鋼波紋管涵施工方法及經(jīng)濟(jì)效益分析

1、鋼波紋管涵施工方法及經(jīng)濟(jì)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(yīng)用于公路、鐵路的涵洞、通道、小橋、隧道、臨時(shí)便道、排水管道以及各種礦場(chǎng)巷道擋墻支護(hù)等工程。在公路施工中,應(yīng)用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工已經(jīng)有100多年的歷史。1896年,美國(guó)率先進(jìn)行波紋管涵通道、涵管的可行性研究。其后,在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)的公路建設(shè)中,均采用了鋼波紋管進(jìn)行涵洞的施工。1990年,日本制定了波紋管涵設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范。我國(guó)從2001年開(kāi)始使用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文結(jié)合省道S246南石線(xiàn)改建工程中鋼

2、波紋管涵的施工對(duì)鋼波紋管涵施工方法控制及主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)論述，并對(duì)比分析了鋼波紋管涵的經(jīng)濟(jì)適用性及優(yōu)點(diǎn)，指出了該工程通過(guò)鋼波紋管涵的施工，取得了良好的效果?！娟P(guān)鍵詞】鋼波紋管涵； 施工方法； 技術(shù)指標(biāo)； 經(jīng)濟(jì)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(zhì)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(chǎng)造價(jià)低、抗變形能力強(qiáng)、減少通車(chē)后養(yǎng)護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)效益。2、波紋管涵的分類(lèi)、按組裝方式分類(lèi)：整裝波紋管涵、拼裝波紋管涵、按形狀分類(lèi)：圓形、 橢圓形、 拱形、按連接方式分類(lèi)：內(nèi)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(lèi)：鋼帶輥壓推進(jìn)螺旋卷曲成圓連線(xiàn)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(yīng)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(chǔ)采用砂礫墊層，厚度為80-180cm，管周?chē)捎蒙暗[土回填，涵管近處30cm范圍內(nèi)用小型夯實(shí)機(jī)械夯實(shí)，兩側(cè)及頂部采用YZ20t的振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，每座涵洞施工時(shí)間為15-20天，比混凝土蓋板涵、拱涵縮短工期40-70天。、 以樁號(hào)K7+830鋼波紋管涵為例，從現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)斷面來(lái)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(méi)有大水，來(lái)源主要為山

4、上流下來(lái)的雨水；溝底土質(zhì)為濕陷性黃土。根據(jù)水文調(diào)查結(jié)果，本溝上游溝長(zhǎng)1 km，匯水面積6000m2,近年來(lái)未發(fā)生過(guò)特大洪水。經(jīng)綜合考慮并與建設(shè)單位、當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門(mén)協(xié)商，決定以填方路基形式穿過(guò)，但必須設(shè)置構(gòu)造物滿(mǎn)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(dá)15 m。按有關(guān)規(guī)范，路堤邊坡高度大于15 m就屬于高路基，對(duì)高路基下的構(gòu)造物需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。由于設(shè)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(zhì)勘察結(jié)果表明，其地基承載力不能滿(mǎn)足要求，且工期太長(zhǎng)費(fèi)用又太高；設(shè)置鋼筋砼圓管涵，地基承載力不能滿(mǎn)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(hù)，并作防滲處理。、該涵洞直徑3米，全長(zhǎng)67.06m，直徑3m，與路基中心線(xiàn)成65度交角，基礎(chǔ)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(shí)從涵洞中心向兩端延伸，有二個(gè)安裝組拼裝，每個(gè)安裝組1天平均拼裝3m，2個(gè)組1天拼裝6m，11天就完成拼裝就位工作，管涵周?chē)靥顣r(shí)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(jià)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(guó)內(nèi)波紋管產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化以及鋼材產(chǎn)業(yè)的調(diào)整，波紋管的成本也會(huì)逐漸降低。4、鋼

