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波形钢板涵的施工工艺

施工工艺流程为挖基→施工放样→基础垫层填筑→管身安装→台背回填→洞口铺砌。

基础施工

1) 基坑开挖应以拟建的波形钢板涵为3倍于波形钢板涵的宽度为宜。如因工地过小不得以时至少应确保跨径以外1. 2 m以上的作业空间。这样既方便组装,又利于波形钢板涵周围的回填及密实。

2) 地基要对整个波形钢板涵保持均匀的承载力。要避免软弱基和岩基交叉的地基,如果实在不可避免软弱地基要用优质砂石及砾石压实成形,岩石地基挖掘后用砂砾重新换填,厚度为30 cm。

3) 基础的厚度为80 cm,采用透水性好,级配良好的砂质土、砂砾或碎石土成形,密实度达到设计要求。材料的最大粒径不得超过波长的1 /2或不大于50 mm。

4) 圆管安装经过一段时间后,常会产生一定的下沉,而且往往是管道中部大于两端。因此,铺设于路堤下的波形钢板的管身要设置预留拱度(图1) 。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. 3% ～1% ,最大不宜大于2% ,以确保管道中部不出现凹现或滑坡。

钢波纹管结构以钢波纹管和土为主要建筑材料，施工时通过机械作用将土与结构密切结合为一体，将上部荷载分散到两侧的土体上，从而可大大提高结构的自身承载力。目前公路工程中，钢波纹管主要用作涵管。相对于普通钢筋混凝土涵洞，其易于施工，特别是在多雨季节也便于施工等特点使其得到普遍应用，且实践证明其应用效果良好，几乎没有出现结构变形、不均匀沉降等普通钢筋混凝土涵洞存在的问题。

 国内外研究现状

1、 国外研究

钢波纹管最早出现于英国。1896年美国率先进行了钢波纹管通道、涵管的可行性研究，并首次将其应用于涵洞。英国首先在苏格兰爱丁堡近郊应用了首条钢波纹管涵洞，效果良好。其后，加拿大、澳大利亚、日本等国都将钢波纹管应用于公路或煤矿通道，且日本于1990年制定了钢波纹管设计技术规范。目前，美国、加拿大等国已将钢波纹管广泛应用于公路工程，并制定了设计、制造及施工安装手册，形成了较为成熟的钢波纹管涵洞设计理论，积累了修建经验。此外非洲多数国家在基础设施建设中也大量使用钢波纹管涵洞。随着钢波纹管在世界各地公路工程中的大量使用，其在公路工程应用中的可行性和安全性得到确认。有关资料表明，钢波纹管涵的寿命完全可以达到设计寿命，甚至超过设计寿命。因此，钢波纹管具有很好的应用前景。

2、 国内研究

国内对于钢波纹管在公路中的应用研究起步较晚，2O世纪90年代以前主要借鉴国外的经验进行施工，几乎未对钢波纹管在公路工程中的应用特性进行系统研究。2O世纪90年代末，我国逐步开展钢波纹管在公路工程中的应用研究及生产、施工，其中如下研究最具有代表性。1997年，中交第一公路勘察设计研究院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，在青藏公路K3278+200与K3280+915处各修建了一条钢波纹管涵洞，将其作为试验工程，并取得了初步成功。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 m直径的钢波纹管(板)涵洞进行了荷载试验，且基于试验结果并采用有限元软件对钢波纹管涵洞结构进行了初步力学分析。2003-2006年，内蒙古自治区交通勘察设计研究院通过有限元理论分析、室内和现场荷载试验，对钢波纹管(板)涵洞进行了分析，取得了一些科研成果，并对钢波纹管涵洞施工工艺进行了研究。2000-2005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，并进行了大量室内模拟计算分析，同时还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，编制了《公路单管钢波纹管涵洞通用图》(2 m以下小跨径)1套。2005-2008年，中交第一公路勘察设计研究院完成了“钢波纹管涵洞结构设计软件”的研究。2009-2010年，中交第一公路勘察设计研究院完成了河北省科研项目“公路大孔径钢波纹管涵洞技术研究”，并编制成了交通运输部行业标准《公路涵洞通道用钢波纹钢板(管)》，提出了“大孔径钢波纹涵洞施工工法”。2009-2010年，中交第一公路勘察设计研究院依托实际工程项目开展了“公路大孔径钢波纹管通道应用研究”。

施工工艺

钢波纹管涵洞施工与普通混凝土涵洞基本相同，主要不同之处在于管身安装及涵背回填部分，下面主要针对这2部分进行分析。

1、前期施工

钢波纹管涵洞施工前，应用仪器准确定位管涵中心及纵横轴线，基坑边坡坡度按1：1放坡。基坑宽度一般以管涵宽度的3—4倍为宜，开挖时应避免垮塌伤人。根据设计文件放出管涵轴线，打好中边桩，并在涵管中轴线和基础范围边缘撒上白色灰线，测出原地面高程。

2、地基处理

对于软土地基，要求进行一定厚度的砂砾换填，一般性土质地基可设一定厚度的基础或对原地基土进行充分夯实，经检测合格后方可使用。优质土地基是指未经筛分的砂、碎石、砂砾土以及砂质土，是比较理想的地基材料，但需清除10 em以上的石块等硬物。对于岩石地基，因为钢波纹管为柔性结构，不能置于过于坚硬的岩石地基上，以防止其产生凹凸变形，降低其整体使用性能。因此，对于岩石地基，应挖掉一部分软岩，换填1层优质土，并进行夯实处理。岩石风化层地基不能作为基础，需换填不少于3倍直径宽度的填土。已有资料表明，钢波纹管埋置于高填方路基时，经过一段时间后，一般会产生中部下沉量大于两端的沉降。因此，基础垫层须设置预拱度，其大小根据涵底纵坡、填土高度、荷载等因素综合考虑，一般预留0．2％ 一1．0％的预拱度即可，以确保钢波纹管中部不出现凹陷。

