关于山区公路采用钢波纹管涵施工的应用研究

门雪峰/中交一公局海威工程建设有限公司

关于山区公路采用钢波纹管涵施工的应用研究

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钢波纹管涵洞是一种带轴向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体结构，具有良好的抗拉、抗剪和抗疲劳能力，由于轴向波纹的存在，荷载的应力集中可以分散更大，并且通过管－土共同作用体系，可以将涵管顶部的土压力更加有效的分散到管身周围的土体当中，这在山区公路尤其是高填方地段效果尤为明显。本文结合某公路中钢波纹管涵工程实例，从施工的主要环节介绍了山区大直径钢波纹管涵的施工工艺及施工技术，并说明了钢波纹管涵的优越性。

山区公路；钢波纹管涵；施工应用

前言

近年来，钢波纹钢管涵在公路领域又重新得到重视和应用，并且其应用前景将愈来愈宽广，但是关于其受力特征、防腐性能及设计方法和施工控制技术方面的系统研究尚未开展。我国在关于大孔径公路钢波纹管涵洞应用方面已开展了部分研究工作，并初步研究大孔径波纹管涵洞的受力特征。

一、钢波纹管涵简介

金属波纹管涵作为一种涵洞形式，是由波纹状管或由波纹状板通过连接、拼装而成的。能够替代盖板涵、圆管涵、拱涵和小桥发挥作用，是一种新型的优质公路建材。造成公路涵洞破坏的原因有很多种，不均匀沉降是一个重要原因。金属波纹涵管有椭圆形、圆形、半圆形等，进出口也可按照边坡比例做成斜口，加工波纹管管径范围0.5～8m，管壁厚度为3～8mm，能够满足填±0.5m～40m厚的需要。由于钢波纹管涵具有很多的优势，比如施工工期短、工程造价低、安装方便、抗变形能力强、重量轻、耐久性好、通车后养护成本低等，所以采用高强度的钢波纹管涵洞，不仅可以有效解决由于地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题，还能够使金属波纹管涵洞具有优良的受力特征，轴向和径向同时分散、补偿因荷载引起的应力应变，把集中在荷载上的应力最大限度的分散开，使钢结构的作用充分的发挥出来，特别是在湿陷性黄土高寒冻土、软土、膨胀土等地带，具有良好的经济效益。

二、钢波纹管涵工程概况及施工方案

某公路中贵州某二级路改扩建k11+707钢波纹管涵洞的位置属于构造剥蚀低山-丘陵区，涵洞处在冲沟内，其主要用于山区雨季排水，原地面路基横向高差近10m，该处路基采用半填半挖方式，右侧基底为强化风化麻岩，左侧为梯田，地质变化较大。考虑到此处地质地形的复杂性，采用钢波纹管涵洞，管涵涵长为62m，涵洞轴线与路中线夹角为65°，涵洞中心填土高度为8.59m，管涵直径为5m。涵洞采用1.2m的级配碎石石作为基础垫层，台背回填采用当地河砂，分层对称夯实，相对密度达到95%。贵州某二级路改扩建k11+707钢波纹管涵洞工程现场该涵洞工程采用人工配合机械进行坑槽开挖，基底换填处理采用水泥稳定级配碎石垫层，管片采用环向拼装与纵向拼装相结合的拼装方法，管节之间采用高强螺栓紧固，接缝处采用密封胶密封，钢波纹管采用涂刷热沥青防水层和C25细石混凝土的防腐措施，涵背回填通过人工配合机械进行压实。其中，施工关键技术在于涵洞基础换填施工技术、波纹管涵背回填施工技术和钢波纹管端头施工技术。

三、钢波纹管涵施工工艺

钢波纹管涵洞施工工序主要包括施工放样、坑槽开挖、地基承载力检测、地基处理、管节安装、检查管涵底纵坡、管涵内及两端布置交叉支撑、管身楔形部位及涵背回填、管涵顶铺设土工格栅、波纹管涵顶回填、检测压实度、洞口铺砌及端头处理等。基于国内的钢波纹管涵现有施工技术相关成果，结合贵州某二级路改扩建k11+707钢波纹管涵工程施工经验，提出钢波纹管涵合理的施工工艺。

1.基坑开挖。

在进行基坑开挖作业的过程中，为了实现作业质量以及效率的提高，一般采用人工配合挖掘机的方法进行相关作业。此外，在作业过程中，为了确保作业安全，避免坑壁坍塌而引起的安全事故，需要作业人员将基坑挖掘过程中产生的弃土堆放在距离基坑1 m以外的地区或者直接装车运走。

在实际的开挖作业过程中，根据基坑开挖深度及长度选择合理的开挖方式。如为新建涵洞且不受行车影响的，可一次性开挖完毕，开挖时一般采用汽车配合挖掘机进行作业，直到挖掘至设计标高，局部挖不到及松散部分再采用人工挖掘。如为新建或者接长涵洞且受行车影响的，可采取半幅施工半幅通行方式开挖，开挖时一般采用汽车配合挖掘机进行作业，直到挖掘至设计标高，局部挖不到及松散部分再采用人工挖掘。挖掘时要注意保通及行车安全。

