鋼波紋管涵洞在公路建設(shè)中應(yīng)用技術(shù)分析

梁晗宇

（江蘇平山交通設(shè)施有限公司）

在公路建設(shè)中，存在的最大影響因素是地基發(fā)生不均勻沉降。公路涵洞施工要保證質(zhì)量就要注重材料的使用和工程結(jié)構(gòu)的合理性。由于技術(shù)的進(jìn)步，公路施工多使用鋼波紋管涵洞，這類材料具有柔性、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，可以很好地適應(yīng)各類地基，具有抗基礎(chǔ)變形的能力，對于消除地基不均勻沉降引發(fā)的破壞問題具有效果。鋼波紋管涵洞由于存在軸向波紋，所以在軸向與徑向可以同時(shí)分散荷載。鋼波紋管結(jié)構(gòu)由于優(yōu)勢明顯，因此應(yīng)用前景廣闊。

1 鋼波紋管的特點(diǎn)

1.1 鋼波紋管涵的力學(xué)特點(diǎn)

鋼波紋管涵的突出特點(diǎn)體現(xiàn)在柔性，壁面進(jìn)行了波紋化處理，所以管壁方向的截面慣矩明顯增強(qiáng)，管的抗壓和穩(wěn)定性得以顯著提升。鋼波紋管涵在軸向的抗變形能力也很強(qiáng)，由于有伸展余地，方便應(yīng)用于多種施工區(qū)域。特別是地基基礎(chǔ)易發(fā)生變形的條件下還可以保持優(yōu)良的徑向和軸向特性，體現(xiàn)出分散荷載的優(yōu)勢，所以不權(quán)可以適應(yīng)于軟弱地基的施工，在施工中還可降低地基的處理標(biāo)準(zhǔn)。在不良地質(zhì)區(qū)域的施工，鋼波紋管結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢，如圖1所示。

圖1 鋼波紋管拼裝示意圖

1.2 鋼波紋管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼波紋管由于具有橫向波紋所以結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出撓性、薄壁的特點(diǎn)，在應(yīng)用中體現(xiàn)出彈性特性和密封特性，在外力的作用下，可以很好地適應(yīng)軸向、徑向、角向、側(cè)向的載荷作用，并且密封性能可以保證。鋼波紋管的性能特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)關(guān)，不同的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出不同的性能，結(jié)構(gòu)和波型有關(guān)，波型是指管子軸向的波紋形狀。鋼波紋管主要有U型、Ω型、C型、S型。為了保證波紋管承壓的效果，降低本體的剛度，還設(shè)計(jì)出多層波紋鋼管，另外還可以有加強(qiáng)環(huán)。鋼波紋管的結(jié)構(gòu)不同所以力學(xué)性能存在差異，應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。管道連接只需要保證軸向受壓可靠。而作為涵洞使用，要考慮到環(huán)向受壓的影響。鋼波紋管應(yīng)用于涵洞，截面有圓形、拱形以及橢圓形。在進(jìn)出口部位可以依據(jù)需要做成斜口。小孔徑涵管多設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，大孔徑涵管為了保證施工方便采用了多片拼裝，此外還有采用螺栓、鉚接、焊接等聯(lián)接形式。管子的壁厚為5～8mm，可以保證填土厚度0.3～80cm。相關(guān)研究表明，回填土如果厚度超過了80cm，波紋鋼管本體只能承擔(dān)70%的載荷，而巖土可以承擔(dān)30%的載荷。因此波紋鋼管與周圍巖土共同作用為復(fù)合結(jié)構(gòu)來承壓。鋼波紋管涵的材質(zhì)多為Q235鋼材，為了防止發(fā)生腐蝕，壁表面鍍鋅后涂瀝青，管節(jié)采用螺栓聯(lián)接，中間夾密封膠墊。波形有環(huán)形和螺旋兩種。

2 公路施工應(yīng)用鋼波紋管涵洞的優(yōu)勢

2.1 適應(yīng)性能好

在公路建設(shè)中，鋼波紋管可以適用于多種特殊的地基，如地基本身的承載力不足，易發(fā)生較大的沉降，易發(fā)生變形。鋼波紋管由于具有特殊的結(jié)構(gòu)，所以既體現(xiàn)出良好的剛性又具有良好的柔性，管子整體的受力較合理。在放入地下土層后，土體與波形管的共同作用可以承受外部荷載的變化。鋼波紋管涵由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，不同于鋼筋混凝土澆筑的管涵，所以可以更好地適應(yīng)地形的變化。在土壤中，存在著分布不規(guī)劃的電流和一些微量的化學(xué)物質(zhì)，這些條件會(huì)給管材帶來一定的腐蝕作用。鋼波紋管具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，相對來說，這類腐蝕的影響較輕。鋼波紋管具有良好的綜合使用性能，所以將鋼波紋管用于公路工程時(shí)不需要防腐處理。鋼波紋管可以長久使用，一般情況下，它的使用壽命可以超過50年。

