關于其受力特征、防腐性能及設計方法和施工控制技術方面的系統研究尚未開展。我國在關于大孔徑公路鋼波紋管涵洞應用方面已開展了部分研究工作，并初步研究大孔徑波紋管涵洞的受力特征。

一、鋼波紋管涵簡介

金屬波紋管涵作為一種涵洞形式，是由波紋狀管或由波紋狀板通過連接、拼裝而成的。能夠替代蓋板涵、圓管涵、拱涵和小橋發揮作用，是一種新型的優質公路建材。造成公路涵洞破壞的原因有很多種，不均勻沉降是一個重要原因。金屬波紋涵管有橢圓形、圓形、半圓形等，進出口也可按照邊坡比例做成斜口，加工波紋管管徑范圍0.5～8m，管壁厚度為3～8mm，能夠滿足填±0.5m～40m厚的需要。由于鋼波紋管涵具有很多的優勢，比如施工工期短、工程造價低、安裝方便、抗變形能力強、重量輕、耐久性好、通車后養護成本低等，所以采用高強度的鋼波紋管涵洞，不僅可以有效解決由于地基基礎不均勻沉降導致的涵洞破壞問題，還能夠使金屬波紋管涵洞具有優良的受力特征，軸向和徑向同時分散、補償因荷載引起的應力應變，把集中在荷載上的應力最大限度的分散開，使鋼結構的作用充分的發揮出來，特別是在濕陷性黃土高寒凍土、軟土、膨脹土等地帶，具有良好的經濟效益。

二、鋼波紋管涵工程概況及施工方案

某公路中貴州某二級路改擴建k11+707鋼波紋管涵洞的位置屬于構造剝蝕低山-丘陵區，涵洞處在沖溝內，其主要用于山區雨季排水，原地面路基橫向高差近10m，該處路基采用半填半挖方式，右側基底為強化風化麻巖，左側為梯田，地質變化較大?？紤]到此處地質地形的復雜性，采用鋼波紋管涵洞，管涵涵長為62m，涵洞軸線與路中線夾角為65°，涵洞中心填土高度為8.59m，管涵直徑為5m。涵洞采用1.2m的級配碎石石作為基礎墊層，臺背回填采用當地河砂，分層對稱夯實，相對密度達到95%。貴州某二級路改擴建k11+707鋼波紋管涵洞工程現場該涵洞工程采用人工配合機械進行坑槽開挖，基底換填處理采用水泥穩定級配碎石墊層，管片采用環向拼裝與縱向拼裝相結合的拼裝方法，管節之間采用高強螺栓緊固，接縫處采用密封膠密封，鋼波紋管采用涂刷熱瀝青防水層和C25細石混凝土的防腐措施，涵背回填通過人工配合機械進行壓實。其中，施工關鍵技術在于涵洞基礎換填施工技術、波紋管涵背回填施工技術和鋼波紋管端頭施工技術。

三、鋼波紋管涵施工工藝

鋼波紋管涵洞施工工序主要包括施工放樣、坑槽開挖、地基承載力檢測、地基處理、管節安裝、檢查管涵底縱坡、管涵內及兩端布置交叉支撐、管身楔形部位及涵背回填、管涵頂鋪設土工格柵、波紋管涵頂回填、檢測壓實度、洞口鋪砌及端頭處理等?；趪鴥鹊匿摬y管涵現有施工技術相關成果，結合貴州某二級路改擴建k11+707鋼波紋管涵工程施工經驗，提出鋼波紋管涵合理的施工工藝。

1.基坑開挖。

在進行基坑開挖作業的過程中，為了實現作業質量以及效率的提高，一般采用人工配合挖掘機的方法進行相關作業。此外，在作業過程中，為了確保作業安全，避免坑壁坍塌而引起的安全事故，需要作業人員將基坑挖掘過程中產生的棄土堆放在距離基坑1 m以外的地區或者直接裝車運走。

在實際的開挖作業過程中，根據基坑開挖深度及長度選擇合理的開挖方式。如為新建涵洞且不受行車影響的，可一次性開挖完畢，開挖時一般采用汽車配合挖掘機進行作業，直到挖掘至設計標高，局部挖不到及松散部分再采用人工挖掘。如為新建或者接長涵洞且受行車影響的，可采取半幅施工半幅通行方式開挖，開挖時一般采用汽車配合挖掘機進行作業，直到挖掘至設計標高，局部挖不到及松散部分再采用人工挖掘。挖掘時要注意保通及行車安全。

2.測量放樣。

為了確保鋼波紋管涵施工的效率以及質量。在實際施工之前，需要測量人員進行測量放樣作業。在這一過程中，一方面需要技術人員對鋼波紋管涵的中心以及縱橫軸線進行確定，另一方面還需要做好護樁措施，提高工程建設的質量。再者就是在進行放坡作業環節過程中，需要按照1：1的比例進行相關的作業操作。

3.基礎墊層施工。

在進行基礎墊層施工作業的過程中，需要相關的作業人員按照設計圖紙進行。在這一過程中，需要作業人員對施工場地進行平整以及整理，同時將所需的建筑材料運到施工現場，從而方便施工，提高施工效率。在實際作業的過程中，需要施工技術人員借助壓路機對基底進行碾壓。

