浅析公路改建工程中波纹管涵洞的使用

周　挺，李静静

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥　230088)



浅析公路改建工程中波纹管涵洞的使用

周挺，李静静

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥230088)

摘要：文章在分析了波纹管涵洞在公路改建的使用优势的基础上，对波纹管涵洞在公路改建中的使用范围和应用技术进行了探讨，对波纹管涵洞在公路改建工程中的经济效益和社会效益进行了研究、分析。

关键词：波纹管涵洞；公路改建；使用；分析

波纹管最早诞生于英国(1784年)，随着波纹管技术的不断发展以及在世界各地的安装使用，证明波纹管在各种使用情况下的通用性，而且其使用寿命已超过了设计寿命。目前在美国、加拿大等国家，波纹管涵已被广泛应用于公路工程[1]；我国波纹管涵最早应用于20世纪40年代滇缅公路的修建中，改革开放之后，深圳等城市曾经进口波纹管涵来进行煤矿的修建，直到20世纪90年代，波纹管涵才逐渐在各类公路建设工程中被广泛使用。探讨在公路改建中波纹管涵洞的使用对提高公路的改建质量具有重要的意义。

1波纹管涵洞的使用优势

公路涵洞的主要破坏形式就是不均匀沉降，具有高柔性、高强度的波纹管涵洞在适应地基变形、解决不均匀沉降对涵洞造成破坏等方面具有重要的作用。同时，波纹管涵洞的承载力还比较强，可以对荷载力进行均匀的分散，在冻土层、膨胀土层、软土层等岩层的涵洞改建中具有广阔的应用空间。波纹管涵在公路改建中的优势分析如下：

(1) 波纹管涵抗变形能力和抗沉降能力比较强，在软土地质、膨胀土地质、湿陷性黄土地质等地基承载能力比较弱或者地震多发区的地质中比较适用。

(2) 波纹管涵的造价相对较低，工期比较短。

(3) 波纹管涵采用标准化生产，周期短，容易控制产品质量；波纹管涵在生产过程受环境的影响小，便于降低成本，便于对材料的质量进行控制。

(4) 波纹管涵在施工过程中不需要大型的机器设备，安装方便。

(5) 使用波纹管涵进行涵洞的改建可以降低水泥、砂、石的使用量，在环境保护方面有积极的作用，同时还能产生一定的经济效益。

(6) 波纹管涵在公路改建中的应用有利于改善公路使用过程中的不均匀沉降状况，减少公路的养护成本。波纹管涵在公路改建中的应用能够有效地解决冻融对涵洞的混凝土结构造成的破坏[2]。

2波纹管涵洞的使用条件

(1) 使用波纹管涵进行公路改建的时候，要保证相应波形的管壁有足够的厚度，保证波纹管在受到最大荷载时的最大应力比管材的屈服应力低。

(2) 在使用波纹管涵进行公路改建的时候，要保证波纹管涵的防腐处理达到一定的标准，保证在一定的年限内波纹管涵具有很好的抗腐蚀能力。

(3) 在使用波纹管进行涵洞的处理时，要保证波纹管涵洞的承载力符合一定的标准，防止在使用的过程中出现非线性破坏，对上层结构的功能产生影响[3]。

3波纹管涵洞的应用技术

3.1确定波纹管涵孔径

在设计波纹管涵的时候，波纹管涵的孔径要按照涵洞的设计规范进行设计。如果原有的涵洞设计是钢筋混凝土的圆管涵，在使用波纹管涵对其进行改建时，要对波纹管涵的内部粗糙系数进行考虑。一般情况下，波纹管涵内部的粗糙系数在0.03和0.035之间，而钢筋混凝土管涵内部的粗糙系数在0.01和0.012之间，对两者进行比较之后可以发现，波纹管涵的粗糙系数比钢筋混凝土管涵的粗糙系数要大，所以在进行孔径的设计时，波纹管涵的孔径要比钢筋混凝土管涵的孔径大一级[4]。