2.2 施工操作簡單

在公路施工中，采用鋼波紋管涵洞可以降低工程造價(jià)，和同類的橋、涵洞混凝土工程相比，更有優(yōu)勢。采用鋼波紋管涵洞還可以降低施工工期，施工中最為關(guān)鍵的技術(shù)是進(jìn)行拼裝，所以工程質(zhì)量控制的因素較少。在公路建設(shè)中，采用鋼波紋管涵洞可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和施工，可以延長涵洞的使用壽周期。從構(gòu)造方面來說，鋼波紋管涵的施工和鋼筋混凝土澆筑的拱涵、蓋板涵相比，其施工采用了波紋板相互搭接的方式，借助密封膠和高強(qiáng)螺栓就可以完成安裝。在公路施工中，可以依據(jù)施工區(qū)域的特點(diǎn)定制特殊形式的鋼波紋管涵。以施工中更加方便快速，有利于保證施工效果。但是為了保證管涵的安全使用，要保證工藝流程的科學(xué)合理，管涵選型要保證可靠性。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到管涵的強(qiáng)度，如果不能正確分析管涵的受力情況，設(shè)計(jì)強(qiáng)度存在偏差時(shí)，管涵的選用會(huì)不能滿足通行的要求，在使用中也容易發(fā)生質(zhì)量問題。

2.3 可以應(yīng)用于不同的地區(qū)

鋼波紋管涵洞的優(yōu)勢體現(xiàn)在抗沉降與抗變形，所以可以適用于地基承載效果不好的區(qū)域，如軟土、濕陷性黃土等，還可以應(yīng)用于地質(zhì)條件多變的地區(qū)，如四川、貴州等地。還可以應(yīng)用于高寒地區(qū)。我國的東北、西北等地區(qū)的冬季氣溫較低，易發(fā)生冰凍問題。冰凍問題的存在會(huì)影響鋼筋混凝土的耐久性。鋼波紋管涵在低溫條件下的質(zhì)量穩(wěn)定，耐久性和穩(wěn)定性突出，這有利于降價(jià)施工的成本，方便后期的維護(hù)。

2.4 保護(hù)環(huán)境

鋼波紋管涵施工不同于蓋板涵或拱涵，由于施工材料的變化更加有利于環(huán)保，蓋板涵或拱涵主要采用了混凝土和石料，而鋼波紋管涵施工不需要上述材料，因此由于材料的改變可以降低施工對于環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，有方便后期的管理維護(hù)。

3 鋼波紋管涵在公路工程施工中的應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)施工要點(diǎn)

管施工前，要確定管路的準(zhǔn)確位置，然后再根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成按定樁懷放線，一般的樁位距離是30m。在路面放線時(shí)可以采用白灰撒雙道線的方式，這樣可以保證管位在開挖時(shí)位置不會(huì)發(fā)生偏移。在瀝青路面進(jìn)行施工時(shí)，要用切割機(jī)對路面切割成雙線，可以使用用風(fēng)爆機(jī)去除路面上的瀝青。由城于市道路下方的隱蔽工程及地下的管網(wǎng)分布較多，所以在實(shí)施土方工程時(shí)不能使用機(jī)械開挖。采用人工開挖管溝時(shí)，要以上口寬度和深度進(jìn)行計(jì)算開挖量。對于管溝邊坡的系數(shù)要土壤的不同類別及物理力學(xué)特性來計(jì)算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，如果管溝的深度小于3m時(shí)，邊坡的系數(shù)是0.33；當(dāng)管溝的深度大于或等于3m時(shí)，邊坡系數(shù)是0.5。在施工中，開挖后土方不能直接推在管溝溝壁的兩側(cè)，以防塌方現(xiàn)象的發(fā)生，土堆距離溝邊要大于厘米，如果是在南方多雨地區(qū)施工，還要做溝邊的支撐，并需要有排水措施，要對相鄰管線進(jìn)行保護(hù)。形成的溝槽底部要應(yīng)平整牢固。在溝底的廢舊物品、石塊以及垃圾等物品，必須清除干凈。在溝底要敷一層厚度大于1cm的砂土，并夯實(shí)平整。鋪設(shè)后，在對管溝進(jìn)行回填時(shí)，先要用細(xì)砂填至管頂，然后再用分層回填的方式進(jìn)行，要邊回填邊夯實(shí)，可以在距管路不遠(yuǎn)處設(shè)一條警示帶，以保護(hù)管道在日后的運(yùn)行中不受到人為的損壞。

