公路工程用鋼波紋圓管涵構造與施工要點

劉世龍

摘要：鋼波紋管涵因其具有重量輕，運輸與安裝便捷;承載能力高，對基礎不均勻沉降變形適應能力強等優點，在公路工程中廣泛應用。鋼波紋管涵有圓形、拱形、U型、馬蹄形等多種結構形式，在實際工程中圓形最多。該文介紹了公路工程用鋼波紋圓管涵管身構造、洞口構造、耐久性設計等要點，以及基礎處理、管側管頂回填等施工要點，可供同行參考。

關鍵詞：鋼波紋管涵;波紋管構造;波紋管安裝

1 前言

鋼波紋管涵是采用波形鋼板制成整管分片拼裝而成的一種涵洞形式。相較于傳統的混凝土涵洞，鋼波紋管涵具有諸多優點：

（1）重量輕，運輸與安裝便捷;

（2）施工周期短，有利于道路快速貫通;

（3）柔性結構，對地基承載能力要求低，對基礎不均勻沉降變形適應能力強。

（4）易維護，全壽命周期經濟效益好[1]。

經過多年的發展和推廣，鋼波紋管在公路工程中的應用日益廣泛，并發展出了圓形、拱形、U型、馬蹄形等多種結構形式[2]，不僅應用在涵洞工程中，也應用在舊橋加固、隧道加固等項目中。鋼波紋圓管涵是上述諸多形式中應用最為廣泛的一種。

2 鋼波紋圓管涵構造要點

2.1 鋼波紋圓管涵管身構造形式

鋼波紋圓鋼管為柔性結構，為方便運輸，一般拆分后運輸至現場再組裝。根據不同的拆分與組裝方式，可分為整管對接式、半圓對裝式、多片拼裝式三種，其各自的構造要點如下：

（1）整管對接式：一般適用于孔徑不大于1.5m的波紋鋼管，否則不方便運輸與吊裝。整管對接式一般管節長度為3m，也可根據運輸和施工條件進行調整。管節兩端在工廠焊接角鋼法蘭盤，管節之間在施工現場采用高強螺栓連接。連接時兩端端面的法蘭對合，法蘭間加一層8mm×8mm石棉盤根密封墊，依靠螺栓的緊鎖力來壓緊密封墊實現連接密封要求。

（2）半圓對裝式：為方便運輸，將波紋鋼管環形劃分為2塊板件，即兩個半圓。在施工現場將板件按順序進行搭接，并采用高強螺栓連接。高強螺栓擰緊后，在鋼板連接處和螺栓孔處采用耐候密封膠密封。

（3）多片拼裝式：適用孔徑為超過2m的大孔徑鋼波紋管。為方便運輸，將波紋鋼管環形劃分為多塊板件。在施工現場將板件按順序進行搭接，并采用高強螺栓連接，不得焊接。與半圓對裝式相同，在拼接處采用耐候密封膠密封。

2.2 鋼波紋圓管涵洞口構造形式

本圖的鋼波紋管涵洞口形式有八字墻式、豎井式、跌水井式、平頭式、直管延長式等。其中八字墻式、豎井式、跌水井式與混凝土涵洞構造基本一致，這里對鋼波紋管特有的平頭式和直管延長式進行介紹：

（1）平頭式：需要制作特殊的洞口管節，即在工廠制作與路基邊坡呈相同坡率的開口斜切的波紋管節。適用于水流通過涵洞擠束不大和流速較小的情況。涵管兩側一定范圍內采用漿砌片石護坡，預防水流沖刷危害路基。

（2）直管延長式：即采用直管（孔徑大、河溝寬）或將涵管適當延長伸出路基邊坡以外（孔徑小，河溝狹窄）。涵管兩側一定范圍內采用漿砌片石護坡，預防水流沖刷危害路基。這種洞口形式構造最為簡單，缺點是景觀性不足，在等級公路中一般不采用，推薦在施工便道等臨時工程中應用。

2.3鋼波紋圓管涵耐久性設計

鋼波紋管管材和連接件在出廠前均需進行防腐處理。目前常用的防腐手段是熱浸鍍鋅[3]，在強腐蝕環境下，鍍鋅單面附著量不小于600g/m2，在中等腐蝕和弱腐蝕環境下不小于300g/m2。隨著防腐工藝的創新和發展，也有納米復合粉末滲鋅、高分子聚合物防腐涂層等新型工藝。

為防止沖刷對防腐層的磨耗，還可在波紋鋼管內壁噴涂環氧樹脂砂漿。

3 鋼波紋圓管涵施工要點

鋼波紋圓管涵一般施工順序為：施工放樣→基坑開挖→基礎處理→管身安裝→洞口鋪砌→涵背回填→涵頂路基填筑→護坡防護。其中基礎處理與回填與混凝土涵洞結構有較大差異，下面對其進行介紹。

