鋼波紋管涵洞在公路工程中的應用及分析

文山公路管理總段 云南文山 663000

摘要：涵洞在公路的修建中是最常用的一種方式，隨著新型材料的出現(xiàn)和涵洞修建技術(shù)的更新，目前在公路的涵洞工程中出現(xiàn)了鋼波紋管涵洞。這種涵洞形式的出現(xiàn)在很大程度上提高了涵洞的質(zhì)量，延長了涵洞的使用年限，并且在一定意義上降低了涵洞的修建成本。本文分析了鋼波紋管涵洞在公路工程使用優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，對鋼波紋管涵洞的使用范圍和應用技術(shù)進行了探討，對其經(jīng)濟效益和社會效益進行了分析。

關(guān)鍵詞：鋼波紋管涵洞；公路工程；應用

鋼波紋管涵最早產(chǎn)生于英國，在國外的公路修建中應用廣泛，1784年誕生于英國；1896年美國首次應用于涵洞；1913年英國應用于農(nóng)田灌溉；1923年美國進行鐵路通道測試；1929年加拿大用于煤礦；1931年澳大利亞建成8米汽車通道；1948年美國在上海浦東地區(qū)用作軍事通道（1998年9月挖掘）。我國鋼波紋管涵最早應用在20世紀40年代滇緬公路的修建中，50年代修建青藏公路不凍泉段時用于搶修工程，70年代挖出時發(fā)現(xiàn)其使用狀況良好。80年代改革開放后，深圳、大同等城市曾經(jīng)進口鋼波紋管涵來進行煤礦的修建，直到上個世紀90年代，鋼波紋管涵才逐漸在公路修建中被廣泛使用。探討鋼波紋管涵洞在公路工程中的應用對提高公路的修建質(zhì)量具有重要的意義。

鋼波紋管涵洞的使用優(yōu)勢

公路涵洞的破壞形式主要表現(xiàn)在地基不均勻沉降，具有高柔性、高強度的鋼波紋管涵洞能適應地基變形、解決不均勻沉降對涵洞造成的破壞。同時，鋼波紋管涵洞的承載能力比較強，在動靜荷載作用下可以對荷載進行均勻的分散，在凍土層、膨脹土層、軟土層等地質(zhì)特征情況下具有廣闊的應用空間。使用優(yōu)勢分析如下：

第一，鋼波紋管涵抗變形能力和抗沉降能力比較強。波紋鋼管是一種特殊的受力結(jié)構(gòu)，圓周向具有很大的剛度，抵抗荷載，橫向具有一定的柔性，可進行橫向補償，在軟土地質(zhì)、膨脹土地質(zhì)、濕陷性黃土地質(zhì)等地基承載能力比較弱或者地震多發(fā)區(qū)的地質(zhì)中比較適用；第二，同混凝土涵洞相比，同等跨徑的波紋管涵綜合造價低；第三，一年四季均可施工，施工不受季節(jié)影響，不受環(huán)境影響；第四，采用標準化設計，工廠規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)周期短，效率高，受環(huán)境影響小，有利于降低成本、提高質(zhì)量；第五，在施工過程中不需要大型的機械設備，安裝方便；第六，減少水泥、碎石、砂等常規(guī)建材的使用，環(huán)保意義深遠，同時還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益；第七，可避免地基變形造成的不均勻沉降對涵洞的破壞；第八，能夠有效的解決凍融對涵洞混凝土結(jié)構(gòu)造成的破壞[1]；第九，后期養(yǎng)護工作量小，養(yǎng)護成本低；第十、施工速度快，可有效緩解因涵洞施工造成的交通堵塞，社會經(jīng)濟效益明顯。

一、鋼波紋管涵洞的使用條件

在使用鋼波紋管作為公路涵洞修建的時候，要具備以上的使用條件：一是要保證鋼波紋管結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)滿足要求，相應的波形管壁要有足夠的厚度，保證鋼波紋管在受到最大荷載時的最大應力比管材的屈服應力低；二是要保證鋼波紋管涵的防腐處理達到一定標準，保證在一定的年限內(nèi)鋼波紋管涵具有很好的抗腐蝕能力；三是要保證鋼波紋管涵洞的承載力符合一定的標準，防止在使用的過程中出現(xiàn)非線性破壞，對上層結(jié)構(gòu)的功能產(chǎn)生影響[2]。

二、鋼波紋管涵洞的應用技術(shù)