3.2 公路建設(shè)鋼波紋管涵洞的施工特點(diǎn)

在公路建設(shè)中，采用鋼波紋管涵洞體現(xiàn)出如下特點(diǎn)：首先是公路施工的工藝流程比較特殊，在施工前要進(jìn)行放樣、圍堰、排水、清淤、平整等工序。在施工中要控制壓實(shí)度和含水量，還要測量水準(zhǔn)。在施工中對于基礎(chǔ)要分層回填，壓實(shí)度和含水量達(dá)到要求后完成拼裝管節(jié)，還要檢測密水與管底的縱坡情況，防腐涂層如果發(fā)生損壞要補(bǔ)救。施工中最為關(guān)鍵的內(nèi)容是要保證涵管的就位，涵管兩側(cè)要采用分層回填的方式。

涵管施工的拼裝流程如下：先要檢查涵管管節(jié)的完整性，然后吊裝涵管運(yùn)到施工區(qū)域，涵管的進(jìn)出口要拼裝前要進(jìn)行校對，法蘭盤和螺絲孔要對齊，安裝螺栓和螺母，密水墊要填充效果，螺栓擰緊要受力均勻。涵管內(nèi)外壁瀝青要涂均勻。涵管拼裝完成后要進(jìn)行檢測。

在施工中管節(jié)全部安裝后，要針波紋管涵與舊涵連接處的端部空隙加以封端處理，還要在涵底部，高程大的一端進(jìn)行處理，預(yù)留送口與排氣孔，如果由于地形限的影響可以結(jié)合實(shí)際加以預(yù)留。在封端施工后要靜置48h后完成后續(xù)的施工。以保證封口處達(dá)到一定的強(qiáng)度。

上述完成后要進(jìn)行注漿處理。主要有三個(gè)工序：①泵送混凝土，直至全部完成泵后，然后插入鋼花管，對泵送口進(jìn)行封堵，然后預(yù)留注漿口及排氣口。②借助鋼花管完成砂漿，壓力通常設(shè)置在0.6～0.8MPa，壓漿要保證排氣孔有漿液濃度排出并和入口高度一致。③觀察注漿效果，如果存在縫隙或氣泡，還要采用壓力注漿的方式。最后完成封閉，需要保持5min以上，還要保證壓力高于0.6MPa以上。

由于波紋管涵采用的材料全部是金屬，對于管節(jié)和各部螺栓均要實(shí)施防腐處理。為了消除在運(yùn)輸和吊裝中對防腐表層產(chǎn)生的破壞，在管節(jié)運(yùn)到施工現(xiàn)場后，再進(jìn)行防腐噴涂。當(dāng)前主要的施工方法是用熱瀝青在管的內(nèi)外側(cè)噴涂。

在施工完成后，要加固鋼波紋管涵，端部與新建混涵之間，要應(yīng)用細(xì)石混凝土完成加固，還要唯排水效果。在施工完畢后投入使用后，要定期對鋼波紋管涵的使用情況進(jìn)行檢查，重點(diǎn)要檢查鋼波紋管的變形情況和表銹蝕情況，要定期進(jìn)行防腐保養(yǎng)。

4 結(jié)束語

在公路建設(shè)中，鋼波紋管涵洞由于在結(jié)構(gòu)和性能方面具有的特殊優(yōu)勢所以可以應(yīng)用于多種不良地基條件。由于鋼波紋管涵洞可以適應(yīng)多種基地，體現(xiàn)出消除基礎(chǔ)變形的能力。因此可以解決由于沉降發(fā)生不均勻產(chǎn)生的破壞的問題。在鋼波紋管涵洞的應(yīng)用中，要注意發(fā)揮其柔性和強(qiáng)度方面的特點(diǎn)，施工中要依據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，保證施工質(zhì)量可靠。