公路工程用钢波纹圆管涵构造与施工要点

刘世龙

摘要：钢波纹管涵因其具有重量轻，运输与安装便捷;承载能力高，对基础不均匀沉降变形适应能力强等优点，在公路工程中广泛应用。钢波纹管涵有圆形、拱形、U型、马蹄形等多种结构形式，在实际工程中圆形最多。该文介绍了公路工程用钢波纹圆管涵管身构造、洞口构造、耐久性设计等要点，以及基础处理、管侧管顶回填等施工要点，可供同行参考。

关键词：钢波纹管涵;波纹管构造;波纹管安装

1 前言

钢波纹管涵是采用波形钢板制成整管分片拼装而成的一种涵洞形式。相较于传统的混凝土涵洞，钢波纹管涵具有诸多优点：

（1）重量轻，运输与安装便捷;

（2）施工周期短，有利于道路快速贯通;

（3）柔性结构，对地基承载能力要求低，对基础不均匀沉降变形适应能力强。

（4）易维护，全寿命周期经济效益好[1]。

经过多年的发展和推广，钢波纹管在公路工程中的应用日益广泛，并发展出了圆形、拱形、U型、马蹄形等多种结构形式[2]，不仅应用在涵洞工程中，也应用在旧桥加固、隧道加固等项目中。钢波纹圆管涵是上述诸多形式中应用最为广泛的一种。

2 钢波纹圆管涵构造要点

2.1 钢波纹圆管涵管身构造形式

钢波纹圆钢管为柔性结构，为方便运输，一般拆分后运输至现场再组装。根据不同的拆分与组装方式，可分为整管对接式、半圆对装式、多片拼装式三种，其各自的构造要点如下：

（1）整管对接式：一般适用于孔径不大于1.5m的波纹钢管，否则不方便运输与吊装。整管对接式一般管节长度为3m，也可根据运输和施工条件进行调整。管节两端在工厂焊接角钢法兰盘，管节之间在施工现场采用高强螺栓连接。连接时两端端面的法兰对合，法兰间加一层8mm×8mm石棉盘根密封垫，依靠螺栓的紧锁力来压紧密封垫实现连接密封要求。

（2）半圆对装式：为方便运输，将波纹钢管环形划分为2块板件，即两个半圆。在施工现场将板件按顺序进行搭接，并采用高强螺栓连接。高强螺栓拧紧后，在钢板连接处和螺栓孔处采用耐候密封胶密封。

（3）多片拼装式：适用孔径为超过2m的大孔径钢波纹管。为方便运输，将波纹钢管环形划分为多块板件。在施工现场将板件按顺序进行搭接，并采用高强螺栓连接，不得焊接。与半圆对装式相同，在拼接处采用耐候密封胶密封。

2.2 钢波纹圆管涵洞口构造形式

本图的钢波纹管涵洞口形式有八字墙式、竖井式、跌水井式、平头式、直管延长式等。其中八字墙式、竖井式、跌水井式与混凝土涵洞构造基本一致，这里对钢波纹管特有的平头式和直管延长式进行介绍：

（1）平头式：需要制作特殊的洞口管节，即在工厂制作与路基边坡呈相同坡率的开口斜切的波纹管节。适用于水流通过涵洞挤束不大和流速较小的情况。涵管两侧一定范围内采用浆砌片石护坡，预防水流冲刷危害路基。

（2）直管延长式：即采用直管（孔径大、河沟宽）或将涵管适当延长伸出路基边坡以外（孔径小，河沟狭窄）。涵管两侧一定范围内采用浆砌片石护坡，预防水流冲刷危害路基。这种洞口形式构造最为简单，缺点是景观性不足，在等级公路中一般不采用，推荐在施工便道等临时工程中应用。

2.3钢波纹圆管涵耐久性设计

钢波纹管管材和连接件在出厂前均需进行防腐处理。目前常用的防腐手段是热浸镀锌[3]，在强腐蚀环境下，镀锌单面附着量不小于600g/m2，在中等腐蚀和弱腐蚀环境下不小于300g/m2。随着防腐工艺的创新和发展，也有纳米复合粉末渗锌、高分子聚合物防腐涂层等新型工艺。

为防止冲刷对防腐层的磨耗，还可在波纹钢管内壁喷涂环氧树脂砂浆。

3 钢波纹圆管涵施工要点

钢波纹圆管涵一般施工顺序为：施工放样→基坑开挖→基础处理→管身安装→洞口铺砌→涵背回填→涵顶路基填筑→护坡防护。其中基础处理与回填与混凝土涵洞结构有较大差异，下面对其进行介绍。

