钢波纹管涵与钢筋混凝土涵洞应用研究

李 卿

(中铁三局集团第五工程有限公司，山西晋中 030600)

1 工程概况

本项目是山西省高速公路规划网“3纵12横12环”中西纵主干线的重要组成部分，起点位于右玉县高墙矿村，以枢纽形式连接已通车的大呼高速，终点位于平鲁县店梁村平鲁枢纽，与山平高速公路、朔州西南环高速公路相接，线路总长64.171 km，双向四车道高速公路，设计速度100 km/h，路基宽度26 m。第SG4标段位于平鲁县境内，线路全长17.922 km，起讫里程为K49+900～K68+238，属于黄土缓丘区，表现为黄土缓坡、黄土梁峁、黄土冲沟，地面由于受到强烈侵蚀，地形破碎，冲沟发育，切割深度20 m～80 m，地下水位埋深大。

为满足沿线排洪和当地群众生产、生活的要求，本合同段共设置涵道23道，其中钢筋混凝土拱涵8道，1-2 m钢筋混凝土盖板涵12道，1-3 m钢筋混凝土盖板涵3道。

2 方案对比

以K58+984涵洞为例，根据现场勘测断面来看，该地段为V字形冲沟，沟两侧为黄土，岸壁直立，沟底基本无水，水源来源主要为雨季下雨周边汇集的雨水，沟底土质为0.5 m～1.0 m淤泥层，以下为砂砾层。本次设计主要以填方路基形式穿过，为了满足排洪要求和结合过水量不大，设置了1-2 m钢筋混凝土盖板涵满足排水需要。本标段是典型的山区公路，周边场地狭窄，大型机械设备无法进场，存在施工难度大等困难，经过查询类似工程设计及施工经验，因钢波纹管可工厂集中化生产，运至施工现场简单的拼接就位即可，从经济适用方面综合比较后拟采用直径2 m、管壁厚4 mm的钢波纹管涵代替钢筋混凝土盖板涵。

3 钢波纹管涵的特点

3.1 钢波纹管涵的优点

1)重量轻，强度高。

如2 m的管涵，根据不同的波距、波高和壁厚，若采用壁厚4 mm的波纹管涵，每米重量约为197 kg，同规格的钢筋混凝土圆管涵(壁厚10 cm)质量为1 715 kg，钢波纹管涵质量仅为混凝土管涵的11%，同样钢波纹管涵的强度也要高于混凝土管涵的强度。

2)寿命长，耐久性好。

查阅相关资料，采用热镀锌防腐处理的钢波纹管的使用寿命约为100年，过程中不需要进行养护，以目前我国的工程使用周期，这样的使用寿命可以满足现行的相关规范的要求。

3)工厂标准化生产。

钢波纹管涵采用工厂标准化成批生产，质量有保证，且稳定可靠，可极大程度的降低成本。

4)施工方便快捷。

钢波纹管涵的安装非常简单，管节之间采用螺栓连接，施工人员不必经过专门培训也可操作。且安装金属波纹管涵现场无需大型机械，只需少量手工操作即可。

5)造价降低，随着跨径越大效益越明显。

以K58+984涵洞为例，该涵为1-2.0 m盖板涵，涵长72.12 m，根据投标报价涵洞综合指标7 609.75元/延米，涵洞造价为548 815元。若采用型号为ACSP2000，内径2 m、波距125 mm、波高25 mm、壁厚4 mm、镀锌厚度不小于84 μm的钢波纹管涵，运至工地包括安装综合单价为3 200元/延米，涵洞造价为230 784元，节约成本318 031元。从对比可以看出，仅一座涵洞就可节约约30万元，随着国内钢波纹管的推广应用，生产厂家的增加，波纹管的制造成本也将会进一步降低，以后的效益会更大。

6)施工周期缩短约一半，金属波纹管节省人工费用。

工期方面，以该涵为例洞口形式为八字式，涵洞基础采用砂砾石垫层，厚度为80 cm，涵管周围采用水泥稳定类材料，回填与路基同步施工，采用重型碾压机具进行压实作业，重型压实机具压不到位地方配备小型夯实机具，采用小型夯实机具夯实厚度不大于100 mm。结合以往类似工程的施工经验，一座2 m的钢筋混凝土盖板涵从基础处理至回填完毕，至少需要60 d～80 d左右;若采用直径为2 m的钢波纹管涵，每座涵洞施工时间为10 d～20 d，相比混凝土盖板涵缩短工期40 d～60 d。

7)金属波纹管有利于改善土地基结构物与路堤的“错台”现象，提高行车舒适性。

8)环保、低碳。

金属波纹管主要材料为钢材，较钢筋混凝土涵从根本上减少了水泥、碎石、砂子等建材的使用，使得金属波纹管更有利于环境保护、降低碳排放。

3.2 钢波纹管与钢筋混凝土盖板涵的区别

钢波纹涵管主要材料是波形钢板，钢板本身是刚性材料但经加工成涵管后是柔性结构，在上部荷载作用下，涵管本身断面会发生细微变化，通过与周围土体的相互作用，将荷载有效地传递给周围土体;钢筋混凝土盖板涵主要材料是钢筋混凝土，是刚性结构，在上部荷载作用下，涵洞本身不会发生变化，荷载传递的作用力主要由基础下的土体承担，通过对比分析可以看出，两者在荷载作用下受力完全不同，钢波纹管涵底部受力较小，而且可以将荷载分摊到周围土体，与周围土体共同承担荷截，对地基的要求相对较低，省去了钢筋混凝土盖板涵所需要的圬工基础，并且施工也较简单，缺少了模板、脚手架、钢筋绑扎、混凝土浇筑等工艺，使得结构物的综合造价明显降低。

