公路工程钢波纹管 施工技术应用

胡光荣

中建市政工程有限公司

[摘要] 波纹钢结构涵洞是近年我国公路行业替代常规桥涵构造物的一种新结构、新技术，已在全国大部分地区推广使用，且使用功能及耐久性完全可以替代常规构造物。波纹钢结构是将一定厚度的钢板经过波纹成型，增加其刚性的结构；在平板上加压成型的波纹，随着弯曲深度的增加，其刚性可增加5～10倍。本文结合206国道徐州改线段项目钢波纹管结构实际应用情况，对钢波纹管施工工艺及施工技术要点进行详细阐述。

[关键词] 钢波纹管；新结构、新技术；施工工艺；技术要点

0引言¹

随着我国建筑业和钢材工业的不断发展，空间钢结构在我们的建筑中应用的越来越多。空间结构就是结构呈三维状态，在荷载力的影响下具有三维受力特性，并且会呈空间工作。空间结构被人们所广泛使用的典例有网壳、平板网架以及悬索结构等。而钢波纹管材料就是空间结构中的一种典例，这种材料因为其独特的优越性，被广泛用在了公路涵洞中^[1]。本文结合徐州206国道改线工程的实际施工情况，讲述钢波纹管施工的具体施工工艺、技术要点、质量控制方法，并根据实际施工情况提出一些具体要求和看法。

本文主要阐述内容如下：

1）钢波纹管优点

2）钢波纹结构国内研究现状分析与评价；

3）钢波纹管结构的施工工艺、施工技术要点及质量控制方法。

以钢波纹管结构施工的实际应用情况为依据，从工艺流程、施工效率、经济效益、成品质量等各方面进行分析，并对钢波纹管结构施工工艺的亮点阐述较为可靠的观点。

1. 钢波纹管涵的优点及应用

1.1钢波纹管涵优点

（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、涵洞低。

（2）施工工期短，主要为拼装施工。采用标准化设计、生产，设计简单，生产周期短。生产不受环境影响，可进行集中工厂化生产，有利于降低成本，控制质量。

（3）现场安装不需要施工大型设备，安装方便。

（4）有利于改善多年冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等特殊地基结构物处的不均匀沉降问题，提高了公路服务性能，减少了工后养护成本^[2]。

（5）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。

（6）波纹管刚性强度高，结构受力情况合理，荷载分布均匀，并有一定的抗变形能力。在结构上具有横向补偿位移的特性。

（7）低碳环保：碳排放量要比混凝土结构小30%以上，且可以回收再利用。

1.2钢波纹管涵国内研究现状分析与评价

为解决多年冻土地区涵洞工程病害，提高涵洞工程在多年冻土地区的使用寿命，改善青藏公路多年冻土地区路基横向排水条件，1997年，在青藏公路k3278+200与k3280+915处各修建波纹管涵一道，作为试验工程；1998年9月又在k3263+094修建波纹管涵一道作为对比研究，取得了初步成功。研究表明：相同围压时，波纹管与普通圆管的径向最大位移相当，但波纹管的轴向位移明显大于普通圆管，表现出波纹管具有轴向补偿位移的功能；波纹管的内部应力拉、压相间，充分发挥了金属材料各向同性的优良特征，而普通圆管内部拉应力较小，压应力较大。金属波纹管涵施工过程对地基扰动小，且不渗水，有利于保持多年冻土地区的水热平衡，达到了保护冻土、整治青藏公路涵洞工程病害的目的^[3]。

1998年，上海市政工程设计研究院和上海公路处在上海新开河对4米直径的钢波纹管（板）涵洞进行了荷载试验，结合试验采用有限元对波纹管结构进行了初步力学分析，其研究表明：最大拉应力和压应力均出现在上半圆两45°方向上，最大拉应力在波峰，最大压应力在波谷。

2000~2003年，中交第一公路勘察设计研究院结合钢波纹管涵洞的试验工程开展了野外钢波纹管涵洞不同工况下受力特征的施工现场测试，并进行了大量的室内模拟计算分析，同时对国内外钢波纹管涵洞的生产、应用、设计及防腐等进行了分析研究。

2003~2006年，内蒙古交通勘察设计研究院也针对工程需要开展了钢波纹管（板）涵洞荷载试验、施工工艺等研究。

自2001年后，国内钢波纹管技术已陆续在河北、内蒙古、青海、宁夏、新疆、西藏等地区得到陆续应用。江苏省公路建设规划一般避开不良地质或采取相应的基础改良措施（成本高、工序多），钢波纹管涵洞一直未得到广泛应用。

2. 钢波纹管施工

1）测量放样

用全站仪或GPS放出钢波纹管涵的中心轴线和基础开挖线，用水准仪测出地面标高，并在控制桩上标注出基坑的开挖深度。

2）基坑开挖

采用挖掘机开挖，再人工修整基坑，边坡一般根据地质情况确定开挖坡度。

3）砂砾垫层

基坑检测合格后，应立即在已修整好的基底铺设150cm砂砾垫层，避免基底暴露时间过长，降低承载力。砂砾垫层铺设完成后，采用水密法或振动夯实机进行夯实、找平。

4）钢波纹管涵拼装

（1）施工前准备：确定涵管的位置，中心轴线、中点。

（2）管涵拼装：以中心轴线、中点为基准，第一张波纹板定位，以此为起点向二侧延伸，至涵管进出口二端，第二张板叠在第一张板上，对正连接孔。螺母由内向外插入螺孔，套上垫圈螺母，用套筒扳手预紧螺母。

