淺析公路改建工程中波紋管涵洞的使用

周　挺，李靜靜

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥　230088)

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淺析公路改建工程中波紋管涵洞的使用

周挺，李靜靜

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥230088)

摘要：文章在分析了波紋管涵洞在公路改建的使用優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)波紋管涵洞在公路改建中的使用范圍和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了探討，對(duì)波紋管涵洞在公路改建工程中的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益進(jìn)行了研究、分析。

關(guān)鍵詞：波紋管涵洞；公路改建；使用；分析

波紋管最早誕生于英國(guó)(1784年)，隨著波紋管技術(shù)的不斷發(fā)展以及在世界各地的安裝使用，證明波紋管在各種使用情況下的通用性，而且其使用壽命已超過(guò)了設(shè)計(jì)壽命。目前在美國(guó)、加拿大等國(guó)家，波紋管涵已被廣泛應(yīng)用于公路工程[1]；我國(guó)波紋管涵最早應(yīng)用于20世紀(jì)40年代滇緬公路的修建中，改革開放之后，深圳等城市曾經(jīng)進(jìn)口波紋管涵來(lái)進(jìn)行煤礦的修建，直到20世紀(jì)90年代，波紋管涵才逐漸在各類公路建設(shè)工程中被廣泛使用。探討在公路改建中波紋管涵洞的使用對(duì)提高公路的改建質(zhì)量具有重要的意義。

1波紋管涵洞的使用優(yōu)勢(shì)

公路涵洞的主要破壞形式就是不均勻沉降，具有高柔性、高強(qiáng)度的波紋管涵洞在適應(yīng)地基變形、解決不均勻沉降對(duì)涵洞造成破壞等方面具有重要的作用。同時(shí)，波紋管涵洞的承載力還比較強(qiáng)，可以對(duì)荷載力進(jìn)行均勻的分散，在凍土層、膨脹土層、軟土層等巖層的涵洞改建中具有廣闊的應(yīng)用空間。波紋管涵在公路改建中的優(yōu)勢(shì)分析如下：

(1) 波紋管涵抗變形能力和抗沉降能力比較強(qiáng)，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。

(2) 波紋管涵的造價(jià)相對(duì)較低，工期比較短。

(3) 波紋管涵采用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，周期短，容易控制產(chǎn)品質(zhì)量；波紋管涵在生產(chǎn)過(guò)程受環(huán)境的影響小，便于降低成本，便于對(duì)材料的質(zhì)量進(jìn)行控制。

(4) 波紋管涵在施工過(guò)程中不需要大型的機(jī)器設(shè)備，安裝方便。

(5) 使用波紋管涵進(jìn)行涵洞的改建可以降低水泥、砂、石的使用量，在環(huán)境保護(hù)方面有積極的作用，同時(shí)還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

(6) 波紋管涵在公路改建中的應(yīng)用有利于改善公路使用過(guò)程中的不均勻沉降狀況，減少公路的養(yǎng)護(hù)成本。波紋管涵在公路改建中的應(yīng)用能夠有效地解決凍融對(duì)涵洞的混凝土結(jié)構(gòu)造成的破壞[2]。

2波紋管涵洞的使用條件

(1) 使用波紋管涵進(jìn)行公路改建的時(shí)候，要保證相應(yīng)波形的管壁有足夠的厚度，保證波紋管在受到最大荷載時(shí)的最大應(yīng)力比管材的屈服應(yīng)力低。

(2) 在使用波紋管涵進(jìn)行公路改建的時(shí)候，要保證波紋管涵的防腐處理達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，保證在一定的年限內(nèi)波紋管涵具有很好的抗腐蝕能力。

(3) 在使用波紋管進(jìn)行涵洞的處理時(shí)，要保證波紋管涵洞的承載力符合一定的標(biāo)準(zhǔn)，防止在使用的過(guò)程中出現(xiàn)非線性破壞，對(duì)上層結(jié)構(gòu)的功能產(chǎn)生影響[3]。

3波紋管涵洞的應(yīng)用技術(shù)

3.1確定波紋管涵孔徑

在設(shè)計(jì)波紋管涵的時(shí)候，波紋管涵的孔徑要按照涵洞的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果原有的涵洞設(shè)計(jì)是鋼筋混凝土的圓管涵，在使用波紋管涵對(duì)其進(jìn)行改建時(shí)，要對(duì)波紋管涵的內(nèi)部粗糙系數(shù)進(jìn)行考慮。一般情況下，波紋管涵內(nèi)部的粗糙系數(shù)在0.03和0.035之間，而鋼筋混凝土管涵內(nèi)部的粗糙系數(shù)在0.01和0.012之間，對(duì)兩者進(jìn)行比較之后可以發(fā)現(xiàn)，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，所以在進(jìn)行孔徑的設(shè)計(jì)時(shí)，波紋管涵的孔徑要比鋼筋混凝土管涵的孔徑大一級(jí)[4]。

