鋼波紋管涵施工方法及經(jīng)濟效益分析

1、鋼波紋管涵施工方法及經(jīng)濟效益分析【摘要】鋼波紋管涵也叫波紋涵管，是指鋪埋在公路、鐵路下涵洞用的金屬波紋管，它是由波形金屬管或用波形鋼板拼制成的波紋管。廣泛應用于公路、鐵路的涵洞、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工程。在公路施工中,應用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進行涵洞施工已經(jīng)有100多年的歷史。1896年,美國率先進行波紋管涵通道、涵管的可行性研究。其后,在美國、加拿大、澳大利亞等國的公路建設中,均采用了鋼波紋管進行涵洞的施工。1990年,日本制定了波紋管涵設計技術規(guī)范。我國從2001年開始使用，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。本文結合省道S246南石線改建工程中鋼

2、波紋管涵的施工對鋼波紋管涵施工方法控制及主要技術指標進行了詳細論述，并對比分析了鋼波紋管涵的經(jīng)濟適用性及優(yōu)點，指出了該工程通過鋼波紋管涵的施工，取得了良好的效果。【關鍵詞】鋼波紋管涵； 施工方法； 技術指標； 經(jīng)濟效益分析1、 概述鋼制波紋涵管是替代圓管涵、蓋板涵、和小橋的優(yōu)質公路建材。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)護成本等優(yōu)點，由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。2、波紋管涵的分類、按組裝方式分類：整裝波紋管涵、拼裝波紋管涵、按形狀分類：圓形、 橢圓形、 拱形、按連接方式分類：內法蘭連接 、外法蘭連接、板片

3、搭接、卡箍連接、按加工方法分類：鋼帶輥壓推進螺旋卷曲成圓連線焊接、咬接成型螺旋鋼管、制管壓制波紋兩步法波紋管。3、鋼波紋管在公路中的應用情況、省道246公路工程使用鋼波紋管涵三道，采用的波紋管直徑為3m和2.5m，洞口形式分為八字式與一字式，基礎采用砂礫墊層，厚度為80-180cm，管周圍采用砂礫土回填，涵管近處30cm范圍內用小型夯實機械夯實，兩側及頂部采用YZ20t的振動壓路機碾壓，每座涵洞施工時間為15-20天，比混凝土蓋板涵、拱涵縮短工期40-70天。、 以樁號K7+830鋼波紋管涵為例，從現(xiàn)場勘測斷面來看，此溝為V形溝，溝底較順直，兩邊為黃土，溝壁直立，溝底一般沒有大水，來源主要為山

4、上流下來的雨水；溝底土質為濕陷性黃土。根據(jù)水文調查結果，本溝上游溝長1 km，匯水面積6000m2,近年來未發(fā)生過特大洪水。經(jīng)綜合考慮并與建設單位、當?shù)匾?guī)劃部門協(xié)商，決定以填方路基形式穿過，但必須設置構造物滿足目前排水需要。根據(jù)溝兩邊地形,溝中最大路基填土高度達15 m。按有關規(guī)范，路堤邊坡高度大于15 m就屬于高路基，對高路基下的構造物需進行特殊設計。由于設鋼筋砼拱涵或鋼筋砼板涵要求地基允許承載力較高，而地質勘察結果表明，其地基承載力不能滿足要求，且工期太長費用又太高；設置鋼筋砼圓管涵，地基承載力不能滿足要求，而且管節(jié)接頭在涵頂15m高填土路基作用下很容易變形滲水，影響路基穩(wěn)定。綜合比較后決

5、定采用直徑3m、管壁厚5.5 mm的鋼波紋管涵，為防止上游雍水，作一定高度路基防護，并作防滲處理。、該涵洞直徑3米，全長67.06m，直徑3m，與路基中心線成65度交角，基礎采用二八灰土和砂礫墊層，鋼波紋管涵安裝采用拼接式，拼裝時從涵洞中心向兩端延伸，有二個安裝組拼裝，每個安裝組1天平均拼裝3m，2個組1天拼裝6m，11天就完成拼裝就位工作，管涵周圍回填時間為5天，洞口砌筑為5天，這樣這座涵洞的施工工期為21天，大大縮短了工期。、從造價而言，直徑3m鋼波紋管每延米15000余元，比混凝土蓋板涵和拱涵要低很多，隨著國內波紋管產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化、標準化以及鋼材產(chǎn)業(yè)的調整，波紋管的成本也會逐漸降低。4、鋼

