文章通過(guò)大孔徑半圓拱鋼波紋板涵工程實(shí)例，介紹了大孔徑波紋鋼板涵節(jié)段拼裝設(shè)計(jì)及其施工要點(diǎn)，由研究可知：鋼波紋板涵變形適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)受力合理，適用高填路基；對(duì)于大跨度鋼波紋板涵，需進(jìn)行節(jié)段拼裝設(shè)計(jì)及防水防腐設(shè)計(jì)；回填質(zhì)量影響鋼波紋板涵的性能發(fā)揮，應(yīng)選取滿足要求的回填材料，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求均勻、對(duì)稱、充分壓實(shí)。

大孔徑；鋼波紋板；拼裝設(shè)計(jì)；臺(tái)背回填

U417.3A130373

作者簡(jiǎn)介：

劉" 明（1990—），碩士，工程師，主要從事橋涵勘察、設(shè)計(jì)工作。

0" 引言

涵洞、通道是高速公路的重要組成部分之一，根據(jù)已建高速公路項(xiàng)目，平均每公里設(shè)置3～5座，涵洞結(jié)合路線排水、農(nóng)田排灌、水利設(shè)施等布設(shè)，必要時(shí)可兼顧居民通行。通道根據(jù)現(xiàn)有道路情況、結(jié)合農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃和鄉(xiāng)村道路，選定合理位置設(shè)置，同時(shí)考慮通道排水設(shè)計(jì)。目前高速公路中涵洞通道以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，適當(dāng)考慮采用波紋鋼管（板）涵，如高填方路段、隧道洞口路基段落、跨油氣管道位置等。

波紋鋼管（板）涵是由波紋鋼管螺栓連接或者鋼波紋板拼裝連接而成的具有一定柔性的結(jié)構(gòu)。其特殊的波紋構(gòu)造，使其在豎向荷載作用下，斷面發(fā)生微小變形，與周圍土體產(chǎn)生相互作用，形成土體結(jié)構(gòu)作用體系，共同承擔(dān)荷載。波紋鋼管（板）涵的構(gòu)造及作用特點(diǎn)，使其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)地基要求較低，變形適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)受力合理，適用于凍土、軟弱地基等不良地質(zhì)的暗涵以及有特殊要求的暗涵；（2）波紋鋼管（板）為工廠加工制作，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝連接，結(jié)構(gòu)質(zhì)量好、施工周期短、環(huán)境影響小。

目前波紋鋼管涵主要應(yīng)用在我國(guó)的內(nèi)蒙古、河北等干旱平原地區(qū)，且采用的管徑較小，管徑＞6 m的波紋鋼管涵應(yīng)用較少。汕湛高速公路云浮至湛江段及支線工程第TJ12標(biāo)建設(shè)直徑10 m鋼波紋管通道［1］；玉林至湛江高速公路廣西段設(shè)計(jì)10 m跨鋼波紋板涵跨越石油管線，為確保管線安全，采用分離式基礎(chǔ)［2］。本文以信都至梧州高速公路一座整體式基礎(chǔ)鋼波紋板涵為例，對(duì)此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及施工注意事項(xiàng)進(jìn)行分析，為類似工程建設(shè)提供一定的參考。

1" 工程概況

信都至梧州高速公路二期工程，地處梧州市蒼梧縣與萬(wàn)秀區(qū)境內(nèi)，位于大瑤山山脈的東段，屬于西江以北的丘陵山區(qū)，主線路線全長(zhǎng)52.781 km。全線主要地貌類型可劃分為剝蝕丘陵地貌、河流階地地貌兩大類，局部間夾剝蝕準(zhǔn)平原地貌。在K67+700～K67+900路段右側(cè)有一村莊，有一條4 m寬的進(jìn)村道路、一條2.5 m寬的水溝穿過(guò)路線，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況如圖1所示。經(jīng)橋梁方案與路基方案比選，該段設(shè)計(jì)采用路基方案，為保證村民出行及下游農(nóng)田灌溉，在K67+765處設(shè)計(jì)一孔跨徑為10 m的半圓拱鋼波紋板涵，涵長(zhǎng)為85 m，涵洞與道路夾角為90°，填土高度為11.57～13.14 m，洞口形式為削竹式，側(cè)墻及基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為整體式基礎(chǔ)，涵洞內(nèi)小樁號(hào)側(cè)設(shè)置1個(gè)2.5 m×2.5 m蓋板涵用于排水灌溉兼人行道，大樁號(hào)側(cè)混凝土路面作為車行道，涵洞斷面布置見(jiàn)圖2。

