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1、钢波纹管涵施工工艺及经济性分析作者：*【摘要】钢波纹涵管（YTHG）在国外已经有七十多年的历史，我国从2001年开始使用，取得了明显的经济效益和社会效益。本文结合广源高速公路钢波纹管涵工程实际施工对钢波纹管涵施工工艺控制及主要技术指标进行了详细论述，并对比分析了钢波纹管涵的经济适用性及优点，指出了该工程通过钢波纹管涵的施工，取得了良好的效果。【关键词】钢波纹管涵； 施工工艺； 技术指标； 经济适用性分析1、概述钢波纹涵管（YTHG）是替代圆管涵、盖板涵、拱涵和小桥的优质公路建材。钢波纹管涵具有卓越的路用性能，尤其是对地基要求低、施工简易、能快速安装、大大缩短工期是普通涵管无法相比的，在公路新改
2、建工程、路基养护工程中将发挥积极的作用。柔性、高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有优良的适应地基与基础变形的能力用之可解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题。而且具有自重轻、运输方便、施工简单且施工工期短、造价低、耐久性好、对地基扰动小、对基础要求较低等优点,还具较强的抗拉、抗剪和抗疲劳能力故其具有较为广泛的应用前景。尤其应用在高寒冻土地区、高填土路基、V字型U字型深沟，软土路基地带，具有明显的经济效益。钢波纹涵管有圆形、椭圆形、半圆形等，分为整装型波纹管和拼装型波纹管，整装型波纹管管径范围0.5-3.0m；拼装型波纹管管径范围2.0-12.0m，进出口也可按照边坡比例做成斜口，加工波纹管管径范
3、围0.5m8m，管壁厚度3mm7mm，能够满足填土0.5m50m厚的需要。2、钢波纹管在广源高速公路中的应用情况2.1 广灵至浑源高速公路是山西省高速公路网规划“三纵、十一横、十一环、十一条连接线”中第二横（广灵加斗一平鲁二道梁）的重要组成部分。项目东接规划的北京至蔚县高速公路、与张石、张涿高速连通至冀、京、津地区，西与大同至浑源高速公路连接，与荣乌高速、京大高速连通，是山西省又一条重要东西向出省通道。本项目建设对完善山西省高速公路网，有效发挥高速公路效益，实现山西省高速公路网规划目标“承东启西、覆盖全省、通达四邻”有重要的意义。2.2 本合同段位于大同市浑源县境内，是典型的山区公路，存在施工
4、难度大等困难，钢波纹管采用工厂集中化生产，运至施工现场只需简单的拼接就位即可，所需时间短。起讫里程K51+850K59+870，全长8.02 Km。该公路使用钢波纹管涵四道，采用的波纹管直径为3m，洞口形式分为八字式与倾斜式，基础采用砂砾垫层，厚度为80-180cm，管周围采用砂砾土回填，涵管近处30cm范围内用小型夯实机械夯实，两侧及顶部采用Y20的振动压路机碾压，每座涵洞施工时间为15-20天，比混凝土盖板涵、拱涵缩短工期40-70天。2.3 以桩号K55+265钢波纹管涵为例，从现场勘测断面来看，此沟为V形沟，沟底较顺直，两边为黄土，沟壁直立，沟底一般没有大水，来源主要为山上流下来的雨水
5、；沟底土质为湿陷性黄土。根据水文调查结果，本沟上游沟长2 km，汇水面积6000m2,近年来未发生过特大洪水。经综合考虑并与建设单位、当地规划部门协商，决定以填方路基形式穿过，但必须设置构造物满足目前排水需要。根据沟两边地形及大同市建设部门提供的控制标高，沟中最大路基填土高度达30 m。按有关规范，路堤边坡高度大于2O m就属于高路基，对高路基下的构造物需进行特殊设计。由于设钢筋砼拱涵或钢筋砼板涵要求地基允许承载力较高，而沟底地质勘察结果表明，其地基承载力不能满足要求，且工期太长费用又太高；设置钢筋砼圆管涵，地基承载力不能满足要求，而且管节接头在涵顶30 m高填土路基作用下很容易变形渗水，影响
6、路基稳定。经过查询类似工程设计，综合比较后决定采用直径3m、管壁厚5.5 mm的钢波纹管涵，为防止上游雍水，作一定高度路基防护，并作防渗处理。2.4 该涵直径3米，全长147.06m，直径3m，与路基中心线成113交角，基础采用二八灰土和砂砾垫层，钢波纹管涵安装采用拼接式，拼装时从涵洞中心向两端延伸，有四个安装组拼装，每个安装组1天平均拼装3m，4个组1天拼装12m，13天就完成拼装就位工作，管涵周围回填时间为5天，洞口砌筑为5天，这样这座涵洞的施工工期为23天，大大缩短了工期。2.5 从造价而言，直径3m钢波纹管每延米1万余元，比混凝土盖板涵和拱涵要低很多，随着国内波纹管产业的规范化、标准化
7、以及钢材产业的调整，波纹管的成本也会逐渐降低。3、钢波纹管涵施工工艺3.1 拼装涵管概况拼装波纹涵管是由多片波形板片用螺栓拼接而成，具有板片薄，重量轻，便于运输存放，施工工艺简单，现场安装方便，解决北方寒冷地区对桥梁和管涵的结构破坏问题，组装快速，工期短等优点。进行纵向连接成型。连接螺栓采用M20,8.8级高强度螺栓及弧型垫圈，边缝及螺栓用密封胶出理，钢板表面采用热浸镀锌。组装完成后用喷涂沥青。洞口铺砌及护坡采用M7.5浆砌片石或采用钢筋混凝土浇筑洞口。3.2 施工工艺测量放线 挖基 施工放样 基础垫层填筑管身安装 涵背回填 洞口铺砌及护坡防护 成品检测、验收3.2.1 测量放样管涵施工前，首