3.2确定涵管和法兰

为了方便波纹管涵的制造-存放-运输-使用，一般情况下，要将波纹管涵的主管节的长度控制在0.5和3.5 m之间，管节之间使用法兰进行连接，使用的法兰的数量和波纹管涵的管节有关系，一般情况下，每两个相邻孔的中心距离要保持在20 cm以内。波纹管涵洞的规格参数如表1所列。

表1　波纹管涵规格参数

3.3确定波纹管涵的管壁厚度

在公路改建中使用的波纹管涵一般都是定型的产品，在使用的过程中一般不用进行详细的设计和选择，只要在涵洞荷载计算结果下，保证波纹管涵管壁的厚度在2.5 mm以上即可。以金属波纹管涵为例，波纹管涵管壁厚度的选择标准如表2所列。

表2　金属波纹管壁厚参数

3.4明确波纹管涵洞的细部构造

经过长期的实验证明，使用波纹管涵进行涵洞的处理符合力学的要求，但是在使用金属材料进行波纹管涵的制作时，要做好防腐处理，最好是使用镀锌的钢板来进行波纹管涵的加工，在加工完成之后进行两次防腐处理。在使用波纹管涵洞进行公路改建的过程中，使用的波纹管涵的尺寸误差要尽量保持在3%以内。在涵洞的改建中，要重视对螺栓等密封材料的处理工作。要保证连接螺栓不仅具有一定的强度，同时还要保证连接螺栓具有一定的抗腐蚀性。同时要保证密封材料不会出现渗水情况，而且要保证密封材料使用的时间要具有持久性[5]。

4波纹管涵的施工要求

4.1波纹管涵洞的切割和组装

(1) 波纹管涵的装卸和运输。在对波纹管涵进行装卸和运输的时候，要轻拿轻放，避免波纹管涵在运输和装卸的过程中出现滚动碰撞的现象，避免造成表面防护层的损坏。

(2) 波纹管涵的组装。组装波纹管涵只需要使用扳手和钢钎。长度比较短的波纹管涵可以先组装好，然后直接运输到涵洞的施工处进行吊装；长度比较长的管涵可以先进行分段组装，然后再运输到涵洞的施工处进行对接。在组装大孔径涵管的过程中，可以在涵管的内部放置一个可以运动的木制工作台，来方便涵管的组装。在使用螺栓对涵管进行组装的过程中，可以使用松螺栓组装法进行组装，也就是在各个螺栓插入螺孔之后，稍微的拧一下，在组装结束之后再对螺栓进行紧固。在紧固螺栓的过程中，要保证每个螺栓的扭力矩在135.6和203.4个单位之间。使用机动扳手紧固螺栓的时候，要将紧固的时间控制在2 s和5 s之间[6]。

4.2填土材料和填土工艺的控制

(1) 填土材料的控制。波纹圆管涵、拱形波纹结构和拱管在组装、铺设完成之后，不需要使用特殊的材料进行回填。在填土的时候，在距离波纹管涵的管口30 cm左右的范围内，不能有直径超过8 cm的石块、冻土块、混凝土块等能够对管涵造成损伤的物质。在存在多年冻土的地区进行施工的时候，管涵周围2 m以内的范围内要使用含土量在5%以下的砂砾进行回填[7]。

(2) 填土工艺控制。在对波纹管涵的管顶进行填土的时候，要保证管涵两侧保持对称、保持平衡。在填土的时候，要使用分层摊铺的形式进行填土，然后进行逐层压实，每层压实的厚度要保持在15 cm和25 cm之间。填土的压实度要超过重型击实标准的95%，同时和路基的压实度保持一致。波纹管涵临近地区的填土，比如管顶的最小厚度的填土，管侧的填土要特别注意夯实。波纹管涵侧向的填土因为填土地区比较狭小，所以不能使用压路机进行压实，可以使用小型的振动机进行夯实处理。波纹管涵管顶的填土可以使用路基压实的方式进行处理。在波纹管涵管顶的最小填土厚度没有达到标准的情况下，禁止车辆通行。

