钢波纹管涵洞在公路建设中应用技术分析

梁晗宇

（江苏平山交通设施有限公司）

在公路建设中，存在的最大影响因素是地基发生不均匀沉降。公路涵洞施工要保证质量就要注重材料的使用和工程结构的合理性。由于技术的进步，公路施工多使用钢波纹管涵洞，这类材料具有柔性、高强度的特点，可以很好地适应各类地基，具有抗基础变形的能力，对于消除地基不均匀沉降引发的破坏问题具有效果。钢波纹管涵洞由于存在轴向波纹，所以在轴向与径向可以同时分散荷载。钢波纹管结构由于优势明显，因此应用前景广阔。

1 钢波纹管的特点

1.1 钢波纹管涵的力学特点

钢波纹管涵的突出特点体现在柔性，壁面进行了波纹化处理，所以管壁方向的截面惯矩明显增强，管的抗压和稳定性得以显著提升。钢波纹管涵在轴向的抗变形能力也很强，由于有伸展余地，方便应用于多种施工区域。特别是地基基础易发生变形的条件下还可以保持优良的径向和轴向特性，体现出分散荷载的优势，所以不权可以适应于软弱地基的施工，在施工中还可降低地基的处理标准。在不良地质区域的施工，钢波纹管结构具有明显的优势，如图1所示。

图1 钢波纹管拼装示意图

1.2 钢波纹管的结构特点

钢波纹管由于具有横向波纹所以结构体现出挠性、薄壁的特点，在应用中体现出弹性特性和密封特性，在外力的作用下，可以很好地适应轴向、径向、角向、侧向的载荷作用，并且密封性能可以保证。钢波纹管的性能特点和结构关，不同的结构体现出不同的性能，结构和波型有关，波型是指管子轴向的波纹形状。钢波纹管主要有U型、Ω型、C型、S型。为了保证波纹管承压的效果，降低本体的刚度，还设计出多层波纹钢管，另外还可以有加强环。钢波纹管的结构不同所以力学性能存在差异，应用领域也有所不同。管道连接只需要保证轴向受压可靠。而作为涵洞使用，要考虑到环向受压的影响。钢波纹管应用于涵洞，截面有圆形、拱形以及椭圆形。在进出口部位可以依据需要做成斜口。小孔径涵管多设计为整体结构，大孔径涵管为了保证施工方便采用了多片拼装，此外还有采用螺栓、铆接、焊接等联接形式。管子的壁厚为5～8mm，可以保证填土厚度0.3～80cm。相关研究表明，回填土如果厚度超过了80cm，波纹钢管本体只能承担70%的载荷，而岩土可以承担30%的载荷。因此波纹钢管与周围岩土共同作用为复合结构来承压。钢波纹管涵的材质多为Q235钢材，为了防止发生腐蚀，壁表面镀锌后涂沥青，管节采用螺栓联接，中间夹密封胶垫。波形有环形和螺旋两种。

2 公路施工应用钢波纹管涵洞的优势

2.1 适应性能好

在公路建设中，钢波纹管可以适用于多种特殊的地基，如地基本身的承载力不足，易发生较大的沉降，易发生变形。钢波纹管由于具有特殊的结构，所以既体现出良好的刚性又具有良好的柔性，管子整体的受力较合理。在放入地下土层后，土体与波形管的共同作用可以承受外部荷载的变化。钢波纹管涵由于结构上的优势，不同于钢筋混凝土浇筑的管涵，所以可以更好地适应地形的变化。在土壤中，存在着分布不规划的电流和一些微量的化学物质，这些条件会给管材带来一定的腐蚀作用。钢波纹管具有很强的耐腐蚀性，相对来说，这类腐蚀的影响较轻。钢波纹管具有良好的综合使用性能，所以将钢波纹管用于公路工程时不需要防腐处理。钢波纹管可以长久使用，一般情况下，它的使用寿命可以超过50年。

2.2 施工操作简单

在公路施工中，采用钢波纹管涵洞可以降低工程造价，和同类的桥、涵洞混凝土工程相比，更有优势。采用钢波纹管涵洞还可以降低施工工期，施工中最为关键的技术是进行拼装，所以工程质量控制的因素较少。在公路建设中，采用钢波纹管涵洞可以实现标准化设计和施工，可以延长涵洞的使用寿周期。从构造方面来说，钢波纹管涵的施工和钢筋混凝土浇筑的拱涵、盖板涵相比，其施工采用了波纹板相互搭接的方式，借助密封胶和高强螺栓就可以完成安装。在公路施工中，可以依据施工区域的特点定制特殊形式的钢波纹管涵。以施工中更加方便快速，有利于保证施工效果。但是为了保证管涵的安全使用，要保证工艺流程的科学合理，管涵选型要保证可靠性。在设计时要考虑到管涵的强度，如果不能正确分析管涵的受力情况，设计强度存在偏差时，管涵的选用会不能满足通行的要求，在使用中也容易发生质量问题。