6、波紋管涵施工方法測(cè)量放線(xiàn) 挖基 施工放樣 基礎(chǔ)墊層填筑 管身安裝 涵背回填 洞口鋪砌及護(hù)坡防護(hù) 成品檢測(cè)、驗(yàn)收、測(cè)量放樣：管涵施工前，首先應(yīng)準(zhǔn)確定出管涵中心及縱橫軸線(xiàn)。并做好護(hù)樁，基坑邊坡坡度按1：1進(jìn)行放坡。基坑寬度較涵洞基礎(chǔ)尺寸加大100cm。、挖基：采用人工配合機(jī)械開(kāi)挖的辦法，基坑邊坡坡度按1：1進(jìn)行放坡，對(duì)開(kāi)挖深度較深，有水的地方，應(yīng)以穩(wěn)定邊坡為主，依土質(zhì)情況適當(dāng)放坡，棄土應(yīng)注意棄堆坡腳離開(kāi)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(shí)應(yīng)注意圬工材料的進(jìn)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(shè)計(jì)要求時(shí)，按照設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖地基；沒(méi)有設(shè)計(jì)要求時(shí)，基礎(chǔ)墊層

7、厚和開(kāi)槽寬度參見(jiàn)下表，為了便于機(jī)械碾壓，建議采用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)寬度。表1 基礎(chǔ)最小寬度、厚度地質(zhì)條件基礎(chǔ)最小厚度（cm）基礎(chǔ)最小寬度（m）基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)寬度（m）優(yōu)質(zhì)土地基可直接將地基作基礎(chǔ)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(dāng)填土高度大于5 m時(shí)，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(duì)工場(chǎng)地進(jìn)行平整，安排布置各種材料堆放場(chǎng)地，組織所需機(jī)械設(shè)備。施工前組織測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)文件放出管涵軸線(xiàn)，打好中邊樁，在涵管中軸線(xiàn)和基礎(chǔ)范

8、圍邊緣撒上白色灰線(xiàn)，測(cè)出原地面高程。、基礎(chǔ)墊層：施工根據(jù)圖紙計(jì)算基礎(chǔ)頂標(biāo)高，按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求材料進(jìn)行換填。以本鋼波紋管涵為例，本基礎(chǔ)為級(jí)配砂礫，厚度為140cm，砂礫應(yīng)分層攤鋪壓實(shí)，采用機(jī)械攤鋪、人工找平、壓路機(jī)碾壓。 、管身安裝：管身安裝前要求準(zhǔn)確放出管涵的軸線(xiàn)和進(jìn)、出水口的位置，拼裝時(shí)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(xiàn)和圖紙所示的坡度；管身安裝應(yīng)緊貼在砂礫墊層上，使管涵能受力均勻?；A(chǔ)頂面坡度與設(shè)計(jì)坡度一致，并且在管身沿橫向設(shè)預(yù)拱度為管節(jié)長(zhǎng)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(jìn)行縱向連接。由中心向兩端

9、對(duì)稱(chēng)進(jìn)行安裝。安裝時(shí)先安裝底片，然后分別向上拼接。每安裝5m進(jìn)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(jìn)行糾偏；管節(jié)安裝需在管節(jié)內(nèi)外搭設(shè)施工腳手架，以方便施工操作；管節(jié)全部拼裝完成后，應(yīng)檢查管節(jié)位置是否符合設(shè)計(jì)要求，并在管身內(nèi)側(cè)所有鋼板拼縫采用密封膠進(jìn)行密封防止泄漏；一般情況下，可在管節(jié)內(nèi)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(qiáng)防腐蝕作用。、涵管回填：為保證涵管的回填質(zhì)量，管底兩側(cè)楔形部位處的填筑材料采用現(xiàn)場(chǎng)拌和的6%灰土，人工用木棒在管身外向內(nèi)側(cè)進(jìn)行夯實(shí)，木棒作用點(diǎn)必須緊貼管身，每個(gè)凹槽部位都必須夯實(shí)到位，然后用小型夯實(shí)機(jī)械