3.2確定涵管和法蘭

為了方便波紋管涵的制造-存放-運(yùn)輸-使用，一般情況下，要將波紋管涵的主管節(jié)的長(zhǎng)度控制在0.5和3.5 m之間，管節(jié)之間使用法蘭進(jìn)行連接，使用的法蘭的數(shù)量和波紋管涵的管節(jié)有關(guān)系，一般情況下，每?jī)蓚€(gè)相鄰孔的中心距離要保持在20 cm以內(nèi)。波紋管涵洞的規(guī)格參數(shù)如表1所列。

表1　波紋管涵規(guī)格參數(shù)

3.3確定波紋管涵的管壁厚度

在公路改建中使用的波紋管涵一般都是定型的產(chǎn)品，在使用的過(guò)程中一般不用進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和選擇，只要在涵洞荷載計(jì)算結(jié)果下，保證波紋管涵管壁的厚度在2.5 mm以上即可。以金屬波紋管涵為例，波紋管涵管壁厚度的選擇標(biāo)準(zhǔn)如表2所列。

表2　金屬波紋管壁厚參數(shù)

3.4明確波紋管涵洞的細(xì)部構(gòu)造

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)證明，使用波紋管涵進(jìn)行涵洞的處理符合力學(xué)的要求，但是在使用金屬材料進(jìn)行波紋管涵的制作時(shí)，要做好防腐處理，最好是使用鍍鋅的鋼板來(lái)進(jìn)行波紋管涵的加工，在加工完成之后進(jìn)行兩次防腐處理。在使用波紋管涵洞進(jìn)行公路改建的過(guò)程中，使用的波紋管涵的尺寸誤差要盡量保持在3%以內(nèi)。在涵洞的改建中，要重視對(duì)螺栓等密封材料的處理工作。要保證連接螺栓不僅具有一定的強(qiáng)度，同時(shí)還要保證連接螺栓具有一定的抗腐蝕性。同時(shí)要保證密封材料不會(huì)出現(xiàn)滲水情況，而且要保證密封材料使用的時(shí)間要具有持久性[5]。

4波紋管涵的施工要求

4.1波紋管涵洞的切割和組裝

(1) 波紋管涵的裝卸和運(yùn)輸。在對(duì)波紋管涵進(jìn)行裝卸和運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，要輕拿輕放，避免波紋管涵在運(yùn)輸和裝卸的過(guò)程中出現(xiàn)滾動(dòng)碰撞的現(xiàn)象，避免造成表面防護(hù)層的損壞。

(2) 波紋管涵的組裝。組裝波紋管涵只需要使用扳手和鋼釬。長(zhǎng)度比較短的波紋管涵可以先組裝好，然后直接運(yùn)輸?shù)胶吹氖┕ぬ庍M(jìn)行吊裝；長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的管涵可以先進(jìn)行分段組裝，然后再運(yùn)輸?shù)胶吹氖┕ぬ庍M(jìn)行對(duì)接。在組裝大孔徑涵管的過(guò)程中，可以在涵管的內(nèi)部放置一個(gè)可以運(yùn)動(dòng)的木制工作臺(tái)，來(lái)方便涵管的組裝。在使用螺栓對(duì)涵管進(jìn)行組裝的過(guò)程中，可以使用松螺栓組裝法進(jìn)行組裝，也就是在各個(gè)螺栓插入螺孔之后，稍微的擰一下，在組裝結(jié)束之后再對(duì)螺栓進(jìn)行緊固。在緊固螺栓的過(guò)程中，要保證每個(gè)螺栓的扭力矩在135.6和203.4個(gè)單位之間。使用機(jī)動(dòng)扳手緊固螺栓的時(shí)候，要將緊固的時(shí)間控制在2 s和5 s之間[6]。

4.2填土材料和填土工藝的控制

(1) 填土材料的控制。波紋圓管涵、拱形波紋結(jié)構(gòu)和拱管在組裝、鋪設(shè)完成之后，不需要使用特殊的材料進(jìn)行回填。在填土的時(shí)候，在距離波紋管涵的管口30 cm左右的范圍內(nèi)，不能有直徑超過(guò)8 cm的石塊、凍土塊、混凝土塊等能夠?qū)芎斐蓳p傷的物質(zhì)。在存在多年凍土的地區(qū)進(jìn)行施工的時(shí)候，管涵周圍2 m以內(nèi)的范圍內(nèi)要使用含土量在5%以下的砂礫進(jìn)行回填[7]。