8、先应准确定出管涵中心及纵横轴线。并做好护桩，基坑边坡坡度按1：1进行放坡。基坑宽度较涵洞基础尺寸加大100cm。3.2.2 挖基采用人工配合机械开挖的办法，基坑边坡坡度按1：1进行放坡，对开挖深度较深，有水的地方，应以稳定边坡为主，依土质情况适当放坡，弃土应注意弃堆坡脚离开挖基坑上口边缘至少1.0m以上，以免引起坑壁坍塌伤人，同时应注意圬工材料的进出口道路，避免被弃土堵塞，基坑上游可能被雨水冲刷处不宜堆弃土。3.2.2.1 有设计要求时，按照设计要求开挖地基；没有设计要求时，基础垫层厚和开槽宽度参见下表，为了便于机械碾压，建议采用基础标准宽度。表1 基础最小宽度、厚度地质条件基础最小厚度（cm
9、）基础最小宽度（m）基础标准宽度（m）优质土地基可直接将地基作基础2.01.5+2.03.0+一般性地基管径2.0m0.22.01.5+2.03.0+岩石地基20-40 cm，但当填土高度大于5 m时，填土高度每增加1.0m，其厚度增加4 cm2.01.5+2.03.0+软土地基0.3-0.5或50 cm以上2.01.5+2.03.0+3.2.2.2 基坑开挖应按要求进行，当基底土为淤泥等不良土层时，应换填处理，应避免超挖，如超挖，应将松动部分清除，其处理方案应报监理、设计单位批准。3.2.2.3 挖至标高的土质基坑不得长期暴露，扰动或浸泡，并应及时检查基坑尺寸、高程、基底承载力。符合要求后，
10、应立即进行基础施工。3.2.2.4 各种土质地基的处理方法a、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10cm以上的石块等硬物。b、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，若将涵管地基槽原状土经严格夯实（其夯实度到重型击实密实度的90%以上）以后，也可直接将波纹管置于地基上。c、岩石地基除设计要求有规定之外，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，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
11、避免将过多的外层被扎散。岩石风化层地基不能作为基础，需换填上3倍直径宽度的填土。d、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，然后，在其上填一层大于20cm厚的优质砂砾垫层，并夯实紧密。e、预留拱度埋设于一般土质地基上的波纹管，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，铺设于路堤下的波纹管的管身要设置预留拱度。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0.2%-1%，以确保管道中部不出现凹现或滑坡。3.2.3 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
12、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。3.2.4 基础垫层施工根据图纸计算基础顶标高，按设计及规范要求材料进行换填。以本标段K55+265钢波纹管涵为例，本基础为二八灰土，厚度为140cm，二八灰土应分层摊铺压实，采用机械摊铺、人工找平、压路机碾压。3.2.4.1 先利用基槽开挖出的优质黄土过筛（50mm50mm），采用散装石灰拌合二八灰土，灰土的比例按2：8（1车白灰4车黄土的比例控制）用机械拌合，人工配合，直至颜色均匀一致，无灰团、灰条及花面。含水率用目测方法先行测试（手捏成团，大拇指轻捏即碎为宜），拌合完成后进行含水量的检测，如含水量达不到最佳含水
13、量时，需洒水车均匀补充洒水，直至达到最佳含水量。3.2.4.2 按照设计高程对涵洞基础的标高进行测设，并在基坑的四周作出明确的标志，用来控制各层灰土的虚铺和压实厚度。3.2.4.3 第一层灰土铺设前对槽底的标高进行复核，复核检查合格后，按虚铺25cm进行灰土的铺设。采用机械整平，人工配合，铺设过程注意横坡控制，对于涵管两侧用1-2m的刮杠将灰土刮平。然后用压路机碾压密实，靠近管涵两侧的灰土用冲击式打夯机夯实。3.2.4.4 第一层灰土夯实后，用水准仪操平，推算压实后灰土的厚度及复测灰土的顶面标高。用2m靠尺检验灰土工程的表面平整度，根据第一层灰土的虚铺厚度和压实层厚度推算第二、三、四皮灰土虚铺
14、厚度，并层层压实。3.2.4.5 现场二八灰土采用灌砂法进行灰土压实度检测。根据设计要求二八灰土的压实度不小于96%，压实度合格，方可进入下道工序;如果压实度不符合要求，根据压实度所达到的程度再确定其夯实遍数重新压实，直至压实度达到设计要求。3.2.5 管身安装3.2.5.1 管身安装前要求准确放出管涵的轴线和进、出水口的位置，拼装时要注意端头板片和中间板片的位置，管涵的安装必须按照正确的轴线和图纸所示的坡度敷设。3.2.5.2 管身安装应紧贴在砂砾垫层上，使管涵能受力均匀。基础顶面坡度与设计坡度一致，并且在管身沿横向设预拱度为管节长度的0.2%-1%，以确保管道中部不出现凹陷或逆坡。3.2.