6、波紋管涵施工方法測量放線 挖基 施工放樣 基礎墊層填筑 管身安裝 涵背回填 洞口鋪砌及護坡防護 成品檢測、驗收、測量放樣：管涵施工前，首先應準確定出管涵中心及縱橫軸線。并做好護樁，基坑邊坡坡度按1：1進行放坡。基坑寬度較涵洞基礎尺寸加大100cm。、挖基：采用人工配合機械開挖的辦法，基坑邊坡坡度按1：1進行放坡，對開挖深度較深，有水的地方，應以穩(wěn)定邊坡為主，依土質情況適當放坡，棄土應注意棄堆坡腳離開挖基坑上口邊緣至少1.0m以上，以免引起坑壁坍塌傷人，同時應注意圬工材料的進出口道路，避免被棄土堵塞，基坑上游可能被雨水沖刷處不宜堆棄土。有設計要求時，按照設計要求開挖地基；沒有設計要求時，基礎墊層

7、厚和開槽寬度參見下表，為了便于機械碾壓，建議采用基礎標準寬度。表1 基礎最小寬度、厚度地質條件基礎最小厚度（cm）基礎最小寬度（m）基礎標準寬度（m）優(yōu)質土地基可直接將地基作基礎2.01.5+2.03.0+一般性地基管徑2.0m0.22.01.5+2.03.0+巖石地基20-40 cm，但當填土高度大于5 m時，填土高度每增加1.0m，其厚度增加4 cm2.01.5+2.03.0+軟土地基0.3-0.5或50 cm以上2.01.5+2.03.0+、施工放樣：對工場地進行平整，安排布置各種材料堆放場地，組織所需機械設備。施工前組織測量人員根據(jù)設計文件放出管涵軸線，打好中邊樁，在涵管中軸線和基礎范

8、圍邊緣撒上白色灰線，測出原地面高程。、基礎墊層：施工根據(jù)圖紙計算基礎頂標高，按設計及規(guī)范要求材料進行換填。以本鋼波紋管涵為例，本基礎為級配砂礫，厚度為140cm，砂礫應分層攤鋪壓實，采用機械攤鋪、人工找平、壓路機碾壓。 、管身安裝：管身安裝前要求準確放出管涵的軸線和進、出水口的位置，拼裝時要注意端頭板片和中間板片的位置，管涵的安裝必須按照正確的軸線和圖紙所示的坡度；管身安裝應緊貼在砂礫墊層上，使管涵能受力均勻?；A頂面坡度與設計坡度一致，并且在管身沿橫向設預拱度為管節(jié)長度的0.2%-1%，以確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或逆坡；管身采用Q235熱軋鋼板幾塊連接一周整體成型后再進行縱向連接。由中心向兩端

9、對稱進行安裝。安裝時先安裝底片，然后分別向上拼接。每安裝5m進行一次管節(jié)的圓度和位置校正。如出現(xiàn)偏位，采用千斤頂在偏位的方向上頂管節(jié)進行糾偏；管節(jié)安裝需在管節(jié)內外搭設施工腳手架，以方便施工操作；管節(jié)全部拼裝完成后，應檢查管節(jié)位置是否符合設計要求，并在管身內側所有鋼板拼縫采用密封膠進行密封防止泄漏；一般情況下，可在管節(jié)內外管壁涂上或噴上含有石棉纖維的厚瀝青一道?；蛲克杀闉r青和石油的拌合物，以加強防腐蝕作用。、涵管回填：為保證涵管的回填質量，管底兩側楔形部位處的填筑材料采用現(xiàn)場拌和的6%灰土，人工用木棒在管身外向內側進行夯實，木棒作用點必須緊貼管身，每個凹槽部位都必須夯實到位，然后用小型夯實機械