(2) 填土工藝控制。在對(duì)波紋管涵的管頂進(jìn)行填土的時(shí)候，要保證管涵兩側(cè)保持對(duì)稱、保持平衡。在填土的時(shí)候，要使用分層攤鋪的形式進(jìn)行填土，然后進(jìn)行逐層壓實(shí)，每層壓實(shí)的厚度要保持在15 cm和25 cm之間。填土的壓實(shí)度要超過(guò)重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的95%，同時(shí)和路基的壓實(shí)度保持一致。波紋管涵臨近地區(qū)的填土，比如管頂?shù)淖钚『穸鹊奶钔?，管?cè)的填土要特別注意夯實(shí)。波紋管涵側(cè)向的填土因?yàn)樘钔恋貐^(qū)比較狹小，所以不能使用壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，可以使用小型的振動(dòng)機(jī)進(jìn)行夯實(shí)處理。波紋管涵管頂?shù)奶钔量梢允褂寐坊鶋簩?shí)的方式進(jìn)行處理。在波紋管涵管頂?shù)淖钚√钔梁穸葲](méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的情況下，禁止車輛通行。

4.3波紋管涵洞的允許偏差

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，波紋管涵的允許偏差包括以下幾個(gè)方面，分別是：① 波紋管涵的長(zhǎng)度偏差要保持在0 mm和10 mm之間；② 波紋管涵內(nèi)部直徑或者外部直徑的偏差要控制在設(shè)計(jì)值以上。③ 波紋管涵管壁的厚度要保持在0.3 mm以上。④ 波紋管涵的矢度要控制在0.2%以內(nèi)。

5波紋管涵洞的效益分析

5.1經(jīng)濟(jì)效益分析

(1) 工程造價(jià)。因?yàn)榻ú?、人工、運(yùn)距的差異，在某些地區(qū)使用波紋管涵進(jìn)行公路的改建的工程造價(jià)比較低。以青藏公路為例，使用波紋管涵進(jìn)行施工，平均每道波紋管涵的造價(jià)要節(jié)省4萬(wàn)元。目前，隨著波紋管涵的工廠化生產(chǎn)和應(yīng)用范圍的拓寬，使用波紋管涵洞進(jìn)行公路改建的工程造價(jià)將進(jìn)一步降低。

(2) 施工工期。使用波紋管涵進(jìn)行施工，工期在3～5 d左右，相較于鋼筋混凝土工程來(lái)說(shuō)節(jié)省了一個(gè)多月的工期。在含有凍土層的地區(qū)進(jìn)行公路的修建和改建時(shí)，工期的縮短不僅可以降低工程造價(jià)，相對(duì)來(lái)說(shuō)還可以延長(zhǎng)施工季節(jié)，加快工程進(jìn)度[8]。

5.2 社會(huì)效益

波紋管涵的使用減少了石灰、水泥、砂、石等材料的消耗量，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有積極的意義；同時(shí)可以縮短工期，加快公路改建的步伐，在公路的搶修、搶險(xiǎn)、保通工程中具有顯著的社會(huì)效益。

6結(jié)束語(yǔ)

波紋管涵洞以鋼波紋管和土作為建筑材料，通過(guò)土與結(jié)構(gòu)的相互作用將上部荷載分散到兩側(cè)的土體上，大大提高了涵洞的自身承載力；同時(shí)，波紋管涵洞解決了雨、雪等氣候環(huán)境影響工程質(zhì)量和施工進(jìn)度的問(wèn)題，而且可以更好地適應(yīng)地基變形，減少不均勻沉降，調(diào)節(jié)路基與剛性涵洞的變形差[9]；因此，和常規(guī)的鋼筋混凝土涵洞相比，在公路改建工程中采用波紋管涵洞，具有施工速度快、不需要養(yǎng)生、不受氣溫影響的優(yōu)勢(shì)。鋼波紋管涵以其性能穩(wěn)定、安裝方便、有利環(huán)保、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)在公路改建中可代替鋼筋混凝土涵洞，其發(fā)展前景非常廣闊[10]。

〔參考文獻(xiàn)〕

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[10]金繼偉.高速公路鋼波紋管涵洞的研究及應(yīng)用[J].河南科學(xué),2012(5):630-634.

收稿日期：2016-03-28；修改日期：2016-04-01

作者簡(jiǎn)介：周挺(1970-)，男，四川成都人，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司工程師．

中圖分類號(hào)：U449.831

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)02-0186-03