综上所述，采用钢波纹管涵不仅造价低廉，且施工方便，省去了设置预制场地，尤其适用于工期比较紧，且地形比较复杂，大型机械设备无法到达的工程，能有效的保证业主工期。

4 钢波纹管涵施工工艺

测量放线→挖基及地基处理→铺筑基础垫层→安装管身→接缝填塞→涂刷防水涂料→涵管回填→出入口附属施工。

4.1 测量放线

在施工测量前认真核对控制点成果、线路坐标、施工图纸、结构物尺寸等内业数据，用于现场施工放样的资料数据必须经过第二个人的独立计算复核无误后，经过测量实施小组组长签字后实施。现场放样时首先复核三个控制点之间的角度、距离关系，确认控制点关系正确时进行放样。

4.2 挖基及地基处理

首先进行施工场地平整，测量放样，施工机械就位。基坑开挖视地质情况采用放坡开挖或钢板桩支护后垂直开挖。基坑开挖尺寸较设计尺寸宽出50 cm～100 cm。无水土质基坑底面按基础设计平面尺寸每边放宽不小于50 cm;对有水基坑底面，每边放宽不小于80 cm，四周设排水沟与汇水井位置，开挖中抽水不间断，抽水能力为渗水量的1.0倍～1.5倍，抽出的水远排防止回流到基坑。基底挖至接近设计标高时，停止机械开挖或爆破方法开挖，预留0.2 m厚，用人工辅助清理至设计标高，做到不超不欠。

基坑检验内容:基底平面位置、标高;基底承载力是否满足设计要求;基底有无积水、杂物，松散土质是否清洁、平整。

各种土质地基的处理方法如下。

4.2.1 优质土地基

开挖后的基底地层若是比较好的砂，碎石，砂砾土以及砂质土，基底承载力满足设计要求，只需清除10 cm以上的石块等硬物即可。

4.2.2 一般性土质地基

若开挖后的基底承载能力不能满足要求，但与设计要求承载力相差不大，采用夯实设备将涵管底基础原状土夯实，使其密实度达到设计要求后，将波纹管置于其上。

4.2.3 石质地基

钢波纹管本身是柔性体，不能直接置于刚性基础之上，否则会减小涵管的承载能力，降低本身的柔性，因此对于石质地基采用超挖一部分岩石，换填一定厚度的砂砾土，然后进行夯实。

4.2.4 软土地基

当涵管处于软土地基上时，需按照设计要求采用换填、水泥砂浆桩、高压旋喷桩等工艺进行地基处理，然后在处理完成的基底上填筑20 cm厚的砂砾垫层，并压实。

4.2.5 预拱度

钢波纹管涵本身属于柔性体，位于路堤下的波纹管，随着时间的推移和上部荷载的挤压，往往会产生一定程度的下沉，并且是涵洞中部下沉量大于出入口下沉量。因此，安装波纹管涵时要设置预拱度，预拱度设置的大小根据填土高度、涵洞纵坡以及预估下沉量等因素综合考虑，一般值取涵长的0.6%～1%，以确保涵洞中部不出现凹陷现象。

4.3 铺筑基础垫层

基坑经自检及监理工程师检验合格后，及时进行垫层施工，避免基底长时间暴露。垫层材料满足设计及规范要求。

4.4 安装管身

钢波纹管涵身采用管厂购置，并抽样检验报监理工程师审批，其各项技术指标必须满足设计规范的要求。管身安装前技术部门准确放出涵洞的轴线及出入口的位置，并复核涵底的纵坡，安装时注意中间管节和端头管节的位置，避免安装位置错误。管身安装应保证与垫层密贴，局部不密贴部位可采用砂垫层支垫密实，确保涵管受力均匀。基础排水坡度要与设计坡度一致，按照预设的预拱度进行铺设安装，保证安装完成的涵身平、顺、直。

4.5 接缝填塞

涵身全部安装完成后，为防止管节接缝处渗漏水，在所有管节内侧的接缝处采用聚氨酯密封胶进行填塞。

4.6 涂刷防水涂料

波纹管涵出厂时，涵身主体及所有构配件均已经过热镀锌处理，在正常使用的情况下，其镀膜可防止锈蚀，但为了增加防腐效果，涵身安装完成后，在管节内外壁涂刷一层防水涂料，以加强防腐蚀作用。

4.7 涵管回填

涵洞的两侧回填，按设计和规范要求填筑水泥稳定料。对称填筑、分层压实，采用压路机压实或内燃打夯机打夯，保证填土的密实度，密实度采用灌砂法检测。

4.8 出入口附属施工

出入口铺砌、锥体及检查梯为M10砂浆浆砌片石。施工时均采用人工挂线，挤浆砌筑法进行施工。出入口施工完毕，及时对出入口地貌进行疏通改沟，保证排水顺畅。

5 结语

本文通过对钢波纹管涵和钢筋混凝土盖板涵的应用研究及工艺介绍，说明钢波纹管涵较钢筋混凝土盖板涵明显工程造价低，施工简单快捷，且施工周期短，有利于工期的保证，尤其适合多雨地区及工期紧张工程。钢波纹管涵在我国推广时间还较短，随着城镇化的发展、基础设施建设的扩张，钢波纹管涵的应用会大幅增长，会被广泛的应用在国家的基础建设中。

［1］李祝龙.公路钢波纹管涵洞设计与施工技术［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］中华人民共和国交通运输部.公路涵洞设计细则［Z］.

［3］山西省交通规划勘察设计院.西纵高速公路右玉至平鲁段路基、桥隧、路面工程施工招标图纸［Z］.