10、斜向夯實(shí)，確保管底的回填質(zhì)量，振動(dòng)棒搗實(shí)。涵管兩側(cè)的部位回填采用6%灰土。在管身最大直徑兩側(cè)50cm外使用16T光輪壓路機(jī)碾壓，采用輕型夯實(shí)，在涵管50cm范圍內(nèi)使用小型夯實(shí)機(jī)械夯實(shí)，以避免壓路機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備對(duì)管涵的沖擊。填筑時(shí)應(yīng)分層填筑、分層壓實(shí)，每層壓實(shí)后的厚度為20cm，壓實(shí)度要求達(dá)到96%方可進(jìn)行下層填筑。填筑前在管節(jié)兩側(cè)上用紅色油漆按每20cm高度標(biāo)注，填筑時(shí)按標(biāo)注線(xiàn)控制。填筑必須在涵管兩側(cè)同步對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，兩側(cè)的回填土高差不得大于30cm.管頂填土厚度小于50 cm時(shí)，不得使用大于6T的壓路機(jī)械碾壓，也不允許施工機(jī)械通行。、洞口鋪砌及防護(hù)：洞口采用端墻型式、八字墻斜口形式，洞口鋪砌及

11、護(hù)坡防護(hù)為M7.5漿砌片石，施工時(shí)應(yīng)選擇幾何尺寸相對(duì)長(zhǎng)和短的石塊交錯(cuò)在同一層使之形成錯(cuò)鎖結(jié)構(gòu)，保證錯(cuò)縫砌筑，不得出現(xiàn)豎縫、通縫。外露面要選擇石塊質(zhì)地適當(dāng)，細(xì)致色澤均勻，無(wú)風(fēng)化剝落無(wú)裂紋的大石塊進(jìn)行鑿面鑿紋，以確保工程外露面的平整和準(zhǔn)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(shí)，測(cè)試其承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求、并經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后方可進(jìn)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(rùn)，所有石塊都要座在新的砂漿上，并在砂漿凝結(jié)前將石塊位置固定好。砂漿縫要填飽滿(mǎn)，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(wú)干縫、通縫和瞎縫，砂漿飽滿(mǎn)。砌體外露面和坡頂、邊緣及邊角應(yīng)選用較大、平整并加鑿修的石塊砌筑。砌體應(yīng)分層座漿砌筑，砌筑上層時(shí)，不得振動(dòng)下層。不得在已砌好的砌體上拋擲、滾動(dòng)、翻轉(zhuǎn)和敲擊石塊，砌體砌筑完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行勾縫。在砂漿凝結(jié)前將灰縫勾好，否則在砂漿凝結(jié)前將灰縫砂漿刮深50mm，為勾縫作好準(zhǔn)備。石塊表面不得被砂漿弄臟。砌筑的上下層石塊交錯(cuò)排列，豎縫不得重合，錯(cuò)縫距離不小于80mm。砌體結(jié)構(gòu)尺寸采用立桿掛線(xiàn)控制、坡尺檢查。路肩墻在砌筑的同時(shí)經(jīng)?；謴?fù)中線(xiàn)，通過(guò)水平測(cè)量，檢查墻體的位置，確保路肩墻完成后，路面寬度符合設(shè)計(jì)要求，坡面平整，線(xiàn)形順適。如果石塊松動(dòng)或灰縫開(kāi)

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(shí)，沒(méi)有勾好的砌縫用凈水將砌縫浸濕后填進(jìn)砂漿。將砂漿塞進(jìn)砌縫內(nèi)，并用勾縫刀修整。勾縫完成后，灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不少于7天。漿砌告一段落時(shí)，及用草袋、麻袋覆蓋砌體，進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)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(yīng)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(guān)。、施工注意事項(xiàng)：施工季節(jié)應(yīng)嚴(yán)格控制，防止在冰凍季節(jié)施工，影響施工質(zhì)量。別對(duì)粉粘粒含量應(yīng)嚴(yán)格控制，防止產(chǎn)生凍脹導(dǎo)致涵洞涵管破壞?；A(chǔ)與涵管側(cè)面、頂部填料要分層碾壓，壓實(shí)度必須滿(mǎn)足要求，否則易引起涵管應(yīng)力集中