2" 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

參考標(biāo)準(zhǔn)《公路波紋鋼涵洞技術(shù)規(guī)程》（T/CECS G：D66-01-2019）［3］，按照承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于頂部最大填土高度為13.14 m，公路一級(jí)荷載，跨徑10 m的半圓拱鋼波紋板涵，采用Q355材質(zhì)鋼板，壁厚9 mm、波距381 mm、波高140 mm，其最小填土高度、抗彎屈曲臨界應(yīng)力、螺栓連接驗(yàn)算滿足設(shè)計(jì)要求。鋼波紋板表面為熱浸鍍鋅，鍍鋅量≥600 g/m2，平均厚度≥84 μm，最小厚度≥62 μm；螺栓、螺母鍍鋅量≥350 g/m2，平均厚度≥50 μm，最小厚度≥36 μm。

2.1" 鋼波紋板拼裝設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的10 m跨徑半圓拱鋼波紋板涵尺寸過(guò)大，為方便運(yùn)輸保證安裝質(zhì)量，設(shè)計(jì)采用分節(jié)段制造，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。鋼波紋板涵沿涵長(zhǎng)方向設(shè)計(jì)為大圈-小圈-大圈-小圈拼裝，大圈位于外側(cè)，小圈位于內(nèi)側(cè)，每個(gè)拱圈有效寬度為4個(gè)波距，拼接方式如圖3（a）所示；沿圓周方向設(shè)計(jì)為3塊鋼波紋板錯(cuò)縫搭接組成，其中大圈由A1、A2、A3拼接，小圈由B1、B2、B3拼接，具體拼接情況詳見(jiàn)圖3（b）。鋼波紋板采用M24高強(qiáng)螺栓緊固，長(zhǎng)度方向半圓拱圈拼裝大樣如圖4（a）所示，圓周方向鋼波紋板拼接大樣如圖4（b）所示，高強(qiáng)螺栓采用耐候密封膠密封，鋼波紋板拼接成型后內(nèi)部噴涂乳化瀝青兩遍。

大孔徑半圓拱鋼波紋板涵在高速公路項(xiàng)目中的應(yīng)用/劉" 明，宋族欄，廖肇乾，孔凱歌

2.2" 鋼波紋板與混凝土側(cè)墻連接設(shè)計(jì)

拼裝完成的鋼波紋板涵通過(guò)角鋼連接件與鋼筋混凝土側(cè)墻連接。施工側(cè)墻時(shí)，在側(cè)墻頂預(yù)埋間距為波距（381 mm）的膨脹螺栓，安裝好角鋼連接件，將拼裝好的鋼波紋板涵放入兩側(cè)側(cè)墻安裝好的角鋼內(nèi)，對(duì)齊連接孔，安放高強(qiáng)度螺栓螺母，擰緊螺栓，采用耐候密封膠密封，角鋼連接件內(nèi)側(cè)澆筑C30混凝土進(jìn)行保護(hù)。見(jiàn)圖5。

2.3" 基礎(chǔ)、側(cè)墻設(shè)計(jì)

該涵拱頂填土高度為13.14 m，為保證涵洞基礎(chǔ)滿足承載力要求，設(shè)計(jì)采用整體式基礎(chǔ)。較高的填土導(dǎo)致通道長(zhǎng)度達(dá)到85 m，為保證通道凈高和采光效果，同時(shí)滿足村道與水溝的高差，設(shè)計(jì)5.25 m高的側(cè)墻，涵洞最大凈高為7.75 m。涵洞內(nèi)小樁號(hào)側(cè)設(shè)置1個(gè)2.5 m×2.5 m蓋板涵，該蓋板涵用于排水及灌溉，蓋板頂可作為人行道路；大樁號(hào)側(cè)填高接順原有道路，設(shè)計(jì)混凝土路面作為車行道路?；A(chǔ)及側(cè)墻均采用C30鋼筋混凝土。

2.4" 其他設(shè)計(jì)

該鋼波紋板涵內(nèi)車行道路應(yīng)與兩側(cè)村道接順，排水涵洞與兩側(cè)水溝接順。鋼波紋板涵應(yīng)做好防水防銹措施，保證其耐久性。鋼波紋板涵是涵身與周圍的回填土共同受力，為保證鋼波紋板受力均勻，防止鋼波紋板變形，臺(tái)背回填應(yīng)充分均勻地壓實(shí)，設(shè)計(jì)要求采用透水性良好的填料，對(duì)稱填筑、分層壓實(shí)，每層填筑厚度≤20 cm。

