西南地區公路鋼波紋管涵前景淺析

(云南省交通規劃設計研究院 云南 昆明 650011)

引言

鋼波紋管涵洞在工程上又叫做鋼制波紋涵管、鋼波紋板通道，是一種金屬制空間薄殼鋼結構。因其金屬材料性質及結構特性而具備有良好的抗拉壓、抗剪能力，作為一種優良的工程材料受到公路工程建設的青睞，近幾年逐漸取代傳統涵洞結構被越來越多的地區所選用。而鋼波紋管涵洞在我國滇西南地區尚未得到普及和廣泛的應用，大多數公路建設項目依舊使用傳統的蓋板涵，從結構特性、設計以及施工幾個方面比較分析其優缺點，將對鋼波紋管涵洞的推廣和應用起到參考作用。

一、結構特性方面

(一)鋼波紋管涵洞結構優勢

鋼波紋管管體自重相對較輕，結構斷面整體閉合，且斷面較小，管壁金屬板上的波型紋路對分散各方向荷載所造成的應力應變有明顯的效果。以上特性使得其結構受力條件要優于傳統蓋板涵，傳統蓋板涵經常由于不均勻的基礎沉降導致出現裂縫，鋼波紋管涵這種柔性結構則對基礎變形具有更好的適應能力。

(二)鋼波紋管涵洞結構劣勢

鋼波紋管涵洞其斷面主要為圓形，設計流量過大時可考慮采用拱形，高填土路基地段也會使用橢圓形(一般為豎向為長軸)。可見其斷面形狀相對單一，使用功能受到一定的限制，如需作為機耕通道使用時需在管內鋪設水平墊層，且圓形斷面本身同等孔徑下凈空、凈寬就不如蓋板涵。

二、設計施工方面

(一)鋼波紋管涵洞的設計

由于無論是鋼波紋管涵還是蓋板涵，其荷載都由恒載和活載組成，其中恒載主要以受填土高度影響的土壓力為主，而活載則主要為車輛行駛產生，因此針對涵洞結構進行力學計算以確定尺寸對鋼波紋管涵和蓋板涵同樣重要。不同之處在于，鋼波紋管涵設計中可以根據考慮到日后使用過程中可能出現的下沉，設置一定的預拱度，結合高填土路基和土質地基的具體情況設計，避免將來使用中出現的管體凹陷。相比之下蓋板涵則不會做預留拱度而是采取地基處理的方式，考慮到其將來長期使用的結構變形，蓋板涵的安全設計長度也將不如鋼波紋管涵。

(二)鋼波紋管涵洞的施工

鋼波紋管涵施工時應避免直接施做在剛性基礎如巖石、混凝土上，防止管身的柔性遭到破壞，承載能力降低，嚴重的在長期使用過程中甚至會導致結構的變形破壞。而西南地區的公路工程建設面臨山體眾多、蜿蜒陡峭且地勘狀況復雜的情況，有很大一部分涵洞需要設置在挖方路基段落，這使得地基普遍有巖石地基、風化層存在，不利于做鋼波紋管涵基礎。

涵洞設計施工其重點也是難點在于進出水口的處理，在涵身施做完成后如何順接原水系確保排水通暢、或是作為通道銜接道路保證通行是必須要考慮周全的。西南山區地形復雜，橋隧比高，平壩填方路基較我國中部平原地區少，這也給涵洞設施進出口的處理增加了難度。鋼波紋管涵洞口一般采用端墻封土的形式，而在鋼波紋管涵施工現場曾有發現，施工方在管體頂部回填未完成時，就已將波紋管涵兩側洞口的端墻砌筑完成了，這往往容易導致填土完畢后端墻與管身出現裂縫。因為波紋管涵管身在回填中會產生管壁的變形，等到回填結束變形才趨于穩定停止，而端墻則不會在回填過程中變形，就導致了金屬管體與端墻的銜接出現縫隙。為防止端墻裂縫，一般可采取基礎做好后，兩側洞口端墻砌筑高度與管身基礎頂面標高一致時就開始進行管身的拼接，在管體拼裝完成后先波紋管的填土填至路頂面標高待管身變形穩定后再砌筑端墻。如果是蓋板涵施工，由于其涵身為澆筑的混凝土或片石混凝土等剛性材料，受填土影響的變形微乎其微，在與洞口端墻、路肩擋墻等銜接施工就可以同時砌筑，相較于鋼波紋管涵方便很多。

三、結語

鋼波紋管涵洞相比傳統鋼筋混凝土蓋板涵相比除了受力方面的優點外，還有規格統一、生產集中便于進行質量控制，施工時現場拼裝操作方便、周期短等優點。但在實際應用中，一個工程項目往往更愿意使用統一一種規格的涵洞構造物以節約成本，簡化設計施工，而在以山地為主的西南地區，鋼波紋管涵洞的泛用性就不如蓋板涵。在無法大規模普及應用的狀況下，難以實現量產化導致其總工程造價未必低于蓋板涵，加上需不同的施工工藝和設計標準等因素，使得鋼波紋管涵在西南地區的公路工程建設項目中未必能在短期內得到推廣應用。

【參考文獻】

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