鋼波紋管涵與鋼筋混凝土涵洞應(yīng)用研究

李 卿

(中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西晉中 030600)

1 工程概況

本項(xiàng)目是山西省高速公路規(guī)劃網(wǎng)“3縱12橫12環(huán)”中西縱主干線的重要組成部分，起點(diǎn)位于右玉縣高墻礦村，以樞紐形式連接已通車的大呼高速，終點(diǎn)位于平魯縣店梁村平魯樞紐，與山平高速公路、朔州西南環(huán)高速公路相接，線路總長(zhǎng)64.171 km，雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度26 m。第SG4標(biāo)段位于平魯縣境內(nèi)，線路全長(zhǎng)17.922 km，起訖里程為K49+900～K68+238，屬于黃土緩丘區(qū)，表現(xiàn)為黃土緩坡、黃土梁峁、黃土沖溝，地面由于受到強(qiáng)烈侵蝕，地形破碎，沖溝發(fā)育，切割深度20 m～80 m，地下水位埋深大。

為滿足沿線排洪和當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)、生活的要求，本合同段共設(shè)置涵道23道，其中鋼筋混凝土拱涵8道，1-2 m鋼筋混凝土蓋板涵12道，1-3 m鋼筋混凝土蓋板涵3道。

2 方案對(duì)比

以K58+984涵洞為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)斷面來(lái)看，該地段為V字形沖溝，溝兩側(cè)為黃土，岸壁直立，溝底基本無(wú)水，水源來(lái)源主要為雨季下雨周邊匯集的雨水，溝底土質(zhì)為0.5 m～1.0 m淤泥層，以下為砂礫層。本次設(shè)計(jì)主要以填方路基形式穿過(guò)，為了滿足排洪要求和結(jié)合過(guò)水量不大，設(shè)置了1-2 m鋼筋混凝土蓋板涵滿足排水需要。本標(biāo)段是典型的山區(qū)公路，周邊場(chǎng)地狹窄，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)場(chǎng)，存在施工難度大等困難，經(jīng)過(guò)查詢類似工程設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，因鋼波紋管可工廠集中化生產(chǎn)，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單的拼接就位即可，從經(jīng)濟(jì)適用方面綜合比較后擬采用直徑2 m、管壁厚4 mm的鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土蓋板涵。

3 鋼波紋管涵的特點(diǎn)

3.1 鋼波紋管涵的優(yōu)點(diǎn)

1)重量輕，強(qiáng)度高。

如2 m的管涵，根據(jù)不同的波距、波高和壁厚，若采用壁厚4 mm的波紋管涵，每米重量約為197 kg，同規(guī)格的鋼筋混凝土圓管涵(壁厚10 cm)質(zhì)量為1 715 kg，鋼波紋管涵質(zhì)量?jī)H為混凝土管涵的11%，同樣鋼波紋管涵的強(qiáng)度也要高于混凝土管涵的強(qiáng)度。

2)壽命長(zhǎng)，耐久性好。

查閱相關(guān)資料，采用熱鍍鋅防腐處理的鋼波紋管的使用壽命約為100年，過(guò)程中不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以目前我國(guó)的工程使用周期，這樣的使用壽命可以滿足現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范的要求。

3)工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

鋼波紋管涵采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化成批生產(chǎn)，質(zhì)量有保證，且穩(wěn)定可靠，可極大程度的降低成本。

4)施工方便快捷。

鋼波紋管涵的安裝非常簡(jiǎn)單，管節(jié)之間采用螺栓連接，施工人員不必經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)也可操作。且安裝金屬波紋管涵現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需大型機(jī)械，只需少量手工操作即可。

5)造價(jià)降低，隨著跨徑越大效益越明顯。

以K58+984涵洞為例，該涵為1-2.0 m蓋板涵，涵長(zhǎng)72.12 m，根據(jù)投標(biāo)報(bào)價(jià)涵洞綜合指標(biāo)7 609.75元/延米，涵洞造價(jià)為548 815元。若采用型號(hào)為ACSP2000，內(nèi)徑2 m、波距125 mm、波高25 mm、壁厚4 mm、鍍鋅厚度不小于84 μm的鋼波紋管涵，運(yùn)至工地包括安裝綜合單價(jià)為3 200元/延米，涵洞造價(jià)為230 784元，節(jié)約成本318 031元。從對(duì)比可以看出，僅一座涵洞就可節(jié)約約30萬(wàn)元，隨著國(guó)內(nèi)鋼波紋管的推廣應(yīng)用，生產(chǎn)廠家的增加，波紋管的制造成本也將會(huì)進(jìn)一步降低，以后的效益會(huì)更大。