10、斜向夯實，確保管底的回填質量，振動棒搗實。涵管兩側的部位回填采用6%灰土。在管身最大直徑兩側50cm外使用16T光輪壓路機碾壓，采用輕型夯實，在涵管50cm范圍內使用小型夯實機械夯實，以避免壓路機等大型機械設備對管涵的沖擊。填筑時應分層填筑、分層壓實，每層壓實后的厚度為20cm，壓實度要求達到96%方可進行下層填筑。填筑前在管節(jié)兩側上用紅色油漆按每20cm高度標注，填筑時按標注線控制。填筑必須在涵管兩側同步對稱進行，兩側的回填土高差不得大于30cm.管頂填土厚度小于50 cm時，不得使用大于6T的壓路機械碾壓，也不允許施工機械通行。、洞口鋪砌及防護：洞口采用端墻型式、八字墻斜口形式，洞口鋪砌及

11、護坡防護為M7.5漿砌片石，施工時應選擇幾何尺寸相對長和短的石塊交錯在同一層使之形成錯鎖結構，保證錯縫砌筑，不得出現(xiàn)豎縫、通縫。外露面要選擇石塊質地適當，細致色澤均勻，無風化剝落無裂紋的大石塊進行鑿面鑿紋，以確保工程外露面的平整和準確的幾何尺寸。八字墻采用M7.5漿砌塊石，砌筑前，將基底平整夯實，測試其承載力達到設計要求、并經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后方可進行砌筑。在安砌前每一石塊都須洗凈，用水徹底飽和，基座墊層也清干凈、濕潤，所有石塊都要座在新的砂漿上，并在砂漿凝結前將石塊位置固定好。砂漿縫要填飽滿，不得在底座上墊碎石。豎縫與平縫的平均寬度不大于25mm，最大寬度為50mm。漿砌片石采用擠漿法，按

12、圖紙的要求勾縫，砌體咬口緊密，無干縫、通縫和瞎縫，砂漿飽滿。砌體外露面和坡頂、邊緣及邊角應選用較大、平整并加鑿修的石塊砌筑。砌體應分層座漿砌筑，砌筑上層時，不得振動下層。不得在已砌好的砌體上拋擲、滾動、翻轉和敲擊石塊，砌體砌筑完成后，應及時進行勾縫。在砂漿凝結前將灰縫勾好，否則在砂漿凝結前將灰縫砂漿刮深50mm，為勾縫作好準備。石塊表面不得被砂漿弄臟。砌筑的上下層石塊交錯排列，豎縫不得重合，錯縫距離不小于80mm。砌體結構尺寸采用立桿掛線控制、坡尺檢查。路肩墻在砌筑的同時經(jīng)常恢復中線，通過水平測量，檢查墻體的位置，確保路肩墻完成后，路面寬度符合設計要求，坡面平整，線形順適。如果石塊松動或灰縫開

13、裂，須將石塊提起，并將座層上與砌縫間的砂漿清除干凈，然后將石塊重新鋪砌在新拌的砂漿上。在砌筑時，沒有勾好的砌縫用凈水將砌縫浸濕后填進砂漿。將砂漿塞進砌縫內，并用勾縫刀修整。勾縫完成后，灑水進行養(yǎng)護，時間不少于7天。漿砌告一段落時，及用草袋、麻袋覆蓋砌體，進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間一般不少于7天，所砌筑圬工的砂漿，在初期硬化期間不應使其受雨水沖刷或水淹浸。砂漿凝固后，墻面全部刷干凈，使外貌整潔美觀。、施工注意事項：施工季節(jié)應嚴格控制，防止在冰凍季節(jié)施工，影響施工質量。別對粉粘粒含量應嚴格控制，防止產(chǎn)生凍脹導致涵洞涵管破壞?；A與涵管側面、頂部填料要分層碾壓，壓實度必須滿足要求，否則易引起涵管應力集中

