鋼波紋管涵的施工特點研究

張有飛

摘要： 鋼波紋管是一種典型的空間結構，在公路與鐵路，市政及建筑、煤礦、民用、軍用等領域得到了廣泛的應用，本文主要介紹鋼波紋管涵在施工中的優點及適用范圍，管涵孔徑的確定，管座與基礎的關系，施工要求等方面的內容。

關鍵詞：鋼波紋管涵 使用優點 施工要求

1 前言

鋼結構具有良好的延性，抗拉、抗壓、抗剪強度較高，構件結構斷面小、自重輕，施工速度快，可提供大跨度結構。平板網架、網殼以及懸索結構等空間鋼結構越來越得到人們的青睞，鋼波紋管就是其中一種典型的空間結構。波紋管涵最早誕生于英國（1784年），隨后在美國、加拿大、日本等世界各地安裝使用，證明此種結構物在各種使用情況下的通用性，而且其壽命已超過了設計壽命。公路涵洞中涵洞的不均勻沉降是其破壞的主要型式之一，采用柔性、高強度的鋼波紋管涵洞，不僅具有適應地基與基礎變形的能力，可以解決因地基基礎不均勻沉降導致的涵洞破壞問題，而且鋼波紋管涵洞由于軸向波紋的存在使其具有優良的受力特征，軸向和徑向同時分布因荷載引起的應力應變，可以更大程度上分散荷載的應力集中，更好地發揮鋼結構的優勢。尤其在多年凍土、軟土、膨脹土、濕陷性黃土等不良工程巖土地區，利用鋼波紋管結構修筑涵洞更具有優勢，也更具有廣闊的應用前景。在我國青藏公路、青康公路、寧黨公路、大興安嶺加漠公路、上海四號線莘朱公路等工程中得到了廣泛的應用。

2 鋼波紋管涵洞優點及適用范圍

鋼波紋管涵洞的工程實際造價比同類跨徑的橋、涵洞低，施工工期短，主要為拼裝施工。鋼波紋管涵洞在制造過程中采用標準化設計、生產，設計簡單，生產周期短，生產不受環境影響，進行集中工廠化生產，有利降低成本，控制質量。在施工過程中，現場安裝不需使用大型設備，安裝方便，同時減少了水泥、塊片石或碎石、砂等的用量，有利于環保，有利于改善軟土、膨脹土、濕陷性黃土等特殊地基結構物處得不均勻沉降問題，提高了公路服務性能，減少了工后養護成本。同時，解決了北方寒冷地區（霜凍）對橋梁混凝土結構的破壞。

鋼波紋管涵是一種柔性結構，在結構上具有橫向補償位移的優良特性，具有較大的抗變形和抗沉降能力，特別適合于軟土、膨脹土、濕陷性黃土等地基承載力較低地區和地震多發地區。由于鋼波紋管涵施工工期短，減短了多年凍土的裸露時間，凍融量小，故特別適用于多年凍土地區，其施工時對環境的破壞小，適用于生態環境脆弱的地區。鋼波紋管涵施工只需對基礎和進出口進行處理，砂、石材料用量小，適用于砂、石材料缺乏的地區，其能代替鋼筋混凝土進行涵洞施工有利于解決北方寒冷地區冬季管涵混凝土結構的破壞問題，適用于高原地區。由于采用標準化設計，生產不受環境影響，也適用于質量要求高、工期緊的工程項目。

3 鋼波紋管涵的選用

3.1 鋼波紋管涵孔徑的確定

新設計鋼波紋管涵時孔徑的確定采用現行鋼筋混凝土蓋板涵孔徑確定的有關部門規定；原設計為鋼筋混凝土圓管涵，變更設計采用鋼波紋管涵時，由于鋼波紋管涵管內的粗糙系數為0.030-0.035，比鋼筋混凝土管內的粗糙系數為（0.010-0.012）大，故需將設計確定的鋼筋混凝土管的孔徑增大一經。