3" 施工注意事項(xiàng)

大孔徑半圓拱鋼波紋板涵的施工工序?yàn)椋簻y(cè)量放樣→基礎(chǔ)開(kāi)挖處理→基礎(chǔ)及側(cè)墻施工→鋼波紋板分塊制作與運(yùn)輸→現(xiàn)場(chǎng)拼裝連接→防水防銹處理→臺(tái)背回填。其中基礎(chǔ)及側(cè)墻施工、鋼波紋板運(yùn)輸與拼裝和臺(tái)背回填為施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.1" 基礎(chǔ)及側(cè)墻施工

該涵位于水田路段，表層為黃褐色軟-可塑狀黏土，厚度為2.2～2.6 m，以下為基巖，采用換填1.2 m片石+0.3 m碎石+粗粒土進(jìn)行處理。處理完成后，檢驗(yàn)基底承載力，如不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行換填處理，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)施工基礎(chǔ)?；A(chǔ)為整體式，施工時(shí)預(yù)埋好側(cè)墻鋼筋，現(xiàn)場(chǎng)采用分段澆筑。施工側(cè)墻時(shí)，按設(shè)計(jì)要求在側(cè)墻頂預(yù)埋膨脹螺栓。

3.2" 臺(tái)背回填

鋼波紋板涵與周圍的回填土共同受力，形成管土效應(yīng)，如果回填土反作用力不夠或者反作用力不均勻，會(huì)引起鋼波紋板的變形，因此鋼波紋板涵臺(tái)背回填施工質(zhì)量至關(guān)重要。在涵身兩側(cè)3 m范圍內(nèi)采用級(jí)配良好的碎石進(jìn)行回填，回填材料應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范的要求。管側(cè)及管頂回填應(yīng)在對(duì)稱、均勻原則下進(jìn)行，填土采用分層攤鋪、逐層壓實(shí)，每層的壓實(shí)厚度≤20 cm。在靠近涵身的范圍內(nèi)，采用小型振動(dòng)夯夯實(shí)。壓實(shí)度都要gt;96%后方可進(jìn)行下一層材料的回填施工。

涵頂采用中松側(cè)實(shí)法進(jìn)行回填［4］，該法是根據(jù)涵頂土體的變形機(jī)理，使涵頂填土的壓實(shí)度小于兩側(cè)填土的壓實(shí)度，在土體固結(jié)變形過(guò)程中使涵頂土柱產(chǎn)生向上的摩擦力，將荷載轉(zhuǎn)嫁給兩側(cè)填土，從而達(dá)到減荷的效果。

4" 結(jié)語(yǔ)

該鋼波紋板涵所屬項(xiàng)目已建成通車，運(yùn)營(yíng)情況良好，得到村民的充分肯定。結(jié)合設(shè)計(jì)、施工情況及以往工程實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大孔徑半圓拱鋼波紋板涵在公路工程中的應(yīng)用提出幾點(diǎn)建議，對(duì)此類結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供一定的借鑒。

（1）鋼波紋板涵變形適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)受力合理，適用高填路基，大孔徑半圓拱鋼波紋板涵跨度大，可用作高填路段通道，跨越輸油氣管道等。

（2）對(duì)于大跨度鋼波紋板涵，考慮運(yùn)輸條件，需進(jìn)行節(jié)段拼裝設(shè)計(jì)，做好節(jié)段劃分及拼接口設(shè)計(jì)；考慮結(jié)構(gòu)耐久性，應(yīng)做好防水防腐設(shè)計(jì)。

（3）鋼波紋板涵與回填土形成整體共同受力，回填質(zhì)量影響鋼波紋板涵的性能發(fā)揮，應(yīng)選取滿足要求的回填材料，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求均勻、對(duì)稱、充分壓實(shí)。

［1］劉輝民.10 m大跨徑鋼波紋板通道力學(xué)性能分析［D］.西安：西安工業(yè)大學(xué)，2020.

［2］張勇發(fā)，高英志.半拱形大孔徑鋼波紋管涵受力變形數(shù)值分析［J］.公路交通科技，2022，39（3）：78-84.

［3］T/CECS G：D66-01-2019，公路波紋鋼涵洞技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］JTG/T 3365-02-2020，公路涵洞設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

20240318