14、、涵管變形和兩側沉陷跳車。拼裝時，應嚴格控制涵底縱坡，并加強管節(jié)的防腐，確保涵洞使用性能和服務壽命滿足要求。5、鋼波紋管涵的主要技術指標技術指標要求：波形鋼板原材料采用低碳鋼，應符合GB/T699和GB/T700的要求。波形鋼板原材料的化學成分應符合表2的規(guī)定，并應進行熱浸鍍鋅（熔融鍍鋅）。表2 波形鋼板原材料的化學成分要求磷（P）含量，%硫（S）含量，%鍍鋅層厚度，m0.0450.05063鍍鋅層的厚度按鋼板單面鍍鋅層厚度標準，附著其他防腐材料的，應不低于本標準鍍鋅層厚度所具有的防腐能力波形鋼板的物理性能應符合表3的規(guī)定表3 波形鋼板的物理性能項 目規(guī) 格290380400490縱向抗拉強度

15、，MPa290380400490縱向屈服強度，MPa190275245285標稱抗拉強度時縱向延伸率，%t5 mm252121195 mmt12mm1715波形鋼板的外觀質量除應滿足GB/76725外，還應符合表4的規(guī)定JT/T710-2010表4 波形鋼板的外觀質量序號項目要求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各部尺寸允許偏差見表5表5 管涵允許偏差項 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（應下游低于上游）3（管徑1.0m）5（管徑1.0

16、m）厚度+11波距3波深36、鋼波紋管涵的優(yōu)點、適應地基變形能力強，對地基承載能力、平整度要求較低，工程實際造價比同類跨徑的橋、涵洞相近或較低。 、施工工期短是最明顯的優(yōu)勢，土建工程與管節(jié)安裝可分開實施，然后進行整體拼裝。 、進行工廠集中化生產(chǎn)，生產(chǎn)不受環(huán)境影響，有利降低成本、控制質量。 、現(xiàn)場安裝方便，不需使用大型設備。 、解決北方寒冷地區(qū)（霜凍）對橋梁和管涵砼結構的破壞問題。 、減少或根本舍棄了常規(guī)建材，如水泥、黃砂、石子、木材的使用，環(huán)保意義深遠。 、結構受力情況合理，荷載分布均勻，并有一定的抗變形能力。 、采用標準化設計，生產(chǎn)、設計簡單，生產(chǎn)周期短。 、有利于改善軟土地基結構物與路堤交

17、界處的“錯臺”現(xiàn)象，提高行車的舒適度與安全性，減少工后營運、養(yǎng)護成本。 7、鋼波紋管涵的發(fā)展前景 、公路工程的涵洞一般采用鋼筋混凝土制作。現(xiàn)采用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進行涵洞施工在國內時一項新技術，鋼波紋管涵以其性能穩(wěn)定、安裝方便、有利環(huán)保、造價低等優(yōu)點迅速在公路施工中代替了鋼筋混凝土施工的涵洞，發(fā)展前景非常廣闊。 、在公路施工中，應用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進行涵洞施工的歷史已經(jīng)有100多年了。在我國改革開放后，開始從國外進口成品波紋管涵進行涵洞施工。之后，交通部科學技術研究院對金屬波紋管涵進行了動、靜載試驗，結果表明能滿足設計使用要求，填補了國內的空白，且迅速得到推廣應用。實踐證明，用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進行涵洞施工，無論從施工周期、施工造價、環(huán)保意義等方面都有其不可比擬的優(yōu)越性，且用鋼波紋管涵進行涵洞施工，可大大提高道路行車的舒適度與安全性，避免道路中涵洞的“錯臺跳車”現(xiàn)形，有利于解決寒冷霜凍地區(qū)對砼管涵結構的破壞問題。鋼波紋管涵洞主要在我國北方寒冷霜凍地區(qū)逐步得到推廣使用，有關科研設計部門正在編寫鋼波紋管涵的計、施工規(guī)范。相信隨著對結構耐久性認識的逐步提高，鋼波紋管涵在公路或其他工程中將具有更廣闊的