采用SPSS 25.0軟件分析數據,計量資料采用均數±標準差表示,組間比較采用t檢驗。計數資料采用X2檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

此外，施工人員在進行級配碎石分層換填的過程中，需要確保厚度達到20 cm，而壓實度則要大于96%。

4.管身安裝。

在進行管身安裝的過程中，需要作業人員按照下述的五大步驟進行作業。

一是是在實際作業之前，需要相關人員確定鋼波紋管涵的軸線以及進、出水口的位置，并在實際作業的過程中嚴格按照設計圖紙的相關要求進行。

二是在安裝的過程中一般采取縱向連接的方式進行安裝，并在安裝的過程中對管節的圓度以及位置進行校正作業。

三是在實際的管身安裝作業過程中，若管節出現了不同程度的偏差，需要施工人員借助千斤頂對管節進行糾偏，不僅如此，在實際的安裝過程中，還需要確保管涵貼著級配碎石墊層進行鋪設，繼而以此實現管身受力的均勻，提高工程建設的質量。

四是在管涵安裝完畢之后，需要施工人員確保施工環節是否符合設計圖紙的相關要求，并對管身的拼縫處進行密封操作，防止管道泄漏。

五是在實際的作業過程中，為了增強管涵的防腐性，需要相關的作業人員在管壁外側涂抹上瀝青和石油的拌合物。

5.鋼波紋管涵背回填技術。

⑴臺背回填時應分層填筑、壓實，壓實后每層的厚度為20cm，且相對密實度必須達到95%才可以填筑下一層。涵管兩側要求同步對稱填筑，兩側回填土的高差不超過30cm。

⑵學者試驗研究和工程實踐證明，鋼波紋管涵周邊土體產生應力最大的地方在管涵兩側斜上和斜下部位，因此，鋼波紋管涵兩側和楔形部位的回填要特別注意，避免因填土不密實或局部存在大石塊直接作用于管體出現的局部變形較大或局部凸起現象，提前消除安全隱患。

⑶在管涵底部楔形位置和兩側回填土時，需要通過水密法、人工振搗和機械壓實配合使用的方式進行密實；在管涵頂部填土時，應在鋼波紋管內部采用槽鋼和方木布置交叉支撐，然后在整個涵洞頂面鋪設土工格柵，從而保證涵洞填土壓力均勻。

6.鋼波紋管端頭施工技術。

⑴鋼波紋管涵端頭位置的構筑物應在管體回填完成后進行，否則構筑物墻體易開裂。管涵洞口一般采用端墻形式或與路基邊坡同坡率的斜口形式，且要求錯縫砌筑，不能出現豎縫和通縫。

⑵鋼波紋管端頭位置承受豎向變形的能力較為薄弱，在澆筑臺帽及洞口附屬工程混凝土前，需要對管涵端頭進行支撐穩固處理，待混凝土強度達到75%以上后再拆除支撐桿件。

⑶根據管涵位置地形、地質及流水狀況，在管涵端頭施工中，應在涵洞進口處做好截水墻和洞口鋪砌，鋪砌的混凝土必須與端頭波紋管壁銜接密實，防止流水滲入管涵底部。

7.鋼波紋管防腐處理技術。

⑴鋼波紋管涵施工、回填土前，必須采取相關的防腐措施，要在管壁內外側涂刷兩道熱瀝青或是乳化瀝青防水層，等到瀝青涂料風干后方可進行回填。涂刷效果以管壁內外被均勻地涂成了黑管即可，涂層應均勻光滑，無可見空隙、脫皮等缺陷。

⑵多雨山區地表水流湍急，降雨沖刷嚴重，對于腐蝕及沖刷較嚴重的管涵，除在管壁內外涂刷兩道熱瀝青防水層外，在管內外壁涂抹一層C25細石混凝土，能加強管涵受水流沖刷的能力。

四、結語

(1)鋼波紋管涵洞拼裝時應嚴格進行防水處理，采用防水帶并涂抹防水膠，地基處理采用換填級配碎石，施工時應避免出現管涵的整體沉降。楔形部位回填時，當采用沙礫回填，需人工振搗，且沙礫密實穩定后，方可進行側面回填，以免由于回填不實而引起管涵變形。(2)鋼波紋管涵洞由于其柔性結構，對地基要求低，施工完成后與周圍土體形成拱體結構共同承受荷載的特點，解決了混凝土涵洞所產生的不均勻沉降及橋(涵)頭跳車難題。(3)鋼波紋管涵洞的應用，節約了大量的石材、水泥，同時大幅度縮短了建設工期，避免了混凝土施工及后期拆除對環境造成的破壞，可回收利用率高，減少了養護成本，有利于消除我國鋼結構產能過剩，具有顯著的經濟和社會效益。

[1]李祝龍.公路鋼波紋管涵洞設計與施工技術研究［D］.西安:長安大學，2006．

[2]納啟財，胡濱，梁養輝，李祝龍.多年凍土區鋼波紋管涵洞應變測試及效益分析［J］.筑路機械與施工機械化，2015，32(9):46－50.

[3]李祝龍，姜濤，謝嘵如，俞文生．高填方路基鋼波紋管涵洞土拱效應分析［J］．公路工程，2016 41(1):193－197