钢波纹管涵的施工特点研究

张有飞

摘要： 钢波纹管是一种典型的空间结构，在公路与铁路，市政及建筑、煤矿、民用、军用等领域得到了广泛的应用，本文主要介绍钢波纹管涵在施工中的优点及适用范围，管涵孔径的确定，管座与基础的关系，施工要求等方面的内容。

关键词：钢波纹管涵 使用优点 施工要求

1 前言

钢结构具有良好的延性，抗拉、抗压、抗剪强度较高，构件结构断面小、自重轻，施工速度快，可提供大跨度结构。平板网架、网壳以及悬索结构等空间钢结构越来越得到人们的青睐，钢波纹管就是其中一种典型的空间结构。波纹管涵最早诞生于英国（1784年），随后在美国、加拿大、日本等世界各地安装使用，证明此种结构物在各种使用情况下的通用性，而且其寿命已超过了设计寿命。公路涵洞中涵洞的不均匀沉降是其破坏的主要型式之一，采用柔性、高强度的钢波纹管涵洞，不仅具有适应地基与基础变形的能力，可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题，而且钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征，轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变，可以更大程度上分散荷载的应力集中，更好地发挥钢结构的优势。尤其在多年冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等不良工程岩土地区，利用钢波纹管结构修筑涵洞更具有优势，也更具有广阔的应用前景。在我国青藏公路、青康公路、宁党公路、大兴安岭加漠公路、上海四号线莘朱公路等工程中得到了广泛的应用。

2 钢波纹管涵洞优点及适用范围

钢波纹管涵洞的工程实际造价比同类跨径的桥、涵洞低，施工工期短，主要为拼装施工。钢波纹管涵洞在制造过程中采用标准化设计、生产，设计简单，生产周期短，生产不受环境影响，进行集中工厂化生产，有利降低成本，控制质量。在施工过程中，现场安装不需使用大型设备，安装方便，同时减少了水泥、块片石或碎石、砂等的用量，有利于环保，有利于改善软土、膨胀土、湿陷性黄土等特殊地基结构物处得不均匀沉降问题，提高了公路服务性能，减少了工后养护成本。同时，解决了北方寒冷地区（霜冻）对桥梁混凝土结构的破坏。

钢波纹管涵是一种柔性结构，在结构上具有横向补偿位移的优良特性，具有较大的抗变形和抗沉降能力，特别适合于软土、膨胀土、湿陷性黄土等地基承载力较低地区和地震多发地区。由于钢波纹管涵施工工期短，减短了多年冻土的裸露时间，冻融量小，故特别适用于多年冻土地区，其施工时对环境的破坏小，适用于生态环境脆弱的地区。钢波纹管涵施工只需对基础和进出口进行处理，砂、石材料用量小，适用于砂、石材料缺乏的地区，其能代替钢筋混凝土进行涵洞施工有利于解决北方寒冷地区冬季管涵混凝土结构的破坏问题，适用于高原地区。由于采用标准化设计，生产不受环境影响，也适用于质量要求高、工期紧的工程项目。

3 钢波纹管涵的选用

3.1 钢波纹管涵孔径的确定

新设计钢波纹管涵时孔径的确定采用现行钢筋混凝土盖板涵孔径确定的有关部门规定；原设计为钢筋混凝土圆管涵，变更设计采用钢波纹管涵时，由于钢波纹管涵管内的粗糙系数为0.030-0.035，比钢筋混凝土管内的粗糙系数为（0.010-0.012）大，故需将设计确定的钢筋混凝土管的孔径增大一经。

3.2 管壁厚度的确定

普通金属波纹管均有定型产品，可根据《公路施工手册（桥涵）下册》参值进行选定，一般可不必进行详细设计计算，可参照下表进行选择使用。

3.3 钢波纹管涵管顶最小填土厚度确定

3.4 钢波纹管涵的布置

（1）斜交洞口的处理

当涵洞与路线斜交时，其洞口建筑所采用的各种形式与正交时基本相同。根据洞身的构造不同，有两种处理方法：

a. 斜交斜做

为求外形美观及适应水流条件，可使涵洞洞身端部与路线平行，此种做法称为斜交斜做。对于钢波纹管涵、盖板涵和箱涵，运用斜交斜做法比较普遍。在这种情况下，除洞口建筑外，还须对涵身的两端另行设计预制，以适应斜边的需要。

b. 斜交正做

在管涵中，为避免两端圆管的施工困难，可采用斜交正做法处理洞口。即涵身部分与正交时完全相同，而洞口的端墙高度予以调整，一般将端墙设计成斜坡形或阶梯形。为使水流顺畅，宜配合路堤边坡对洞口建筑另行设计。