14、、涵管變形和兩側(cè)沉陷跳車(chē)。拼裝時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制涵底縱坡，并加強(qiáng)管節(jié)的防腐，確保涵洞使用性能和服務(wù)壽命滿(mǎn)足要求。5、鋼波紋管涵的主要技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)要求：波形鋼板原材料采用低碳鋼，應(yīng)符合GB/T699和GB/T700的要求。波形鋼板原材料的化學(xué)成分應(yīng)符合表2的規(guī)定，并應(yīng)進(jìn)行熱浸鍍鋅（熔融鍍鋅）。表2 波形鋼板原材料的化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)，附著其他防腐材料的，應(yīng)不低于本標(biāo)準(zhǔn)鍍鋅層厚度所具有的防腐能力波形鋼板的物理性能應(yīng)符合表3的規(guī)定表3 波形鋼板的物理性能項(xiàng) 目規(guī) 格290380400490縱向抗拉強(qiáng)度

15、，MPa290380400490縱向屈服強(qiáng)度，MPa190275245285標(biāo)稱(chēng)抗拉強(qiáng)度時(shí)縱向延伸率，%t5 mm252121195 mmt12mm1715波形鋼板的外觀(guān)質(zhì)量除應(yīng)滿(mǎn)足GB/76725外，還應(yīng)符合表4的規(guī)定JT/T710-2010表4 波形鋼板的外觀(guān)質(zhì)量序號(hào)項(xiàng)目要求1切口平直，無(wú)明顯鋸齒現(xiàn)象2顏色表面色澤均勻、無(wú)明顯缺損3外觀(guān)表面平整光滑、無(wú)損傷、無(wú)破裂、無(wú)孔洞4水云、云霧和機(jī)械劃痕不明顯5端面錯(cuò)位5 mm各部尺寸允許偏差見(jiàn)表5表5 管涵允許偏差項(xiàng) 目允許偏差（mm）軸線(xiàn)偏位50流水面高程20涵管長(zhǎng)度+100，-50相鄰管節(jié)面錯(cuò)口（應(yīng)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(diǎn)、適應(yīng)地基變形能力強(qiáng)，對(duì)地基承載能力、平整度要求較低，工程實(shí)際造價(jià)比同類(lèi)跨徑的橋、涵洞相近或較低。 、施工工期短是最明顯的優(yōu)勢(shì)，土建工程與管節(jié)安裝可分開(kāi)實(shí)施，然后進(jìn)行整體拼裝。 、進(jìn)行工廠(chǎng)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(zhì)量。 、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，不需使用大型設(shè)備。 、解決北方寒冷地區(qū)（霜凍）對(duì)橋梁和管涵砼結(jié)構(gòu)的破壞問(wèn)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(yuǎn)。 、結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短。 、有利于改善軟土地基結(jié)構(gòu)物與路堤交

17、界處的“錯(cuò)臺(tái)”現(xiàn)象，提高行車(chē)的舒適度與安全性，減少工后營(yíng)運(yùn)、養(yǎng)護(hù)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(jìn)行涵洞施工在國(guó)內(nèi)時(shí)一項(xiàng)新技術(shù)，鋼波紋管涵以其性能穩(wěn)定、安裝方便、有利環(huán)保、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)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(yīng)用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工的歷史已經(jīng)有100多年了。在我國(guó)改革開(kāi)放后，開(kāi)始從國(guó)外進(jìn)口成品波紋管涵進(jìn)行涵洞施工。之后，交通部科學(xué)技術(shù)研究院對(duì)金屬波紋管涵進(jìn)行了動(dòng)、靜載試驗(yàn)，結(jié)果表明能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白，且迅速得到推廣應(yīng)用。實(shí)踐證明，用鋼波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工，無(wú)論從施工周期、施工造價(jià)、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(jìn)行涵洞施工，可大大提高道路行車(chē)的舒適度與安全性，避免道路中涵洞的“錯(cuò)臺(tái)跳車(chē)”現(xiàn)形，有利于解決寒冷霜凍地區(qū)對(duì)砼管涵結(jié)構(gòu)的破壞問(wèn)題。鋼波紋管涵洞主要在我國(guó)北方寒冷霜凍地區(qū)逐步得到推廣使用，有關(guān)科研設(shè)計(jì)部門(mén)正在編寫(xiě)鋼波紋管涵的計(jì)、施工規(guī)范。相信隨著對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性認(rèn)識(shí)的逐步提高，鋼波紋管涵在公路或其他工程中將