6)施工周期縮短約一半，金屬波紋管節(jié)省人工費(fèi)用。

工期方面，以該涵為例洞口形式為八字式，涵洞基礎(chǔ)采用砂礫石墊層，厚度為80 cm，涵管周圍采用水泥穩(wěn)定類材料，回填與路基同步施工，采用重型碾壓機(jī)具進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，重型壓實(shí)機(jī)具壓不到位地方配備小型夯實(shí)機(jī)具，采用小型夯實(shí)機(jī)具夯實(shí)厚度不大于100 mm。結(jié)合以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，一座2 m的鋼筋混凝土蓋板涵從基礎(chǔ)處理至回填完畢，至少需要60 d～80 d左右;若采用直徑為2 m的鋼波紋管涵，每座涵洞施工時(shí)間為10 d～20 d，相比混凝土蓋板涵縮短工期40 d～60 d。

7)金屬波紋管有利于改善土地基結(jié)構(gòu)物與路堤的“錯(cuò)臺(tái)”現(xiàn)象，提高行車舒適性。

8)環(huán)保、低碳。

金屬波紋管主要材料為鋼材，較鋼筋混凝土涵從根本上減少了水泥、碎石、砂子等建材的使用，使得金屬波紋管更有利于環(huán)境保護(hù)、降低碳排放。

3.2 鋼波紋管與鋼筋混凝土蓋板涵的區(qū)別

鋼波紋涵管主要材料是波形鋼板，鋼板本身是剛性材料但經(jīng)加工成涵管后是柔性結(jié)構(gòu)，在上部荷載作用下，涵管本身斷面會(huì)發(fā)生細(xì)微變化，通過(guò)與周圍土體的相互作用，將荷載有效地傳遞給周圍土體;鋼筋混凝土蓋板涵主要材料是鋼筋混凝土，是剛性結(jié)構(gòu)，在上部荷載作用下，涵洞本身不會(huì)發(fā)生變化，荷載傳遞的作用力主要由基礎(chǔ)下的土體承擔(dān)，通過(guò)對(duì)比分析可以看出，兩者在荷載作用下受力完全不同，鋼波紋管涵底部受力較小，而且可以將荷載分?jǐn)偟街車馏w，與周圍土體共同承擔(dān)荷截，對(duì)地基的要求相對(duì)較低，省去了鋼筋混凝土蓋板涵所需要的圬工基礎(chǔ)，并且施工也較簡(jiǎn)單，缺少了模板、腳手架、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工藝，使得結(jié)構(gòu)物的綜合造價(jià)明顯降低。

綜上所述，采用鋼波紋管涵不僅造價(jià)低廉，且施工方便，省去了設(shè)置預(yù)制場(chǎng)地，尤其適用于工期比較緊，且地形比較復(fù)雜，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法到達(dá)的工程，能有效的保證業(yè)主工期。

4 鋼波紋管涵施工工藝

測(cè)量放線→挖基及地基處理→鋪筑基礎(chǔ)墊層→安裝管身→接縫填塞→涂刷防水涂料→涵管回填→出入口附屬施工。

4.1 測(cè)量放線

在施工測(cè)量前認(rèn)真核對(duì)控制點(diǎn)成果、線路坐標(biāo)、施工圖紙、結(jié)構(gòu)物尺寸等內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)，用于現(xiàn)場(chǎng)施工放樣的資料數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)第二個(gè)人的獨(dú)立計(jì)算復(fù)核無(wú)誤后，經(jīng)過(guò)測(cè)量實(shí)施小組組長(zhǎng)簽字后實(shí)施。現(xiàn)場(chǎng)放樣時(shí)首先復(fù)核三個(gè)控制點(diǎn)之間的角度、距離關(guān)系，確認(rèn)控制點(diǎn)關(guān)系正確時(shí)進(jìn)行放樣。

4.2 挖基及地基處理

首先進(jìn)行施工場(chǎng)地平整，測(cè)量放樣，施工機(jī)械就位。基坑開挖視地質(zhì)情況采用放坡開挖或鋼板樁支護(hù)后垂直開挖?；娱_挖尺寸較設(shè)計(jì)尺寸寬出50 cm～100 cm。無(wú)水土質(zhì)基坑底面按基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平面尺寸每邊放寬不小于50 cm;對(duì)有水基坑底面，每邊放寬不小于80 cm，四周設(shè)排水溝與匯水井位置，開挖中抽水不間斷，抽水能力為滲水量的1.0倍～1.5倍，抽出的水遠(yuǎn)排防止回流到基坑?；淄谥两咏O(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，停止機(jī)械開挖或爆破方法開挖，預(yù)留0.2 m厚，用人工輔助清理至設(shè)計(jì)標(biāo)高，做到不超不欠。

基坑檢驗(yàn)內(nèi)容:基底平面位置、標(biāo)高;基底承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求;基底有無(wú)積水、雜物，松散土質(zhì)是否清潔、平整。

