道路钢波纹管涵洞施工工艺与应用前景研究

谢友超

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 贵州 贵阳 550000）

1 概述

钢波纹材料首次应用出现于18世纪英国，随后美国、加拿大和日本等国相继开展了此类材料的可行性研究，美国首次于1923年依托伊利偌斯州中央铁路路基工程开展了管涵与土体接触问题研究；在1929年，加拿大首次采用波纹管衬砌矿洞，随后设计并修筑长达8m跨径的波纹管通道，并且颁布《安大略省公路桥梁设计规范》，对应用于道路中的钢波纹管涵洞进行了详细阐述；日本首次于 1977年针对钢波纹板的物理力学特征，编制了《波形钢管和波形形材》，对钢波纹板的切向应力、轴向应力及挠度变化进行了分析。我国进入钢波纹板材的研究起步于上世纪50年代，为保证青藏公路不冻泉段的道路通行，采用钢波纹管涵代替原先预修筑的钢筋混凝土盖板涵，从此开启了我国对道路钢波纹管涵洞的研究。

2 适用范围及条件

涵洞类型的选择需满足安全、适用、经济、美观等原则，为充分发挥钢波纹管作为涵洞主材的优良力学变形特征，涵洞设计需因地制宜考虑工程项目的基本特性，如道路类型、道路等级、建设条件、重要性程度等、还要考虑施工及养护条件等。

基于国外对钢波纹管的防腐及应用情况调研报告，采用防腐处理的钢波纹管的设计使用年限可达50余年，并且具有较好的适应能力。考虑到我国的防腐技术能力与国外存在一些差距，并结合国内多地的应用状况得到，采用防腐技术方案的钢波纹管涵洞设计使用寿命约为20年至30年，若考虑钢波纹管涵洞的养护维修与设计腐蚀富余量等，其涵洞使用寿命也可高达50年，基于道路服务水平和使用周期，钢波纹管涵洞的使用寿命能够完全满足一般道路的需求。

在建设条件较为特殊的地区，诸如多年冻土、软土、膨胀土及湿陷性黄土地基，由于涵洞地基或基础存在不均匀沉降，导致采用的钢筋混凝土圆管涵或盖板涵出现不同程度的破坏，而钢波纹管是一种柔性管，具有良好的变形能力，抵抗失稳定性破坏能力较强，轴向波纹的存在不仅可以增加其径向刚度，还具有显著的轴向位移补偿功能，可解决地基沉降变形带来的涵洞破坏，减弱因地基沉降路面引起的应力集中现象，同时与路堤的协同变形性较好，可改善软土地基结构物与路堤交界处带来的错台现象，增加行车舒适度，故在下列工况宜优先考虑使用钢波纹管涵洞：

（1）地基承载力较差的区域，诸如多年冻土地区、软土地区、膨胀土地区以及湿陷性黄土地区等。

（2）工期要求紧，施工期较短的涵洞。

（3）砂石、水泥及钢筋匮乏或运距较远的区域。

（4）人力资源匮乏、高寒高海拔区域。

同时，由于钢波纹管本身固有的缺陷，下列工况使用钢波纹管涵洞需慎重考虑：

（1）城市快速路及高速公路重要组成路段。由于钢波纹管存在不可避免的锈蚀问题，而城市快速路及高速公路对涵洞及路基的使用年限要求较高，故在某些重要路段需考虑钢波纹管涵洞的使用年限。

