收稿日期：2024-01-12

作者簡介：李琪霖（1990—），男，本科，工程師，從事公路工程項目管理工作。

摘要 文章深入分析鋼波紋管的基本原理、分類及其在公路涵洞工程中應用的優(yōu)勢，介紹了鋼波紋管涵的主要技術控制指標，并結合項目實踐詳細闡述了鋼波紋管涵洞的施工方法，同時對鋼波紋管在公路涵洞工程施工中的應用進行了總結分析。實踐總結表明，鋼波紋管涵洞具有施工周期短、材料成本低、對環(huán)境影響小等優(yōu)勢。文章的研究可為鋼波紋管在公路涵洞工程施工中的進一步應用提供了實踐指導，對類似項目施工具有一定的參考和借鑒意義。

關鍵詞 鋼波紋管涵；公路涵洞；施工方法；技術指標

中圖分類號 U449.8文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）09-0068-03

0 引言

波紋管涵又稱鋼波紋管，是一種金屬波紋管，埋于公路和鐵路涵洞之下，在構件制造時可以使用波形金屬管或者波形鋼板。作為一種高質(zhì)量的公路建材，該材料已廣泛應用于公路和鐵路工程中，用于涵洞、通道、小橋、隧道、臨時便道、排水管道以及各種礦場巷道擋墻支護等項目，取代了傳統(tǒng)的圓形管涵、蓋板涵和小橋。該產(chǎn)品具有工期短、重量輕、安裝方便、耐久性好、工廠造價低、抗變形能力強、減少通車后養(yǎng)護成本等諸多優(yōu)點，尤其適合軟土路基地帶和深填土地帶，可節(jié)省大量資金，具有明顯的經(jīng)濟效益。因此，研究鋼波紋管在公路涵洞工程施工中的應用具有重要意義。

1 鋼波紋管涵洞概述

1.1 鋼波紋管涵洞的基本原理

鋼波紋管涵洞是一種新型的涵洞結構，它利用鋼波紋管作為主要的受力結構，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土或砌體結構。其基本原理是利用鋼波紋管的特殊波紋形狀和材料特性，在承受外部荷載時產(chǎn)生一定變形，并通過波紋的彈性恢復力抵抗外部壓力，從而保持涵洞的整體穩(wěn)定性和正常使用[1]。

1.2 鋼波紋管涵洞的特點與優(yōu)勢

鋼波紋管涵洞具有以下優(yōu)點[2]：

（1）結構設計先進：鋼波紋管涵洞采用先進的金屬波紋結構設計，該結構由一系列連續(xù)或拼接的波形鋼板組成，這種設計使得涵洞在軸向和徑向上均具有良好的延展性和柔韌性。

（2）材料性能優(yōu)良：金屬波紋管材質(zhì)通常選用高強度鋼材，具備優(yōu)異的力學性能，如高承載力、抗拉強度大、耐腐蝕性強等，能夠適應各種復雜環(huán)境下的地基條件和荷載要求。

（3）適應地基變形能力：鋼波紋管由于其波紋狀結構，可以有效地分散承受的軸向力和橫向力，降低不均勻沉降對結構的影響，尤其適合于公路軟土路基及不良地質(zhì)條件下的涵洞建設。

（4）模塊化施工與安裝便捷性：鋼波紋管可預先在工廠規(guī)?；a(chǎn)，標準化程度高。現(xiàn)場安裝時只需進行拼接與連接，大大縮短了施工周期，降低了現(xiàn)場工作量和難度。

（5）工程造價經(jīng)濟：相比傳統(tǒng)的混凝土涵洞或其他橋梁結構，鋼波紋管涵洞的單位成本較低，包括材料成本和人工成本都有所降低。特別是在大跨度和深埋涵洞工程中，其經(jīng)濟效益更為顯著。

（6）施工周期短：鋼波紋管的快速安裝特性，極大地縮短了涵洞工程的總體工期，對于急需通車的路段而言，有利于項目按時完工，提高了工程項目施工效率。

（7）耐久性與維護簡便：鋼波紋管涵洞具有較長的設計使用壽命，且因結構緊湊、無滲漏風險等優(yōu)點，后期運營維護相對簡單，減少了養(yǎng)護成本和周期性維修要求。

1.3 鋼波紋管涵洞的分類

鋼波紋管涵洞的分類主要有以下幾種：

（1）按組裝方式分類：整裝波紋管涵、拼裝波紋管涵。

（2）按形狀分類：圓形、橢圓形、拱形。

（3）按材質(zhì)分類：普通碳素鋼波紋管涵洞、耐候鋼波紋管涵洞、不銹鋼波紋管涵洞。

（4）按承載力特性分類：柔性承壓型、剛性承壓型。

（5）按施工方法分類：先預制后填埋式涵洞、邊開挖邊安裝式涵洞。

2 鋼波紋管涵的主要技術控制指標

（1）鋼波紋管涵的技術要求涉及以下方面：波形鋼板材料需選用符合相關規(guī)范要求的低碳鋼。原材料的化學成分應符合表1規(guī)定，并進行熱浸鍍鋅（熔融鍍鋅）處理[3]。