3.2 管壁厚度的確定

普通金屬波紋管均有定型產品，可根據《公路施工手冊（橋涵）下冊》參值進行選定，一般可不必進行詳細設計計算，可參照下表進行選擇使用。

3.3 鋼波紋管涵管頂最小填土厚度確定

3.4 鋼波紋管涵的布置

（1）斜交洞口的處理

當涵洞與路線斜交時，其洞口建筑所采用的各種形式與正交時基本相同。根據洞身的構造不同，有兩種處理方法：

a. 斜交斜做

為求外形美觀及適應水流條件，可使涵洞洞身端部與路線平行，此種做法稱為斜交斜做。對于鋼波紋管涵、蓋板涵和箱涵，運用斜交斜做法比較普遍。在這種情況下，除洞口建筑外，還須對涵身的兩端另行設計預制，以適應斜邊的需要。

b. 斜交正做

在管涵中，為避免兩端圓管的施工困難，可采用斜交正做法處理洞口。即涵身部分與正交時完全相同，而洞口的端墻高度予以調整，一般將端墻設計成斜坡形或階梯形。為使水流順暢，宜配合路堤邊坡對洞口建筑另行設計。

（2）管底縱坡過大的處理

為減少水流對管底沖刷，管底縱坡一般不宜大于50，當管埋位置的天然地面坡度較陡時，可按設計要求進行處理。當涵底縱坡大于50時，其基礎底部頂每隔3m-5m，設置防滑隔墻。

（3）多孔鋼波紋管涵的橫向間距

多孔鋼波紋管涵相鄰兩管之間應有足夠的填土高度，使相鄰兩管的填料易于壓實。國內鋼筋混凝土管涵，當直徑D≤2.0m時，凈間距e一般為0.25m。國外資料關于金屬波紋涵管兩管之間凈間距e如下表。

3.5 鋼波紋管涵的管座與基礎

修建波紋管涵，一般都要在天然地面或經嚴格夯實的填土上挖掘埋設管道的溝槽。其開挖槽寬，不但應方便管側填土的夯填，而且還應滿足設計上需要的基礎寬度。

據經驗，在填方不高路段上修建涵洞，以采用先填路基，然后開挖溝槽埋設涵管的方法較好。為使作用于管道上的外力較均勻的分布于地基與管側填土之中，波紋管底還應有一個較理想的管座與基礎?；A材料應用級配較好的沙礫。

在波紋管底，不管其基礎材料如何，都應在放置管道的基礎上修筑或填筑一道理想的弧管座，使管座與管身緊密的貼合。管座材料必須勻質、無大石塊等硬物，且堅固耐用。若基礎材料甚好，也可直接先將管道置于溝底，隨后再認真填筑管身兩腋托之下的填土，使之形成一個良好的管座。

4 施工基本要求

4.1 時間要求

建議鋼波紋管涵施工宜選擇的暖季，氣溫宜高于零度，一般在我國北方宜控制在四月底以后至十一月初；寒冷地區宜控制在五月底以后至十月初，局部極寒冷地區施工季節宜控制在6-9月。

4.2 防腐蝕要求

由于鋼波紋管涵洞材料均為金屬，對購置的管節和連接螺栓等均需要作防腐處理，此外由于現場施工難免出現局部的防腐涂層存在缺陷和遭到破壞，需要根據具體情況采取一定的補救措施，如增涂涂層。

4.3 管周材料要求

a.基礎材料要求

由于鋼波紋管涵洞為金屬結構，其適應變形能力較強，但其對基礎材料要求相對不高，一般不需采用混凝土基礎，采取沙礫換填即可。在軟土地區等和多年凍土地區等處采用混凝土基礎波紋管涵洞的服務性能不一定比沙礫基礎的強。膨脹土、濕陷性黃土等地區基礎應根據需要做好隔水處理。

b.兩側及頂部回填材料要求

在寒冷地區，兩側及頂部一定范圍內（如0.5-2米）回填材料

要求同基礎材料要求。頂部一定范圍以外可采用路基填筑材料。非寒冷地區，兩側及頂部回填材料可采用路基填筑材料。

4.4 壓實度要求

基礎應采用振動壓實機械進行分層碾壓，碾壓時宜根據回填材料

的含水量及擊實曲線灑水碾壓，壓實度不小于規范要求；構造物或路基填土高度較高時（如路基填土高度大于10.0米），需要針對具體情況對基礎承載力作具體要求。具體施工技術要求詳見《公路路基設計規范》和《公路路基施工技術規范》。

5 結束語

隨著國內鋼波紋管涵洞的廣泛應用，關于波形和壁厚優化的研究將逐步深入，優化后的波形可以采用相對較薄的結構鋼適應相同的填土及汽車荷載標準。相應地，鋼波紋管涵洞壁厚的減薄及波形的減小，可以減少用鋼量，降低造價，具有明顯的社會效益和經濟效益。

圖片顯示鋼波紋管涵

參考文獻

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