浅谈钢波纹管涵在公路中的应用

期刊目录网机械论文发表2012-11-26 10:41关注(1)

　　【摘要】公路涵洞中，涵洞的不均匀沉降是其破坏的主要形式之一。采用柔性和高强度的钢波纹管涵，不但具有适应地基与基础变形的能力，而且由于轴线波纹的存在使其具有更加强大的抵消外力的特性，同时具有设计简单、造价底的特点，本文结合杭瑞高速公路思遵段第SZTJ-14合同段的施工实际情况对钢波纹管涵的施工工艺和技术要求进行如下探讨。

　　1、前言

　　钢波纹涵管与混凝土涵在结构上有着根本的不同，从材料与结构和功能的本质关系上分析，钢波纹管在结构上由于钢结构端面小、自重轻，具有良好的延性，抗拉、抗压、抗剪强度较高，且具有轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变特性，充分发挥钢材的抗拉性能、变形能力强的特点，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。从施工工期看，一般钢波纹管涵洞施工工期仅为3～20天，相比钢筋混凝土盖板涵、箱涵、圆管涵节省工期1～2个月，加快建设步伐，且节约大量的石材、水泥，有利于环保，社会经济效益明显。该产品具有的工期短、重量轻、安装方便、耐久性好、工程造价低、抗变形能力强、减少通车后养护成本等特点。

　　根据调查，钢波纹管由于采用镀锌处理和沥青防腐处理后，使用年限可超过100年。拼装波纹管管节采用Q235-A热轧钢板，每圈由几块钢板连接组成整体，再进行纵向连接成型。连接螺栓采用M 208.8 级高强度螺栓及HRC35级弧型垫圈，钢板表面经过热镀锌处理，板接缝处采用专用密封材料密封，管涵基础为50-100cm的砂砾垫层，密实度达N95%，洞口铺砌采用M 7.5浆砌片石铺砌，管涵流水面坡度为5% 。一般钢波纹涵管有圆形、椭圆形、半圆形等，进出口也可按照边坡比例做成斜口，加工波纹管管径范围Φ0.5m～Φ8m，管壁厚度为3mm～7mm，能够满足填土0.5m～40m厚的需要。

　　2、钢波纹涵管在杭瑞高速思遵段的应用情况

　　杭瑞高速公路思南至遵义段位于贵州省中部偏北的铜仁地区与遵义地区之间，与原国道326线毗邻，途经思南县、凤冈县、湄潭县、遵义县境内，是国家“7918”高速公路网中(横12)杭州至瑞丽国家高速公路在贵州境内的一段，也是贵州省规划的“678”(六横七纵八联)骨架公路网中第二横的重要组成部分，同时是东西向运输的重要通道，项目建设是完善国家高速公路网和贵州省骨架公路网，满足交通量日益增长的需要，对促进我国东、西部经济文化交流，缩小东西差距，促进沿线各市县经济均衡发展，加速黔北、黔东地区资源开发，实现沿线地区社会经济可持续发展均具有重要意义。

　　思遵高速公路第SZTJ-14合同段土建工程软弱地基较多，部分地势低洼段落为淤泥地质，且软弱层达3～4.5m，地基承载力达不到设计要求，为满足当地村民今后发展和车辆通行，不宜采用圆管涵、盖板涵、拱涵，在虾子互通AK0+450处和主线K275+530处同时采用了钢波纹管涵，涵洞洞身分别长55m和34m，洞口形式均为八字墙，孔径同为6m，管壁厚度5㎜，基础垫层为20cm碎石砂砾，采用振动压路机碾压，压实度不小于95%，填土高度为8.4m和4.5m。该产品质量保证期50年，孔径为6米的钢波纹管涵工程造价约35000元/延米。

　　3、钢波纹管涵施工技术要求

　　3.1 挖基

　　施工中，首先对软弱地基进行处理，清除表层淤泥土，然后，在其上填一层大于100cm厚的优质砂砾垫层，填筑宽度为2×2m+涵管直径，并夯实紧密，以保证钢波纹管涵的均匀受力，基础采用振动压实机械进行碾压，碾压时宜根据回填材料含水量及击实曲线洒水碾压，压实度不小于规范要求，一般要达N95%。

　　3.2 预留拱度

　　埋设于一般软弱土质地基上的波纹管，经过一段时间后，会产生一定的下沉，而且往往是管道中部大于两端。因此，我部在铺设的波纹管的管身设置了预留拱度。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，通常可为管长的0.6%～1%，最大不宜大于2%，以确保管道中部不出现凹陷或逆坡。

　　3.3钢波纹管的运输及安装

　　钢波纹管涵为表层镀锌的钢板现场拼装组合而成，因此，运输中防治对钢板表层的镀锌损伤，更不能直接将镀锌钢板从运输车上翻拉下来，应采取吊车装卸。

　　A、施工前准备

　　⑴ 备齐安装工具：梅花扳手(22～24)、活口扳手、小撬棍(ø16mm长度50cm左右的圆钢)、撬杠(ø50mm长度1.8m左右的钢管)、手锤、凿子、螺丝刀(一字形)、千斤顶。