2.3 可以应用于不同的地区

钢波纹管涵洞的优势体现在抗沉降与抗变形，所以可以适用于地基承载效果不好的区域，如软土、湿陷性黄土等，还可以应用于地质条件多变的地区，如四川、贵州等地。还可以应用于高寒地区。我国的东北、西北等地区的冬季气温较低，易发生冰冻问题。冰冻问题的存在会影响钢筋混凝土的耐久性。钢波纹管涵在低温条件下的质量稳定，耐久性和稳定性突出，这有利于降价施工的成本，方便后期的维护。

2.4 保护环境

钢波纹管涵施工不同于盖板涵或拱涵，由于施工材料的变化更加有利于环保，盖板涵或拱涵主要采用了混凝土和石料，而钢波纹管涵施工不需要上述材料，因此由于材料的改变可以降低施工对于环境产生的不利影响，有方便后期的管理维护。

3 钢波纹管涵在公路工程施工中的应用

3.1 基础施工要点

管施工前，要确定管路的准确位置，然后再根据设计要求完成按定桩怀放线，一般的桩位距离是30m。在路面放线时可以采用白灰撒双道线的方式，这样可以保证管位在开挖时位置不会发生偏移。在沥青路面进行施工时，要用切割机对路面切割成双线，可以使用用风爆机去除路面上的沥青。由城于市道路下方的隐蔽工程及地下的管网分布较多，所以在实施土方工程时不能使用机械开挖。采用人工开挖管沟时，要以上口宽度和深度进行计算开挖量。对于管沟边坡的系数要土壤的不同类别及物理力学特性来计算。根据经验公式，如果管沟的深度小于3m时，边坡的系数是0.33；当管沟的深度大于或等于3m时，边坡系数是0.5。在施工中，开挖后土方不能直接推在管沟沟壁的两侧，以防塌方现象的发生，土堆距离沟边要大于厘米，如果是在南方多雨地区施工，还要做沟边的支撑，并需要有排水措施，要对相邻管线进行保护。形成的沟槽底部要应平整牢固。在沟底的废旧物品、石块以及垃圾等物品，必须清除干净。在沟底要敷一层厚度大于1cm的砂土，并夯实平整。铺设后，在对管沟进行回填时，先要用细砂填至管顶，然后再用分层回填的方式进行，要边回填边夯实，可以在距管路不远处设一条警示带，以保护管道在日后的运行中不受到人为的损坏。

3.2 公路建设钢波纹管涵洞的施工特点

在公路建设中，采用钢波纹管涵洞体现出如下特点：首先是公路施工的工艺流程比较特殊，在施工前要进行放样、围堰、排水、清淤、平整等工序。在施工中要控制压实度和含水量，还要测量水准。在施工中对于基础要分层回填，压实度和含水量达到要求后完成拼装管节，还要检测密水与管底的纵坡情况，防腐涂层如果发生损坏要补救。施工中最为关键的内容是要保证涵管的就位，涵管两侧要采用分层回填的方式。

涵管施工的拼装流程如下：先要检查涵管管节的完整性，然后吊装涵管运到施工区域，涵管的进出口要拼装前要进行校对，法兰盘和螺丝孔要对齐，安装螺栓和螺母，密水垫要填充效果，螺栓拧紧要受力均匀。涵管内外壁沥青要涂均匀。涵管拼装完成后要进行检测。

在施工中管节全部安装后，要针波纹管涵与旧涵连接处的端部空隙加以封端处理，还要在涵底部，高程大的一端进行处理，预留送口与排气孔，如果由于地形限的影响可以结合实际加以预留。在封端施工后要静置48h后完成后续的施工。以保证封口处达到一定的强度。

上述完成后要进行注浆处理。主要有三个工序：①泵送混凝土，直至全部完成泵后，然后插入钢花管，对泵送口进行封堵，然后预留注浆口及排气口。②借助钢花管完成砂浆，压力通常设置在0.6～0.8MPa，压浆要保证排气孔有浆液浓度排出并和入口高度一致。③观察注浆效果，如果存在缝隙或气泡，还要采用压力注浆的方式。最后完成封闭，需要保持5min以上，还要保证压力高于0.6MPa以上。

由于波纹管涵采用的材料全部是金属，对于管节和各部螺栓均要实施防腐处理。为了消除在运输和吊装中对防腐表层产生的破坏，在管节运到施工现场后，再进行防腐喷涂。当前主要的施工方法是用热沥青在管的内外侧喷涂。

在施工完成后，要加固钢波纹管涵，端部与新建混涵之间，要应用细石混凝土完成加固，还要唯排水效果。在施工完毕后投入使用后，要定期对钢波纹管涵的使用情况进行检查，重点要检查钢波纹管的变形情况和表锈蚀情况，要定期进行防腐保养。

4 结束语

在公路建设中，钢波纹管涵洞由于在结构和性能方面具有的特殊优势所以可以应用于多种不良地基条件。由于钢波纹管涵洞可以适应多种基地，体现出消除基础变形的能力。因此可以解决由于沉降发生不均匀产生的破坏的问题。在钢波纹管涵洞的应用中，要注意发挥其柔性和强度方面的特点，施工中要依据相关的技术标准和要求，保证施工质量可靠。