（2）波形鋼板的物理性能應符合表2規(guī)定。

（3）波形鋼板的外觀質(zhì)量除滿足GB/76725外，還應符合表3規(guī)定。

（4）鋼波紋管各部尺寸允許偏差如表4所示。

表3 波形鋼板的外觀質(zhì)量

序號 項目 要求

1 切口 平直，無明顯鋸齒現(xiàn)象

2 顏色 表面色澤均勻、無明顯缺損

3 外觀 表面平整光滑、無損傷、

無破裂、無孔洞

4 水云、云霧和機械劃痕 不明顯

5 端面錯位 ≤5 mm

表4 鋼波紋管各部尺寸允許偏差

項目 允許偏差/mm

軸線偏位 50

流水面高程 ±20

涵管長度 +100，?50

相鄰管節(jié)面錯口（下游應低于上游） 3（管徑≤1.0 m）

5（管徑>1.0 m）

厚度 +11

波距 ±3

波深 ±3

3 鋼波紋管涵洞施工技術研究

3.1 項目概況

成宜高速公路項目總承包ZCB4-4項目合同段，位于宜賓市宜賓縣及翠屏區(qū)境內(nèi)，起于宜賓市宜賓縣雙誼鎮(zhèn)銀錠村，起點樁號為K145+360，止于宜賓市翠屏區(qū)宗場鎮(zhèn)新屋村，止點樁號K156+995。路線走向自北向南，設計車速120 km/h，路基寬度34.5 m，雙向6車道，主線全長11.6 km。主要工程數(shù)量包括：項目段內(nèi)共有路基挖方311萬立方米，路基填方247萬立方米；涵洞共有33座，其中蓋板涵20座，圓管涵8座，鋼波紋管涵5座；橋梁共有14座/2 321 m，其中大橋9座，中橋5座。

3.2 鋼波紋管涵施工方法

鋼波紋管涵施工流程如圖1所示：

圖1 鋼波紋管涵施工流程圖

（1）測量放樣：采用全站儀對涵洞進行定位測量，確定涵洞的軸線、四角及基礎邊線位置等。

（2）基礎開挖及基底處理：開挖過程中，采用人機配合施工，距離設計標高10～15 cm時，采用人工清槽的方法，避免設備超挖。開挖完成后，檢查基底尺寸、高程。基礎墊層厚和開槽寬度一般可根據(jù)設計要求進行開挖[4]。

（3）基礎墊層：根據(jù)涵洞基礎尺寸將基坑兩側整理成形，并按設計要求進行材料的基礎換填。在該項目中，設計基礎型式為級配砂礫，設計厚度為140 cm。在基礎墊層施工中，一般采用分層填筑，采用機械攤鋪、人工找平、壓路機碾壓等方式。

（4）管身安裝：在進行管涵安裝前，需精確測定并標識出其軸線與進、出水口的準確位置。安裝過程中，應確保端頭板片與中間板片嚴格按照設計排列，并遵循圖紙所示軸線和坡度要求。安裝過程中，涵管放置于砂礫墊層上，需確保受力均勻，避免出現(xiàn)不均勻受力，基礎墊層在壓實后頂面的坡度也應與設計要求保持一致，在橫向上應設置0.2%～1%的拱度，保證不會出現(xiàn)凹陷或逆坡等現(xiàn)象。涵管安裝是逐節(jié)拼裝而成，應先安裝底部，然后逐節(jié)向上延伸拼裝，采用中心對稱由內(nèi)向外依次安裝；并且在安裝過程中，每延伸5 m應做好涵管的校對，避免出現(xiàn)偏移，確保安裝符合設計要求。安裝完成后，需用密封膠對涵管拼接縫進行密封[5]。

（5）涵管回填：為了保證涵管回填的密實度和質(zhì)量，楔形區(qū)應選用經(jīng)現(xiàn)場配制的6%灰土材料，并采取人工木棒逐點夯實，使其緊貼管身內(nèi)側。同時，對凹槽部位進行充分壓實處理。隨后利用小型振動夯實機械斜向加固底部回填層。涵管兩側同樣使用6%灰土材料進行回填作業(yè)。對于距離管身外徑50 cm范圍內(nèi)的區(qū)域，采用小型夯實機械精細化施工以防止大型設備沖擊；而在距離管身最大直徑50 cm外的區(qū)域，則運用16T光輪壓路機進行輕型碾壓?；靥钸^程應遵循分層填筑原則，每層厚度控制在20 cm范圍內(nèi)，且壓實度須達到設計標準的96%，達標后方可繼續(xù)下一層填筑。回填操作要求在涵管兩側同步對稱進行，確保兩側回填土高差不超過30 cm。當管頂填土厚度不足50 cm時，禁止使用超過6T重量的壓路機進行碾壓，并嚴禁重型施工機械通過，避免對涵管結構造成損害。