3、管身安装及密封

管身安装前，要求准确放出管涵的轴线和进出水口的位置。管底安装时应将其紧贴于垫层上，以使管涵受力均匀。基础顶面坡度与设计坡度应一致。拼装时先安装底片，按从下到上的顺序进行，然后沿管轴向向两端拼接。板与板之间应紧密连接，周定螺栓应牢固拧紧。须由2人分别于管内外拧同一颗螺栓，以防其打滑，影响使用。沿管轴向每安装4～5片板时，应进行1次管节圆度、位置校正。如出现偏位，则需用千斤顶在偏位方向朝上顶管节以进行纠偏，但不宜用力过大，以防止损坏钢波纹管。施工直径大于3 m的钢波纹管时，应在管内外搭设施工脚手架。管节全部拼装完成后，应检查管节螺栓是否有漏安装或松动，对不符合要求的螺栓要补紧或更换。检查管身内侧所有钢板拼缝是否符合要求，若符合要求则用密封胶进行密封，以防止泄漏。

4、防腐处理

按照规范要求，钢波纹管出厂时已进行了镀锌防腐处理，镀锌平均厚度不小于84 m。为了增加钢波纹管的耐久性，应对其内外均匀涂刷乳化沥青，内外至少各涂刷2遍。

5、钢波纹管两侧回填

为保证钢涵管涵洞的回填质量，其两侧近处用机械夯实，管底下方粗砂用“水密法”震荡器振实。钢波纹管涵两侧填土应对称施工，分层回填，每层厚度为20 cm，压实度达到规范要求后方可进行下层填筑。管涵两侧50 cm外用振动压路机碾压，50om内则用小型夯实机械夯实，以免压路机对管涵造成破坏或管涵滚动。钢波纹涵管涵洞上方回填土厚度小于60 cm时，可采用小型夯实机械夯实，接近60 em时可用小型压路机静压，此过程中禁止施工机械通行；填土厚度超过60 em后，采用压路机振压。

6、八字墙、洞口铺砌

洞口施工时，应选择几何尺寸较好的石块交错铺砌在同一层，使之形成错锁结构。须错缝砌筑，不得出现竖缝、通缝，外露面应保持平整。八字墙砌筑前，将基底平整夯实，并测试其承载力是否达到设计要求，且经检查合格后方可进行砌筑。模板安装及混凝土浇筑应符合规范要求。

钢波纹管在公路工程中应用的优缺点

1、优点

钢波纹管小桥涵与钢筋混凝土及圬工涵洞相比具有如下优势。

1)具有管节薄、质量轻、便于叠置捆扎、存放运输方便、施工组装工艺简单、生产周期和施工期短等特点。

2)耐久性好，使用寿命长。实际应用表明，镀锌波形钢板结构的使用寿命可达到75年以上，完全可以满足公路涵洞设计年限要求。

3)施工方便，施工人员不必经过特殊培训即可操作，且只需3～4人即可，节省了人工费用。

4)钢波纹管是直接用钢板压制而成，基本不需要碎石和土等天然资源，对环境的破坏程度较小，利于环保。

5)有利于改善软土地基结构物与路堤交界处的“错台现象”，提高行车的舒适性和安全性，便于维修，路面通车后养护成本可大大减少。

2、缺点

施工时需要对钢波纹管进行涂刷沥青等防腐处理，管与管之间拼装处需用密封胶密封以防止泄漏。

各种土质地基的处理方法

1、优质土地基

未经筛分的砂,碎石、砂砾土以及砂质土都是比较理想的地基材料,但需清除10 cm以上的石块等硬物。

2、一般性土质地基

承载能力不太高的普通地基,需设一定厚度的基础。但是,若将涵管底基槽原状土经严格夯实(其夯实度达到重型击实密实度的90%以上)以后,也可直接将钢波纹管置于地基上。

3、岩石地基

钢波纹管不能直接置于岩石或混凝土基床上,因过于刚性的支承,不但会降低管壁本身所具有的良好柔性,而且还会减小涵管的承载能力。所以对岩石地基应挖掉一部分软岩,换填上一层优质土,一般换填厚度不小于30 cm为宜,并认真夯实。开挖软岩沟槽,不能使用烈性炸药和放深孔炮,以避免将过多的外层被炸松散。岩石风化层地基不能作为基础,需换填上3D宽度的优质土。

 4、软土地基

当涵管处于软土地基上时,需对软土路基进行处理,涵洞地基处理方法同该路段的路基处理方法,然后在其上填一层大于20 cm厚的优质砂砾垫层。

5、施工放样

对施工场地进行平整,安排布置各种材料堆放场地,组织所需机械设备。施工前组织测量人员根据设计文件放出管涵轴线,打好中边桩,在涵管中轴线和基础范围边缘撒上白色灰线,测出原地面高程。

6、基础垫层填筑

基础垫层材料采用碎石土或砂砾填筑,厚度7～15 cm,其最大粒径不得超过12 mm。