（3）拼装环形圈由下向上顺次拼装：搭接部分上板覆盖下板，圆周向连接采用阶梯形，连接孔对正后，用螺栓由内向外插入螺孔，套上垫圈螺母，用套筒扳手预紧螺母。

（4）涵管拼装完成后，用定扭扳手，依次紧固所有螺栓，不得遗漏，所有螺栓应在回填之前拧紧，保证波纹的重叠部分紧密镶嵌在一起。

（5）外圈搭接处螺栓拧紧并符合要求后，为防止波形钢板板缝合螺栓孔处渗水，在钢板连接和螺栓孔处采用专用密封材料密封，以防波纹板连接处渗水。

（6）管节全部拼装完成后，应检查管节位置是否符合设计要求。并在管节内侧所有钢板拼接缝和螺栓处同样采用专用密封胶密封。

（7）涂刷沥青：涵管出厂时，涵管及配套附件已经过镀锌处理。为确保波纹管的耐久性及安全性，本项目波纹管安装完毕后，波纹钢管应进行二次防腐及防磨处理，宜在管节内外管璧均匀喷涂沥青漆或乳化沥青两遍，以加强防腐蚀作用。从外观看管壁内外均匀的涂成黑管即可，同时注意沥青晾干后方可开始回填。

5）防腐防锈涂层处理

热浸镀锌所用的锌应为GB/T 470规定的1号或0号锌，钢表面处理的最低等级为Sa2.5，热浸镀锌层技术质量应符合设计及规范要求。

（2）外部防腐

①钢波纹管涵洞通道的波形板外表面热镀锌总量为600g/㎡。

②喷涂沥青两遍，涂层应均匀光滑、连续，无肉眼可分辨的孔隙、裂缝、脱皮及其他缺陷。

（3）连接件防腐设计：螺栓、螺母热镀锌≥350g/㎡。

6）洞口及附属工程

管节安装检验合格后，按设计图纸进行端墙及帽石施工。洞口帽石、一字墙身及一字墙基础均采用C20混凝土。混凝土浇筑可采用钢模板施工。八字墙、八字墙截水墙、八字墙基础均采用M7.5浆砌片石。

7）台背回填

（1）回填前检查

波纹钢管桥涵敷设、密封处理完成后及时回填，但回填前必须校核桥涵的规格、位置、方向、坡度等符合图纸要求。对有端部挡墙的涵洞，从涵洞两端向结构的中心进行回填，且需要待涵洞端墙砼强度达到结构强度的85%以上后方可进行该涵洞回填施工。

（2）回填材料

楔状部位（特别夯实区）采用天然砂砾，“水密法”振实或人工捣实或小机具夯实。 （3）回填原则

①回填时坚持先底部两侧楔形部位、后管体两侧、最后管体顶部的原则，并且保证在涵管两侧对称且均衡的状态下作业。

A.纵向施工顺序，可从涵洞中间至两端；

B.回填必须分层摊铺后逐层压实，每层压实厚度不超过20cm；

C.管体两侧分层压实回填应同步对称进行，两侧的回填土高度差不得大于30cm。

②管体两侧和管底、顶部回填部分压实度达到96%以上。

③在整个回填施工过程中，应注意管体截面形状的变化，其变形量不得大于2%，变形量超标的，应查找原因，改进回填作业方法或采取其他有效措施来保证形状变化在规定的范围内。

6）质量检查验收及技术要点

（1）管节购置及成品质量标准，满足设计及相关规范要求。管节在运输、装卸过程中，应采取防止管节碰撞损坏的措施。

（2）钢波纹管安装应符合以下要求：

①不得试验变形的管节。

②地基处理及承载力应满足设计要求，管节与地基紧密贴合，垫稳坐实。

③接缝应嵌填密室，填充深度满足设计要求，不得出现 渗漏水现象。

④应对管节或管片、连接件的受损防护镀层进行修复。

⑤每节涵管底坡度均不得出现反坡。

3. 结语

近年来，随着钢波纹管涵施工技术逐渐引入到我国，使得我国建筑单位在实际的工程建设过程中加强了对于这一技术的使用，并以此为基础推动了我国工程建设的效率以及质量的提高。该文以206国道线徐州改线段公路建设为实践，分析了钢波纹管涵在实际运用过程中的施工工艺流程及技术控制要点。笔者认为，随着相关施工工艺的落实到位以及施工技术的发展，使得我国的钢波纹管涵在实际的发展过程总获得更大范围的运用，并最终在此基础上推动我国工程建设的发展，施工过程中将发挥重要作用，实现我国社会的进步以及繁荣。

参考文献：

[1]王全录, 波纹钢结构在小桥与涵洞上的应用技术研究. 内蒙古自治区,内蒙古交通设计研究院有限责任公司,2010-03-14.

[2]杨猛,陈宝永,沈翰斌,周大鹏.公路应用波纹钢结构涵洞的可行性探讨[J].黑龙江交通科技,1999(02):6-8.

[3]杨正伟.公路工程中超大直径钢波纹管涵的施工技术[J].建材与装饰,2018(09):260-261.

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1[作者简介]胡光荣，总工

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