（2）管底纵坡过大的处理

为减少水流对管底冲刷，管底纵坡一般不宜大于50，当管埋位置的天然地面坡度较陡时，可按设计要求进行处理。当涵底纵坡大于50时，其基础底部顶每隔3m-5m，设置防滑隔墙。

（3）多孔钢波纹管涵的横向间距

多孔钢波纹管涵相邻两管之间应有足够的填土高度，使相邻两管的填料易于压实。国内钢筋混凝土管涵，当直径D≤2.0m时，净间距e一般为0.25m。国外资料关于金属波纹涵管两管之间净间距e如下表。

3.5 钢波纹管涵的管座与基础

修建波纹管涵，一般都要在天然地面或经严格夯实的填土上挖掘埋设管道的沟槽。其开挖槽宽，不但应方便管侧填土的夯填，而且还应满足设计上需要的基础宽度。

据经验，在填方不高路段上修建涵洞，以采用先填路基，然后开挖沟槽埋设涵管的方法较好。为使作用于管道上的外力较均匀的分布于地基与管侧填土之中，波纹管底还应有一个较理想的管座与基础。基础材料应用级配较好的沙砾。

在波纹管底，不管其基础材料如何，都应在放置管道的基础上修筑或填筑一道理想的弧管座，使管座与管身紧密的贴合。管座材料必须匀质、无大石块等硬物，且坚固耐用。若基础材料甚好，也可直接先将管道置于沟底，随后再认真填筑管身两腋托之下的填土，使之形成一个良好的管座。

4 施工基本要求

4.1 时间要求

建议钢波纹管涵施工宜选择的暖季，气温宜高于零度，一般在我国北方宜控制在四月底以后至十一月初；寒冷地区宜控制在五月底以后至十月初，局部极寒冷地区施工季节宜控制在6-9月。

4.2 防腐蚀要求

由于钢波纹管涵洞材料均为金属，对购置的管节和连接螺栓等均需要作防腐处理，此外由于现场施工难免出现局部的防腐涂层存在缺陷和遭到破坏，需要根据具体情况采取一定的补救措施，如增涂涂层。

4.3 管周材料要求

a.基礎材料要求

由于钢波纹管涵洞为金属结构，其适应变形能力较强，但其对基础材料要求相对不高，一般不需采用混凝土基础，采取沙砾换填即可。在软土地区等和多年冻土地区等处采用混凝土基础波纹管涵洞的服务性能不一定比沙砾基础的强。膨胀土、湿陷性黄土等地区基础应根据需要做好隔水处理。

b.两侧及顶部回填材料要求

在寒冷地区，两侧及顶部一定范围内（如0.5-2米）回填材料

要求同基础材料要求。顶部一定范围以外可采用路基填筑材料。非寒冷地区，两侧及顶部回填材料可采用路基填筑材料。

4.4 压实度要求

基础应采用振动压实机械进行分层碾压，碾压时宜根据回填材料

的含水量及击实曲线洒水碾压，压实度不小于规范要求；构造物或路基填土高度较高时（如路基填土高度大于10.0米），需要针对具体情况对基础承载力作具体要求。具体施工技术要求详见《公路路基设计规范》和《公路路基施工技术规范》。

5 结束语

随着国内钢波纹管涵洞的广泛应用，关于波形和壁厚优化的研究将逐步深入，优化后的波形可以采用相对较薄的结构钢适应相同的填土及汽车荷载标准。相应地，钢波纹管涵洞壁厚的减薄及波形的减小，可以减少用钢量，降低造价，具有明显的社会效益和经济效益。

图片显示钢波纹管涵

参考文献

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