（一）確定鋼波紋管涵孔徑

在鋼波紋管涵設計中，鋼波紋管涵的孔徑要按照涵洞的設計規(guī)范進行設計。如果原有的涵洞設計為鋼筋混凝土管涵，那么在使用鋼波紋管時，要對鋼波紋管的內(nèi)部粗糙系數(shù)進行考慮。一般情況下，內(nèi)部粗糙系數(shù)在0.025和0.035之間，而鋼筋混凝土管涵內(nèi)部粗糙系數(shù)在0.01和0.012之間，對兩者進行比較之后可以發(fā)現(xiàn)，鋼波紋管涵的粗糙系數(shù)比鋼筋混凝土管涵的粗糙系數(shù)要大，因此在進行孔徑的設計時，鋼波紋管涵的孔徑要比鋼筋混凝土管涵的孔徑大一級[3]。

（二）確定涵管和法蘭

為了方便鋼波紋管涵的制造—存放—運輸—使用，一般情況下，要將鋼波紋管涵的主管節(jié)長度控制在0.5和3.1米之間，管節(jié)之間使用法蘭進行連接，因此，使用法蘭的數(shù)量和鋼波紋管涵的管節(jié)成正比關(guān)系。一般情況下，每兩個相鄰孔的中心距離要保持在20厘米以內(nèi)。鋼波紋管涵洞的規(guī)格參數(shù)如下表所示：

型號內(nèi)徑/m壁厚/mm波高/mm波距/mm法蘭/mm法蘭孔數(shù)孔徑/mm

YTHG-1.013.0----3.52512556*62414

YTHG-1.51.53.0----4.55520070*73018

YTHG-2.02.03.0----5.55520070*74818

YTHG-2.52.53.5----5.55520070*76018

（三）確定鋼波紋管涵的管壁厚度

鋼波紋管涵一般都是定型的產(chǎn)品，在使用過程中一般不用進行詳細的設計和選擇，只要在涵洞荷載計算結(jié)果下，保證鋼波紋管涵管壁的厚度3.0毫米以上即可。以鋼質(zhì)鋼波紋管涵為例，其管壁厚度的選擇標準如下表所示：

三、鋼波紋管涵填土高度參考表

序號型 號內(nèi)徑（m）壁厚（mm）滿足填土高度（m）

1YTHG-1.0-3.01.03.00.6-10

2YTHG-1.0-3.51.03.510-17

3YTHG-1.5-3.01.53.00.6-8

4YTHG-1.5-3.51.53.58-13.5

5YTHG-1.5-4.01.54.013.5-20

6YTHG-1.5-4.51.54.520-30

7YTHG-2.0-3.02.03.00.6-8

8YTHG-2.0-3.52.03.58-13.5

9YTHG-2.0-4.02.04.013.5-19

10YTHG-2.0-4.52.04.519-27

11YTHG-2.0-5.02.05.027-34

12YTHG-2.5-3.52.53.50.6-8

13YTHG-2.5-4.02.54.08-13.5

14YTHG-2.5-4.52.54.513.5-19

15YTHG-2.5-5.02.55.019-27

16YTHG-2.5-5.52.55.527-34

（一）明確鋼波紋管涵洞的細部構(gòu)造

經(jīng)過長期的實驗證明，使用鋼波紋管進行涵洞的處理符合力學的要求，但是在使用金屬材料進行鋼波紋管的制作時，要做好防腐處理，最好是使用熱浸鍍鋅防腐措施，運至工地后進行二次防腐處理。在使用鋼波紋管作為公路涵洞修建時，使用的鋼波紋管的尺寸誤差要盡量保持在2%以內(nèi)。在涵洞施工中，要注意幾點：⑴要重視對螺栓等密封材料的處理工作；⑵要保證連接螺栓不僅具有一定的強度，同時還要保證具有一定的抗腐蝕性；⑶要保證密封材料不會出現(xiàn)滲水情況，并且使用的時間要具有持久性[4]。

石棉繩密封

四、鋼波紋管涵的施工要求

（一）鋼波紋管涵洞的切割和組裝

第一，鋼波紋管的裝卸和運輸。在對鋼波紋管進行裝卸和運輸?shù)臅r候，要輕拿輕放，避免在運輸和裝卸的過程中出現(xiàn)滾動碰撞的現(xiàn)象，避免造成表面防護層的損壞。

第二，鋼波紋管的組裝。組裝鋼波紋管時只需要使用扳手和鋼釬。長度比較短的涵洞可以先組裝好鋼波紋管，然后直接運輸?shù)胶词┕ぬ庍M行吊裝；長度比較長的涵洞可以先進行分段組裝，然后再運輸?shù)胶词┕ぬ庍M行對接。在組裝大孔徑涵管的過程中，可以在涵管的內(nèi)部放置一個可以運動的木制工作臺，來方便涵管的組裝。在使用螺栓對涵管進行組裝的過程中，可以使用松螺栓組裝法進行組裝，也就是在各個螺栓插入螺孔之后，稍微的擰一下，在組裝結(jié)束之后再對螺栓進行緊固。在緊固螺栓的過程中，要保證每個螺栓的扭力矩在135.6和203.4個單位之間。使用機動扳手緊固螺栓的時候，要將緊固的時間控制在2秒和5秒之間[5]。