3.1 鋼波紋圓管涵基礎處理

由于鋼波紋圓管涵為金屬柔性結構，其適應變形能力強，所以對基礎材料要求不高。不同地質條件下的基底處理方法如下：

（1）優質地基：礫石、卵石、粗砂、中砂和碎石土地基基底可不做處理。

（2）一般地基：地基為粘土、輕亞粘土、亞粘土及破碎巖層時，應換填一定厚度的砂礫石作為基礎。

（3）巖石地基：由于過于剛性的支撐不但會降低管壁本身所具有的良好彈性，而且還會減小涵洞的承載能力，所以波紋鋼管不得直接置于巖石地基上或者混凝土基座上，應超挖一定厚度并換填砂礫石作為基礎。

（4）軟土地基：先進行軟基處理，然后再開挖基礎，基底采用砂礫石材料換填，厚度為0.3～0.5倍管徑，且不小于0.5m。

（5）需要進行基底換填時，基礎材料應采用具有一定級配的天然砂礫石，最大粒徑不超過50mm，0.074mm以下粉黏粒含量不得超過3%。若當地砂礫石材料缺乏時，也可采用換填碎石、礫石或河砂及碎石土，但填料應滿足最大粒徑要求（不大于50mm）和抗凍脹要求。

（6）無論何種地質條件，均應采用級配良好的粗砂在基礎表面設置一層10cm厚的均勻墊層，最大粒徑不超過12mm。

（8）預留拱度要求：埋設于一般土質地基上的鋼波紋管，經過一段時間后，常會產生一定的下沉，而且往往是管道中部大于兩端。因此，鋪設于路堤下的波紋管的管身要設置預留拱度。其大小根據地基土可能出現的下沉量，涵底縱坡和填土高度等因素綜合考慮。在施工涵洞基礎時設置預留拱度，通常可為管長的0.3%～1%，以確保管道中部不出現凹陷。

3.2 鋼波紋圓管涵安裝與回填要點

（1）波紋鋼管兩側及頂部回填材料與換填的基礎材料相同。寒冷地區兩側及頂部回填材料還應滿足抗凍性要求。

（2）楔形部回填是鋼波紋管施工的關鍵，應人工夯實。

（3）管頂填土前，對直徑1.25m及以上的鋼波紋管涵在管內設置一排豎向臨時支撐;直徑大于2.0m的，在管內設置豎向和橫向十字臨時支撐，防止其在填土過程中產生變形。管內臨時支撐應在填土不再下沉后方可拆除。

（4）涵管兩側部位回填：填土之前，可在波紋管涵兩側面用紅油漆按每15cm高度作出填高標示，填筑時按標注線控制，50cm范圍內采用小型夯實機械夯實，以避免大型機械設備對管涵的撞擊。

靠近管體周圍0.5米范圍內，不允許有大于50mm的石塊等硬物。填筑時應分層填筑，分層壓實，每層壓實厚度為15cm，壓實度達到要求后方可進行下一層填筑。填筑必須在涵管兩側對稱同步進行，兩側的回填土高差不得大于15cm。對多孔平行排列的管涵，管節也應遵循同步對稱回填的原則。

（5）涵管頂部回填：涵管上方當回填厚度小于60cm時采用手扶振動壓路機或采用小于6t的靜碾壓路機壓實。涵管頂部填土小于最小填土高度時，嚴禁一切重型車輛通行。

（6）對有端部擋墻的涵洞，從涵洞兩端向結構的中心回填：對沒有端部擋墻的涵洞，從涵洞的中心向兩端回填。

4 結語

鋼波紋圓管涵具有重量輕，運輸與安裝便捷;承載能力高，對基礎不均勻沉降變形適應能力強等優點，其構造和施工要點如下：

（1）鋼波紋圓管根據孔徑、運輸和安裝條件不同可分為整管對接式、半圓對裝式、多片拼裝式。

（2）鋼波紋圓管除可采用常規涵洞洞口形式，還可以采用平頭式或直管延長式，但應充分考慮洞口的防沖刷防護。

（3）鋼波紋圓管對各種地基適用能力均較強，但不能直接置于巖石地基上。

（4）鋼波紋圓管應特別注意楔形部回填，管側回填應對稱施工。管頂填土厚度小于最低填土厚度時禁止車輛通行。

參考文獻：

[1] 王軍剛，劉強 鋼波紋管涵在山區高速公路中的應用[J] 中外公路 2009（4）

[2] 冷彎波紋鋼管（GB-T 34567-2017）

[3] 公路涵洞設計規范 （JTGT 3365-02—2020）