2.测量放样。

为了确保钢波纹管涵施工的效率以及质量。在实际施工之前，需要测量人员进行测量放样作业。在这一过程中，一方面需要技术人员对钢波纹管涵的中心以及纵横轴线进行确定，另一方面还需要做好护桩措施，提高工程建设的质量。再者就是在进行放坡作业环节过程中，需要按照1：1的比例进行相关的作业操作。

3.基础垫层施工。

在进行基础垫层施工作业的过程中，需要相关的作业人员按照设计图纸进行。在这一过程中，需要作业人员对施工场地进行平整以及整理，同时将所需的建筑材料运到施工现场，从而方便施工，提高施工效率。在实际作业的过程中，需要施工技术人员借助压路机对基底进行碾压。

采用SPSS 25.0软件分析数据,计量资料采用均数±标准差表示,组间比较采用t检验。计数资料采用X2检验。P<0.05为差异有统计学意义。

此外，施工人员在进行级配碎石分层换填的过程中，需要确保厚度达到20 cm，而压实度则要大于96%。

4.管身安装。

在进行管身安装的过程中，需要作业人员按照下述的五大步骤进行作业。

一是是在实际作业之前，需要相关人员确定钢波纹管涵的轴线以及进、出水口的位置，并在实际作业的过程中严格按照设计图纸的相关要求进行。

二是在安装的过程中一般采取纵向连接的方式进行安装，并在安装的过程中对管节的圆度以及位置进行校正作业。

三是在实际的管身安装作业过程中，若管节出现了不同程度的偏差，需要施工人员借助千斤顶对管节进行纠偏，不仅如此，在实际的安装过程中，还需要确保管涵贴着级配碎石垫层进行铺设，继而以此实现管身受力的均匀，提高工程建设的质量。

四是在管涵安装完毕之后，需要施工人员确保施工环节是否符合设计图纸的相关要求，并对管身的拼缝处进行密封操作，防止管道泄漏。

五是在实际的作业过程中，为了增强管涵的防腐性，需要相关的作业人员在管壁外侧涂抹上沥青和石油的拌合物。

5.钢波纹管涵背回填技术。

⑴台背回填时应分层填筑、压实，压实后每层的厚度为20cm，且相对密实度必须达到95%才可以填筑下一层。涵管两侧要求同步对称填筑，两侧回填土的高差不超过30cm。

⑵学者试验研究和工程实践证明，钢波纹管涵周边土体产生应力最大的地方在管涵两侧斜上和斜下部位，因此，钢波纹管涵两侧和楔形部位的回填要特别注意，避免因填土不密实或局部存在大石块直接作用于管体出现的局部变形较大或局部凸起现象，提前消除安全隐患。

⑶在管涵底部楔形位置和两侧回填土时，需要通过水密法、人工振捣和机械压实配合使用的方式进行密实；在管涵顶部填土时，应在钢波纹管内部采用槽钢和方木布置交叉支撑，然后在整个涵洞顶面铺设土工格栅，从而保证涵洞填土压力均匀。

6.钢波纹管端头施工技术。

⑴钢波纹管涵端头位置的构筑物应在管体回填完成后进行，否则构筑物墙体易开裂。管涵洞口一般采用端墙形式或与路基边坡同坡率的斜口形式，且要求错缝砌筑，不能出现竖缝和通缝。

⑵钢波纹管端头位置承受竖向变形的能力较为薄弱，在浇筑台帽及洞口附属工程混凝土前，需要对管涵端头进行支撑稳固处理，待混凝土强度达到75%以上后再拆除支撑杆件。

⑶根据管涵位置地形、地质及流水状况，在管涵端头施工中，应在涵洞进口处做好截水墙和洞口铺砌，铺砌的混凝土必须与端头波纹管壁衔接密实，防止流水渗入管涵底部。

7.钢波纹管防腐处理技术。

⑴钢波纹管涵施工、回填土前，必须采取相关的防腐措施，要在管壁内外侧涂刷两道热沥青或是乳化沥青防水层，等到沥青涂料风干后方可进行回填。涂刷效果以管壁内外被均匀地涂成了黑管即可，涂层应均匀光滑，无可见空隙、脱皮等缺陷。

⑵多雨山区地表水流湍急，降雨冲刷严重，对于腐蚀及冲刷较严重的管涵，除在管壁内外涂刷两道热沥青防水层外，在管内外壁涂抹一层C25细石混凝土，能加强管涵受水流冲刷的能力。

四、结语

(1)钢波纹管涵洞拼装时应严格进行防水处理，采用防水带并涂抹防水胶，地基处理采用换填级配碎石，施工时应避免出现管涵的整体沉降。楔形部位回填时，当采用沙砾回填，需人工振捣，且沙砾密实稳定后，方可进行侧面回填，以免由于回填不实而引起管涵变形。(2)钢波纹管涵洞由于其柔性结构，对地基要求低，施工完成后与周围土体形成拱体结构共同承受荷载的特点，解决了混凝土涵洞所产生的不均匀沉降及桥(涵)头跳车难题。(3)钢波纹管涵洞的应用，节约了大量的石材、水泥，同时大幅度缩短了建设工期，避免了混凝土施工及后期拆除对环境造成的破坏，可回收利用率高，减少了养护成本，有利于消除我国钢结构产能过剩，具有显著的经济和社会效益。

[1]李祝龙.公路钢波纹管涵洞设计与施工技术研究［D］.西安:长安大学，2006．

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