（二）填土材料的選擇和施工工藝的控制

第一，填土材料的選擇。由于鋼波紋管涵適應變形能力強，基礎(chǔ)采用砂礫、碎石土或沙性土換填即可。涵管鋪設完成后，要采用透水性材料進行回填，在管側(cè)30cm左右的范圍內(nèi)，不能有直徑超過8cm的石塊、凍土塊、混凝土塊等能夠?qū)茉斐蓳p傷的物質(zhì)。在存在多年凍土的地區(qū)進行施工的時候，管涵周圍2米以內(nèi)的范圍要使用含土量在5%以下的砂礫進行回填[6]。

第二，施工工藝控制。基礎(chǔ)應采用振動壓實機械進行分層碾壓，壓實度不小于93%；管底楔形部分可采用小型夯實機械斜向夯實或采用人工木棒夯實；兩側(cè)回填應對稱施工，分層回填，每層厚度不超過30厘米；涵管兩側(cè)及頂部壓實度與路基的壓實度保持一致。管頂和管側(cè)的填土要特別注意夯實。

第三，施工工藝流程。施工前準備→施工放樣→設置圍堰→排水清淤→平整場地→基礎(chǔ)分層回填→檢測壓實度、含水量等→水準測量→平整場地→施工放樣→安裝涵管→檢測涵底縱坡→檢測涵管密封并噴涂防腐涂層→涵管就位→楔形回填及夯實→兩側(cè)分層回填→檢測壓實度、含水量等→管頂分層回填→檢測壓實度、含水量等→進出口處理。

（三）鋼波紋管涵洞的允許偏差

根據(jù)實踐經(jīng)驗，一般情況下，鋼波紋管涵的允許偏差包括以下幾個方面。第一，長度偏差要保持在-50mm和+20mm之間；第二，內(nèi)部直徑或者外部直徑的偏差要控制在設計值以上；第三，管壁的厚度要保持不小于3mm；第四，矢度要控制在2%以內(nèi)。

五、鋼波紋管涵洞的效益分析

（一）經(jīng)濟效益分析

第一，工程造價。因為建筑材料、人工費用、運輸距離的差異，大部分地區(qū)（特殊地區(qū)除外）使用鋼波紋管涵的工程造價比較低。以云南為例，使用鋼波紋管涵比鋼筋混凝土蓋板涵每米要節(jié)約2000元；以青藏公路為例，使用鋼波紋管涵后，平均每道的造價節(jié)省四萬元。目前，隨著鋼波紋管涵的工廠化生產(chǎn)和應用范圍的拓寬，造價將更進一步降低。

第二，施工工期。一般情況下，使用鋼波紋管涵進行施工，工期一般在三五天左右，相較于鋼筋混凝土工程來說節(jié)省了一個多月的工期。在含有凍土層的地區(qū)進行公路的修建和改建時，工期的縮短不僅可以降低工程造價，相對來說還可以延長施工季節(jié)，加快工程進度。

（二）社會效益

鋼波紋管涵的使用減少了石灰、砂石、水泥等材料的使用量，對環(huán)境保護具有重要的意義。同時還可以縮短工期，加快公路建設步伐，在公路的搶修、搶險、保通工程中具有顯著地社會效益。

結(jié)語：

鋼波紋管涵具有柔性好、強度高的特點，在公路建設中不僅可以提升公路的承載力和耐久性，防止因地基不均勻沉降對公路造成破壞，同時還可以在一定程度上節(jié)約成本，獲得一定的經(jīng)濟效益和社會效益。在使用鋼波紋管涵洞的時候，要對其孔徑、管壁的厚度和細部構(gòu)造進行合理的控制，要做好涵管的切割和組裝工作，在運輸?shù)倪^程中保持平穩(wěn)性，防止出現(xiàn)顛簸和傾斜，防止對涵管造成碰撞產(chǎn)生破壞；同時要控制好填土材料和施工工藝，將誤差控制在允許的范圍內(nèi)。合理的使用鋼波紋管涵洞，不僅可以降低工程造價，縮短工程期限，帶來一定的經(jīng)濟效益；同時還能減少水泥、石灰等物質(zhì)的使用量，在一定程度上帶來社會效益。

參考文獻：

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