各種土質(zhì)地基的處理方法如下。

4.2.1 優(yōu)質(zhì)土地基

開挖后的基底地層若是比較好的砂，碎石，砂礫土以及砂質(zhì)土，基底承載力滿足設(shè)計(jì)要求，只需清除10 cm以上的石塊等硬物即可。

4.2.2 一般性土質(zhì)地基

若開挖后的基底承載能力不能滿足要求，但與設(shè)計(jì)要求承載力相差不大，采用夯實(shí)設(shè)備將涵管底基礎(chǔ)原狀土夯實(shí)，使其密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，將波紋管置于其上。

4.2.3 石質(zhì)地基

鋼波紋管本身是柔性體，不能直接置于剛性基礎(chǔ)之上，否則會(huì)減小涵管的承載能力，降低本身的柔性，因此對(duì)于石質(zhì)地基采用超挖一部分巖石，換填一定厚度的砂礫土，然后進(jìn)行夯實(shí)。

4.2.4 軟土地基

當(dāng)涵管處于軟土地基上時(shí)，需按照設(shè)計(jì)要求采用換填、水泥砂漿樁、高壓旋噴樁等工藝進(jìn)行地基處理，然后在處理完成的基底上填筑20 cm厚的砂礫墊層，并壓實(shí)。

4.2.5 預(yù)拱度

鋼波紋管涵本身屬于柔性體，位于路堤下的波紋管，隨著時(shí)間的推移和上部荷載的擠壓，往往會(huì)產(chǎn)生一定程度的下沉，并且是涵洞中部下沉量大于出入口下沉量。因此，安裝波紋管涵時(shí)要設(shè)置預(yù)拱度，預(yù)拱度設(shè)置的大小根據(jù)填土高度、涵洞縱坡以及預(yù)估下沉量等因素綜合考慮，一般值取涵長(zhǎng)的0.6%～1%，以確保涵洞中部不出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象。

4.3 鋪筑基礎(chǔ)墊層

基坑經(jīng)自檢及監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后，及時(shí)進(jìn)行墊層施工，避免基底長(zhǎng)時(shí)間暴露。墊層材料滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.4 安裝管身

鋼波紋管涵身采用管廠購(gòu)置，并抽樣檢驗(yàn)報(bào)監(jiān)理工程師審批，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。管身安裝前技術(shù)部門準(zhǔn)確放出涵洞的軸線及出入口的位置，并復(fù)核涵底的縱坡，安裝時(shí)注意中間管節(jié)和端頭管節(jié)的位置，避免安裝位置錯(cuò)誤。管身安裝應(yīng)保證與墊層密貼，局部不密貼部位可采用砂墊層支墊密實(shí)，確保涵管受力均勻?；A(chǔ)排水坡度要與設(shè)計(jì)坡度一致，按照預(yù)設(shè)的預(yù)拱度進(jìn)行鋪設(shè)安裝，保證安裝完成的涵身平、順、直。

4.5 接縫填塞

涵身全部安裝完成后，為防止管節(jié)接縫處滲漏水，在所有管節(jié)內(nèi)側(cè)的接縫處采用聚氨酯密封膠進(jìn)行填塞。

4.6 涂刷防水涂料

波紋管涵出廠時(shí)，涵身主體及所有構(gòu)配件均已經(jīng)過(guò)熱鍍鋅處理，在正常使用的情況下，其鍍膜可防止銹蝕，但為了增加防腐效果，涵身安裝完成后，在管節(jié)內(nèi)外壁涂刷一層防水涂料，以加強(qiáng)防腐蝕作用。

4.7 涵管回填

涵洞的兩側(cè)回填，按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求填筑水泥穩(wěn)定料。對(duì)稱填筑、分層壓實(shí)，采用壓路機(jī)壓實(shí)或內(nèi)燃打夯機(jī)打夯，保證填土的密實(shí)度，密實(shí)度采用灌砂法檢測(cè)。

4.8 出入口附屬施工

出入口鋪砌、錐體及檢查梯為M10砂漿漿砌片石。施工時(shí)均采用人工掛線，擠漿砌筑法進(jìn)行施工。出入口施工完畢，及時(shí)對(duì)出入口地貌進(jìn)行疏通改溝，保證排水順暢。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)鋼波紋管涵和鋼筋混凝土蓋板涵的應(yīng)用研究及工藝介紹，說(shuō)明鋼波紋管涵較鋼筋混凝土蓋板涵明顯工程造價(jià)低，施工簡(jiǎn)單快捷，且施工周期短，有利于工期的保證，尤其適合多雨地區(qū)及工期緊張工程。鋼波紋管涵在我國(guó)推廣時(shí)間還較短，隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的擴(kuò)張，鋼波紋管涵的應(yīng)用會(huì)大幅增長(zhǎng)，會(huì)被廣泛的應(yīng)用在國(guó)家的基礎(chǔ)建設(shè)中。

［1］李祝龍.公路鋼波紋管涵洞設(shè)計(jì)與施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路涵洞設(shè)計(jì)細(xì)則［Z］.

［3］山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院.西縱高速公路右玉至平魯段路基、橋隧、路面工程施工招標(biāo)圖紙［Z］.