　　⑵ 备齐涵管安装所需配件：螺丝及橡胶石棉垫。

　　⑶ 检测波纹管各管节的长度、直径是否与该处涵洞相符合。

　　⑷ 设涵管安装指挥员一名，负责指挥起吊及施工人员现场操作。

　　B、安装操作方法

　　⑴ 安装前工作：检查涵管底部基础平整度、水平、标高;核对土建基准，确定涵洞位置、中心轴线、中点。

　　⑵ 连接安装波纹管：根据涵洞实际情况，排放涵管。如果涵洞两侧进出水口是与路基同坡度的斜口形式，安装时先安装中间管节，在基础长度方向留出进出水口的位置。中间管节全部安装完毕，校正就位后再安装两侧进出水口。安装时从一侧排放第一根管节，使其管子中心和基础纵向中心线平行，同样把第二根管放置就位，当两根管相邻法兰间相距3～5cm的缝隙时，用小撬棍对准法兰上的螺栓孔，使其两根管法兰上的螺栓孔对正，这时从第二节管的另一端用撬杠撬动管节，使其纵向平移，使两法兰间距在2cm左右，然后全部穿上螺栓，拧上螺丝，带平扣即可。此后依此方式逐节依次连接，每道涵洞中间管节无先后次序，可以随意连接。底板以中心轴线、中点为基准定位好第一张钢波纹板，以此为起点沿轴线向两侧依次延展，轴向搭接长度120㎜，以上板叠在下板原则以此进行拼装。如出现偏位，采用千斤顶在偏位的方向向上顶管节进行纠偏，直至两端。圆周向搭接长度50㎜，第二张钢波纹板叠在第一张上面，对正连接孔，用套筒扳手预紧螺母，圆周向采取阶梯状错位搭接，两侧波纹管对称安装，圆周向拼装满3片钢波纹板时，要测定一次截面形状，每安装5米进行一次管节的位置校正，如出现偏位，采用千斤顶在偏位的方向向上顶管节进行纠偏。

　　⑶ 镶石棉垫：由于现场地势等原因，有时相邻两法兰之间间距较小，这时用手锤、凿子把两法兰之间凿开大约1cm的缝隙，用螺丝刀把石棉垫镶在两法兰之间，有时管子顶部两法兰间距较大，石棉垫镶嵌困难，用绑丝把石棉垫绑在螺栓上固定，然后工人开始对称锁紧螺丝。直至从外观看两法兰之间只有2—3mm的缝隙即可。

　　⑷ 管壁内外防渗处理：管壁内外涂乳化沥青或热沥青两道和煤油的拌和物，从外观看管壁内外均匀的涂成了黑管即可。一般沥青涂层的厚度要达到1mm。以加强防腐蚀的作用。

　　⑸ 用千斤顶校正整道涵管，使其中心在所规定的中心线上。

　　⑹管节安装需在管节内外搭设施工脚手架，以方便施工操作。

　　⑺最后检测其结构尺寸及防腐是否达到设计要求。

　　3.4 涵背回填

　　(1)为保证管底的回填质量，管底楔形块处的填筑材料采用级配良好的天然砂砾 ( 含水量要求比最佳含水量大2%左右 )，人工用木棒在管身外向内侧进行夯实，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。或采用细石砼震动棒捣实。

　　(2)涵背两侧的部位回填采用级配良好的天然砂砾。在管身最大直径两侧50cm 外使用18T 压路机碾压，50cm范围内使用小型夯实机械夯实，以避免压路机等大型机械设备对管涵的撞击。

　　(3)填筑时应分层填筑、分层压实，松铺厚度为20cm，压实度要求达N95% 方可进行下层填筑。填筑前在管节两侧上用红色油漆按每20cm高度标注，填筑时按标注线控制。

　　(4)填筑必须在涵管两侧同步对称进行。

　　(5)管顶填土厚度大于或等于1.2m 时，才允许机械通过。

　　3.5 进出口处理

　　钢波纹管涵进出口直接采取加工成与路基边坡坡率相同的开口形式或端墙型式，与路床接头处进出口地面设坡面防护工程，接触部位采用膨胀橡胶材料止水，防止水流在涵管进出口与护坡接触部位侵入。涵洞铺砌及护坡采用M7.5浆砌片石，几何尺寸相对长和短的石块交错在同一层使之形成错锁结构，保证错缝砌筑，不许出现竖缝、通缝。

　　4、波纹管涵的优点

　　(1)适应地基变形能力强，对地基承载能力、平整度要求较低，工程实际造价比同类跨径的桥、涵洞相近或较低。

　　(2) 施工工期短是最明显的优势，土建工程与管节安装可分开实施，然后进行整体拼装。

　　(3)进行工厂集中化生产，生产不受环境影响，有利降低成本、控制质量。

　　(4) 现场安装方便，不需使用大型设备。

　　(5) 解决北方寒冷地区(霜冻)对桥梁和管涵砼结构的破坏问题。

　　(6) 减少或根本舍弃了常规建材，如水泥、黄砂、石子、木材的使用，环保意义深远。

　　(7) 结构受力情况合理，荷载分布均匀，并有一定的抗变形能力。

　　(8) 采用标准化设计，生产、设计简单，生产周期短。

　　(9) 有利于改善软土地基结构物与路堤交界处的“错台”现象，提高行车的舒适度与安全性，减少工后营运、养护成本。

　　5、结语

　　钢波纹管涵具有卓越的路用性能，尤其是对地基要求低、施工简易、能快速安装、大大缩短工期是普通涵管无法相比的，是替代圆管涵、盖板涵、拱涵和小桥的优质公路建材，在公路新改建工程、路基养护工程中将发挥积极的作用。