4.3波纹管涵洞的允许偏差

根据实践经验，一般情况下，波纹管涵的允许偏差包括以下几个方面，分别是：① 波纹管涵的长度偏差要保持在0 mm和10 mm之间；② 波纹管涵内部直径或者外部直径的偏差要控制在设计值以上。③ 波纹管涵管壁的厚度要保持在0.3 mm以上。④ 波纹管涵的矢度要控制在0.2%以内。

5波纹管涵洞的效益分析

5.1经济效益分析

(1) 工程造价。因为建材、人工、运距的差异，在某些地区使用波纹管涵进行公路的改建的工程造价比较低。以青藏公路为例，使用波纹管涵进行施工，平均每道波纹管涵的造价要节省4万元。目前，随着波纹管涵的工厂化生产和应用范围的拓宽，使用波纹管涵洞进行公路改建的工程造价将进一步降低。

(2) 施工工期。使用波纹管涵进行施工，工期在3～5 d左右，相较于钢筋混凝土工程来说节省了一个多月的工期。在含有冻土层的地区进行公路的修建和改建时，工期的缩短不仅可以降低工程造价，相对来说还可以延长施工季节，加快工程进度[8]。

5.2 社会效益

波纹管涵的使用减少了石灰、水泥、砂、石等材料的消耗量，对环境保护具有积极的意义；同时可以缩短工期，加快公路改建的步伐，在公路的抢修、抢险、保通工程中具有显著的社会效益。

6结束语

波纹管涵洞以钢波纹管和土作为建筑材料，通过土与结构的相互作用将上部荷载分散到两侧的土体上，大大提高了涵洞的自身承载力；同时，波纹管涵洞解决了雨、雪等气候环境影响工程质量和施工进度的问题，而且可以更好地适应地基变形，减少不均匀沉降，调节路基与刚性涵洞的变形差[9]；因此，和常规的钢筋混凝土涵洞相比，在公路改建工程中采用波纹管涵洞，具有施工速度快、不需要养生、不受气温影响的优势。钢波纹管涵以其性能稳定、安装方便、有利环保、造价低等优点在公路改建中可代替钢筋混凝土涵洞，其发展前景非常广阔[10]。

〔参考文献〕

[1]王艳丽，赵卫国.钢波纹管结构在河北省公路桥涵中的应用[J].公路，2028(5):63-67.

[2]杜瑞臣.钢波纹管涵在国道318线公路改建中的应用[J].建筑与文化,2013(10):554-555.

[3]万洋.浅谈金属波纹管在危桥加固中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2012(21):113-115.

[4]李祝龙,孙秀凯,胡滨,等.高填方路基钢波纹管涵洞分层土压力分析[J].中外公路,2014(1):40-44.

[5]程钢,方萍.高速公路钢波纹管涵洞工程应用及其应变光测技术研究[J].中国工程科学,2013(8):108-112.

[6]池坤敏.钢波纹管涵在南方山区高速公路中的应用[J].公路与汽运,2012(4):242-244.

[7]代舒帆.浅谈公路金属波纹管涵洞的应用及防腐处理[J].品牌,2014(8):145-146.

[8]何宇鑫.钢波纹管涵洞在高速公路建设中的应用[J].甘肃科技纵横,2010(5):149-150.

[9]郭新春，梁养辉，胡滨，等.钢波纹管涵洞在公路涵洞工程中的应用研究[J].公路交通科技,2013(4):133-136.

[10]金继伟.高速公路钢波纹管涵洞的研究及应用[J].河南科学,2012(5):630-634.

收稿日期：2016-03-28；修改日期：2016-04-01

作者简介：周挺(1970-)，男，四川成都人，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司工程师．

中图分类号：U449.831

文献标识码：A

文章编号：1673-5781(2016)02-0186-03