3.1 钢波纹圆管涵基础处理

由于钢波纹圆管涵为金属柔性结构，其适应变形能力强，所以对基础材料要求不高。不同地质条件下的基底处理方法如下：

（1）优质地基：砾石、卵石、粗砂、中砂和碎石土地基基底可不做处理。

（2）一般地基：地基为粘土、轻亚粘土、亚粘土及破碎岩层时，应换填一定厚度的砂砾石作为基础。

（3）岩石地基：由于过于刚性的支撑不但会降低管壁本身所具有的良好弹性，而且还会减小涵洞的承载能力，所以波纹钢管不得直接置于岩石地基上或者混凝土基座上，应超挖一定厚度并换填砂砾石作为基础。

（4）软土地基：先进行软基处理，然后再开挖基础，基底采用砂砾石材料换填，厚度为0.3～0.5倍管径，且不小于0.5m。

（5）需要进行基底换填时，基础材料应采用具有一定级配的天然砂砾石，最大粒径不超过50mm，0.074mm以下粉黏粒含量不得超过3%。若当地砂砾石材料缺乏时，也可采用换填碎石、砾石或河砂及碎石土，但填料应满足最大粒径要求（不大于50mm）和抗冻胀要求。

（6）无论何种地质条件，均应采用级配良好的粗砂在基础表面设置一层10cm厚的均匀垫层，最大粒径不超过12mm。

（8）预留拱度要求：埋设于一般土质地基上的钢波纹管，经过一段时间后，常会产生一定的下沉，而且往往是管道中部大于两端。因此，铺设于路堤下的波纹管的管身要设置预留拱度。其大小根据地基土可能出现的下沉量，涵底纵坡和填土高度等因素综合考虑。在施工涵洞基础时设置预留拱度，通常可为管長的0.3%～1%，以确保管道中部不出现凹陷。

3.2 钢波纹圆管涵安装与回填要点

（1）波纹钢管两侧及顶部回填材料与换填的基础材料相同。寒冷地区两侧及顶部回填材料还应满足抗冻性要求。

（2）楔形部回填是钢波纹管施工的关键，应人工夯实。

（3）管顶填土前，对直径1.25m及以上的钢波纹管涵在管内设置一排竖向临时支撑;直径大于2.0m的，在管内设置竖向和横向十字临时支撑，防止其在填土过程中产生变形。管内临时支撑应在填土不再下沉后方可拆除。

（4）涵管两侧部位回填：填土之前，可在波纹管涵两侧面用红油漆按每15cm高度作出填高标示，填筑时按标注线控制，50cm范围内采用小型夯实机械夯实，以避免大型机械设备对管涵的撞击。

靠近管体周围0.5米范围内，不允许有大于50mm的石块等硬物。填筑时应分层填筑，分层压实，每层压实厚度为15cm，压实度达到要求后方可进行下一层填筑。填筑必须在涵管两侧对称同步进行，两侧的回填土高差不得大于15cm。对多孔平行排列的管涵，管节也应遵循同步对称回填的原则。

（5）涵管顶部回填：涵管上方当回填厚度小于60cm时采用手扶振动压路机或采用小于6t的静碾压路机压实。涵管顶部填土小于最小填土高度时，严禁一切重型车辆通行。

（6）对有端部挡墙的涵洞，从涵洞两端向结构的中心回填：对没有端部挡墙的涵洞，从涵洞的中心向两端回填。

4 结语

钢波纹圆管涵具有重量轻，运输与安装便捷;承载能力高，对基础不均匀沉降变形适应能力强等优点，其构造和施工要点如下：

（1）钢波纹圆管根据孔径、运输和安装条件不同可分为整管对接式、半圆对装式、多片拼装式。

（2）钢波纹圆管除可采用常规涵洞洞口形式，还可以采用平头式或直管延长式，但应充分考虑洞口的防冲刷防护。

（3）钢波纹圆管对各种地基适用能力均较强，但不能直接置于岩石地基上。

（4）钢波纹圆管应特别注意楔形部回填，管侧回填应对称施工。管顶填土厚度小于最低填土厚度时禁止车辆通行。

参考文献：

[1] 王军刚，刘强 钢波纹管涵在山区高速公路中的应用[J] 中外公路 2009（4）

[2] 冷弯波纹钢管（GB-T 34567-2017）

[3] 公路涵洞设计规范 （JTGT 3365-02—2020）