（2）维护困难路段。在局部外界环境较恶劣的情况下，钢材的锈蚀会受到外部荷载作用，导致需要对钢波纹管涵洞进行养护及维修。

（3）高填方涵洞跨径较大路段。在高填方地区采用大孔径钢波纹管需进行独立计算分析，确保涵洞结构的安全稳定。

（4）涵洞内流沙量较大路段。在一定流速下，大量流沙会对钢波纹管管壁进行冲刷，导致管体内壁的沥青层与镀锌层受到长期磨损，从而加速钢管锈蚀。

3 施工工艺

钢波纹管（板）是通过将薄钢板板面压制成波纹形状，采用液压成型等生产工艺制成管节或板片，其钢板厚度通常为1.6～12.0mm，材质通常采用Q235A。按其加工方式，可分为螺旋形圆管、环形波纹圆管、波纹钢板件；按其涵洞截面形式，可分为圆形，椭圆形型，拱型和管拱型。钢波纹管涵洞的主要施工工艺如下所示。

（1）施工准备

施工方应熟悉设计文件并与设计人员进行技术交底，编制详实的施工组织方案并经监理方审批通过，待具备开工条件时开始施工。

（2）施工放样

根据设计方提供的导线点、直曲表及涵洞施工图，采用全站仪进行总体与细部放样。

（3）基础开挖

采用木桩或白灰等标志示意开挖边界，采用挖掘机进行基础开挖，开挖边坡比例及边坡支护方式依据现场地质情况进行拟定，开挖至距离设计高30cm时采用人工开挖，以免出现超挖或似的基底土体受到扰动，同时在基础四周设置排水沟渠，以免水流浸泡基底土体。

（4）基础垫层施工

采用级配良好的天然砂砾作为基础垫层施工的材料，其最大粒径不得超过50mm，粉粒含量不得超过3%，采用振动压力机进行分层压实，每层厚度约为20cm，压实度达到95%，同时垫层顶面预留一定的预拱度。

（5）钢波纹管安装

采用吊车将钢波纹板片放置基础垫层上，严禁对板片进行拖拽，以免板片表面镀锌层脱落，将涵洞轴线及进出水口的位置进行放样，搭设脚手架，采用螺栓连接钢波纹板，板间采用止水条进行止水，管壁内外壁喷涂沥青漆，用于加强防腐功能。

（6）回填压实

回填材料与路基填料相同，避免使用粘性材料，管身两侧保持同时填筑与同时压实，严禁单侧填筑与压实，避免管体受到单侧压力从而产生位移，其中分层厚度约为20cm，压实度达到95%以后方可进行下一层压实。

4 应用前景

钢波纹管涵洞作为一种新型涵洞形式，主要优点如下：

（1）板材部件制作简单，易于工厂化批量生产并保证质量可靠。

（2）现场安装方法易于掌握，安装设备简易，施工方法简单。

（3）钢波纹管具有良好的抗变形性能，抵抗失稳定性破坏能力较强，可克服因涵洞地基或基础存在不均匀沉降而导致的涵洞破坏问题，使用地质条件较广，同时施工工期短，可在抢修工程中得到广泛应用。

（4）钢波纹管涵为柔性管涵，解决了构造物刚度与路堤刚度差异带来的错台现象，有利于提高行车的安全性与舒适性。

（5）钢波纹管是一种环境友好型材料，减少了水泥、砂石等的使用，同时施工噪音污染小，具有一定的环保意义。同时，在施工便道完结后或抢险工程结束后可回收利用，减少常规建材的浪费，提高基础设施建设的经济性。

基于钢波纹管涵洞的众多优点，在今后的涵洞工程建设领域会得到广泛应用。

5 结语

随着我国城市道路和公路事业的不断发展壮大，各类涵洞的修建也会日益增多。钢波纹管涵因其不仅适应外界环境广泛，而且运输方便、安装简易快捷、环保意义深远、可大大缩减建设工期的优点，势必会成为道路路基中涵洞的重要组成部分。

[1]李祝龙．公路钢波纹管涵洞设计与施工技术研究[D]：［博士学位论文］．西安：长安大学，2005．

[2]李祝龙．公路钢波纹管涵洞设计与施工技术研究[M]．北京：人民交通出版社，2007．7-14．

[3]王艳丽，李祝龙，吴大中．钢波纹管涵洞的薄壳效应[J]．公路交通科技，2008，25（5）：86-90．