（6）洞口鋪砌及防護：洞口結構采用端墻及八字墻斜口形式，墻體與護坡選用M7.5漿砌片石，并遵循錯縫砌筑原則，以防止出現(xiàn)豎縫和通縫。施工中需選擇尺寸搭配適宜、無風化破損的片石進行交錯排列，以形成穩(wěn)定結構，確保外露面平整且?guī)缀纬叽缇_。砌筑過程中，所有石材均需清洗干凈并充分濕潤，確保坐落在新鮮砂漿上，嚴格控制砂漿飽滿度，避免使用碎石墊層。砌筑時需使用擠漿法，并根據(jù)圖紙規(guī)定要求勾縫，以確保砌體咬合緊密，避免出現(xiàn)干縫和通縫。豎縫和平縫的平均寬度應小于25 mm，且最大寬度不得超過50 mm。外露面、坡頂及邊緣部位應優(yōu)先選用大塊、平整且經(jīng)過精細鑿刻的石料砌筑，砌體應采用分層座漿施工，上下層豎縫進行錯位排列，且相互間錯位距離應大于80 mm以上。如果發(fā)現(xiàn)石塊有松動或者灰縫開裂情況，需要及時清除原有的砂漿，然后將石塊重新放置在新拌的砂漿上，并且對未填好的砌縫進行濕水后填漿修補，最后使用勾縫刀進行整形。在砌筑完成后，需要進行至少7 d的灑水養(yǎng)護。在此期間，可以使用草袋或麻袋覆蓋砌體，以防止雨水沖刷或者浸水對砂漿的初凝造成影響。待砂漿硬化后，清理墻面以保持外觀的整潔美觀。

3.3 鋼波紋管在公路中的應用分析

根據(jù)對該項目鋼波紋管應用情況的分析，表明鋼波紋管具有良好的使用效果和應用價值，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在省道246公路工程項目中，應用了直徑分別為3 m和2.5 m的鋼波紋管涵共計三座。涵洞洞口設計包括八字式和一字式兩種結構形式?；A施工采用了厚度介于80～180 cm之間的砂礫墊層作為承載基礎。涵管周邊回填材料采用砂礫土，并采用小型夯實機械對涵管近側30 cm內(nèi)的區(qū)域進行壓實處理。隨后，對涵管兩側及頂部實施YZ20t振動壓路機碾壓作業(yè)，以保證回填質(zhì)量。每座涵洞的施工周期控制在15～20 d內(nèi)，相較于混凝土蓋板涵與拱涵，該項目顯著縮短工期約40～70 d。

（2）以樁號K7+830的鋼波紋管涵為例，該涵洞位于V形溝地貌，溝床順直，兩側為濕陷性黃土陡壁，溝內(nèi)主要積水源于山體雨水徑流。經(jīng)現(xiàn)場勘查，并與建設單位、規(guī)劃部門進行深入探討，確定采用填方路基形式穿越此溝壑，并針對性地設計排水構造物。鑒于地形特點，溝壑中部擬建路堤的最大填土高度達到15 m。根據(jù)相關規(guī)范，在施工時需對超過15 m的高路基下部構造物進行特殊設計處理?？紤]地質(zhì)承載能力的限制，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土拱涵和板涵無法滿足設計要求，因為它們對地基承載能力的要求較高。此外，這些結構的施工周期長且造價昂貴，而鋼筋混凝土圓管涵同樣受限于地基承載力不足，且在高填方路基壓力作用下存在接頭變形和滲水風險，可能影響路基的穩(wěn)定性。綜合權衡各類涵洞結構的優(yōu)缺點后，最終選定直徑3 m、管壁厚度5.5 mm的鋼波紋管涵方案，并且取得良好的施工效果。從經(jīng)濟效益分析，當前直徑3 m的鋼波紋管每延長1 m的造價約15 000元人民幣，相較于混凝土蓋板涵與拱涵結構，其單位成本顯著降低。隨著我國波紋管制造業(yè)的進一步規(guī)范化、標準化發(fā)展，以及鋼材產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結構優(yōu)化調(diào)整，預計未來鋼波紋管的成本將會呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。

4 結語

公路涵洞傳統(tǒng)上多采用鋼筋混凝土結構，而鋼波紋管涵作為一種創(chuàng)新替代技術，在國內(nèi)公路工程中逐漸嶄露頭角。鋼波紋管涵的施工法相較于傳統(tǒng)的蓋板涵與拱涵建設，表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，如施工周期短、造價經(jīng)濟、耐久性強等，并且對地基擾動小、基礎要求相對較低。值得注意的是，鋼波紋管涵的快速施工為高填方作業(yè)提供了充裕的時間窗口，從而極大縮短了整體工期并節(jié)省了投資成本，在新、改建公路工程及養(yǎng)護中修項目中發(fā)揮了關鍵作用。

參考文獻

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