金属钢波纹管涵在山区旅游公路中的应用

刘文浩

摘 要：该文以太原西山旅游公路工程实例为研究对象，对金属波纹管涵的施工工艺、工程造价等方面进行对比研究，发现该类管涵具有传统涵洞无可比拟的优越性，可为金属波纹管涵在公路建设中的推广应用提供参考。

关键词：桥涵工程；金属钢波纹管涵；受力特性；工程实例

近年来，新材料、新工艺及新结构的不断被应用于公路建设中，金属波纹管涵作为新材料及新结构，具有延性好、变形能力强、抗震性能好、能适应不同的复杂地形等优点，此外还具有重量轻、设计简单、施工技术难度低及周期短等特点，因此，金属波纹管涵的出现正好就解决了传统涵洞所不能解决的问题。

1 金属钢波纹管的构造及特性

1.1构造形式

金属钢波纹管涵一般具有管涵、拱涵及管拱涵三种基本形式，连接的形式多为栓接、铆接及套接，工程应用过程中一般以管涵的形式居多；当波纹管涵直径为30～150cm时，多采用直径相同的两片半圆拼装而成，若直径大于150cm时多采用多片拼装而成，连接的形式常为栓接。

1.2 受力特性

1.2.1变形能力强

金属钢波纹管涵是一种柔性结构，波纹管在结构上具有横向补偿位移的优良特性，可充分发挥钢材抗拉性能强、变形性能优越的特点，具有较大的抗变形和抗沉降能力，能够避免上部构造物破坏的问题，因而避免了桥台跳车现场，提高了行车的舒适度与安全性，解决了由于圬工涵洞的沉降与路基的沉降不一致的问题。

1.2.2耐久性

金属钢波纹管涵一般采用工厂加工制作，出厂前涵管及配套附件均经过热浸镀锌处理，每一道工序都有严格的质量检查把关，运至施工现场后，在工地现场对其涂刷沥青，进一步加强对其外观的保护防腐，以增加其设计使用年限，后期运营过程中还可根据具体情况在管内壁增涂沥青涂层对其加强养护，相比传统圬工涵洞具有耐久性好、养护费用低、重建几率低等优点。

1.2.3施工简单、周期短

采用金属钢波纹管施工工期短，土建与型材安装可分开实施，然后进行整体拼装。此外，采用金属波纹管现场安装方便，一般采用高强螺栓连接，安装只需简单的安装工具，可以全部采用人工安装，不需要使用大型设备。

1.2.4生态破坏少、环保

金属钢波纹管涵主体全部用钢材制成，只是构造物的洞口部分使用一些片石等建材，采用金属钢波纹管减少或根本上舍弃了常规建材，如水泥、黄砂、石子、木材的使用，对周围施工环境的破坏少，利于环保。

2 工程实例

2.1 工程概况

太原西山农村旅游及防火通道工程北起新兰路土堂漫水桥，南到晋源区牛家口村接小牛线，线路覆盖西山地区，连通太原市内沿线各个景区（点），总长125.893km。该路段按照三级公路标准建设，路面宽度为8.5m（连接线为7.5m），桥梁设计荷载为公路-Ⅱ级。考虑到线路的重要性和地质地形的复杂性，更为重要的是该工程为政治工程，工期紧任务重，4月份进场，10月1日要求路面交工，因此，K9+088.05处原1-3x3m钢筋混凝土拱涵变更为金属钢波纹管涵，极大地减少了我项目部施工工期的压力。该管涵为圆形整体管，采用分片拼装管、高强螺栓连接，全长173m，线型由两个不同半径的圆曲线组成，管内流水面坡度为5.3%，流水方向从右侧流向左侧。

2.2 金属钢波纹管技术参数

该工程所用的波纹管涵的主要技术参数如表1及图1所示：

表一 主要技术参数

金属波纹 壁厚 波形 波高 波距 波谷半 波峰半

管直径/m /mm /mm /mm /mm 距/mm 距/mm

3 55 V形 55 200 27.5 27.5

波纹管所用材质用Q235-A或SS400热轧钢板加工成型，表面为热浸镀锌防腐处理，镀锌不小于600g/m2，平均厚度不小于84μm。连接方式：波纹板搭接、高强螺栓紧固，密封胶密封。

3.3 施工工艺

金属钢波纹管涵施工主要包括施工放样、基础垫层填筑、管身安装、涵背回填、洞口铺砌、护坡防护施工等工艺流程。

3.3.4 涵背回填

（1）为保证管底的回填质量，涵底楔形块处的填筑材料采用级配良好的天然砂砾或粗砂（含水量要求为最佳含水量2%左右），人工用木棒在管身外向內侧进行夯实，木棒的截面尺寸为15cm×15cm左右，木棒单次冲击力应达到9kg，木棒作用点必须紧贴管身，每个凹槽部位都必须夯实到位，然后用小型夯实机械斜向夯实，确保管底的回填质量。

（2）涵背两侧的部位回填采用级配良好的天然砂砾或粗砂，使用小型夯实机械夯实。

（3）填筑时应分层填筑、分层压实，松铺厚度为15cm，压实度要求达到96%方可进行下层填筑。填筑前在管节两侧用红色油漆按每15m高度标注，填筑时按标注线控制。

（4）填筑必须在涵管两侧同时对称、均衡地分层进行。

（5）涵洞上方回填厚度小于50cm时采用手扶振动压路机压实或用小于6t的静碾压路机压实，压实度不小于96%。

当通道顶填土大于50cm后，方可采用YZ20压路机施工，每层20cm，压实度大于等于96%。

3.3.5 护坡防护

洞口设计采用端墙形式。洞口铺砌及护砌防护M7.5浆砌片石，应选择几何尺寸相对长和短的石块交错在同一层使之形成错索结构，保证错缝砌筑，不得竖缝、通缝。外露面应选择石块质地适当，细致色泽均匀，无风化剥落无裂纹的大石块进行凿面凿纹，以确保工程外露面的平整和准确的几何尺寸，轮廓要求清晰，线条直顺优美，并勾凹缝。

3.3.5 检验评定

通过对已建成的金属钢波纹管涵进行质量检查发现浆砌片石管座垫层砂浆强度，垫层宽度及厚度满足设计要求，相邻管节底面错台也均满足要求；外观管壁竖直，接缝平整，填缝饱满，施工质量合格。

3.4 经济比较

一般条件下相同直径的金属钢波纹管涵每延米的造价是钢筋混凝土拱涵的0.7倍左右，是钢筋混凝土圆管涵的1.3倍左右。金属钢波纹管涵与钢筋混凝土拱涵、钢筋混凝土圆管涵的造价比较如表三：

表三 综合造价比较

直径 波纹管总费用 钢筋砼拱涵 钢筋砼圆管涵

/m /元·m /元·m /元·m

3 14700 22500 11500

对比表三各项数据可发现，钢波纹管涵的造价比钢筋混凝土拱涵的造价低出26%左右，且波纹管涵施工周期短，安装简单；钢波纹管涵的造价比钢筋混凝土圆管涵的造价高出28%左右，但前者施工周期短、受力性能好，其所产生的社会经济效益，要大于其工程造价所高出的部分，加之其后期养护费用低，重建几率小，从长远来看，其经济成本更低。

因此，金属钢波纹管的应用价值远大于传统涵洞，值得在山区旅游公路建设中推广。