15、5.3 管身采用Q235热轧钢板几块连接一周整体成型后再进行纵向连接。由中心向两端对称进行安装。安装时先安装底片，然后分别向上拼接。每安装5m进行一次管节的圆度和位置校正。如出现偏位，采用千斤顶在偏位的方向上顶管节进行纠偏。3.2.5.4 管节安装需在管节内外搭设施工脚手架，以方便施工操作。3.2.6 密封胶管节全部拼装完成后，应检查管节位置是否符合设计要求，并在管身内侧所有钢板拼缝采用密封胶进行密封防止泄漏。3.2.7 涂刷沥青涵管出厂时，涵管及配套附件已经过镀锌处理。其镀锌厚度大于等于63微米，平均厚度84微米，在没有盐碱水或有害工业废水浸泡以及涵管内不经常流水的情况下。其镀膜即可防止锈蚀
16、，否则，一般情况下，可在管节内外管壁涂上或喷上含有石棉纤维的厚沥青一道。或涂刷两遍沥青和石油的拌合物，以加强防腐蚀作用。从外观看管壁内外均匀的涂成了黑管即可。但是必须要等到沥青晾干后方可回填。一般沥青涂层的厚度要达到0.4-0.5mm。此外，还可采用加厚管壁的办法，一般管壁每年蚀耗厚度为0.01mm-0.03 mm。可按计划使用年数和此数值估计增加厚度。两种涂刷剂的配合比和涂刷方法如下：3.2.7.1 含有石棉纤维的厚沥青涂料涂料的溶剂是高质量的沥青，石棉粉的含量30%。喷涂方法：可用气压喷涂，或毛刷涂刷，每次喷涂层厚7mm-8mm，喷涂用量为1kg/m2左右。被喷涂物表面应特别干爽，无油污。
17、涂刷在废水浸泡或常水位以下部分的涵管。3.2.7.2 沥青与煤油的拌和物涂料涂料沥青与煤油之配合比为54:46，使用此涂料时应涂刷2遍，使涂刷层总厚度达到0.4mm-0.5mm,涂刷用量为0.6kg/m2.有条件时用喷枪喷涂，效果更好，涂刷部位与上述相同。3.2.8 涵管回填3.2.8.1为保证涵管的回填质量，管底两侧楔形部位处的填筑材料采用现场拌和的6%灰土，人工用木棒在管身外向内侧进行夯实，木棒作用点必须紧贴管身，每个凹槽部位都必须夯实到位，然后用小型夯实机械斜向夯实，确保管底的回填质量，振动棒捣实。3.2.8.2 涵管两侧的部位回填采用6%灰土。在管身最大直径两侧50cm外使用16T光轮
18、压路机碾压，采用轻型夯实，在涵管50cm范围内使用小型夯实机械夯实，以避免压路机等大型机械设备对管涵的冲击。3.2.8.3 填筑时应分层填筑、分层压实，每层压实后的厚度为20cm，压实度要求达到96%方可进行下层填筑。填筑前在管节两侧上用红色油漆按每20cm高度标注，填筑时按标注线控制。3.2.8.4 填筑必须在涵管两侧同步对称进行，两侧的回填土高差不得大于30cm.3.2.8.5 管顶填土厚度小于50 cm时，不得使用大于6T的压路机械碾压，也不允许施工机械通行。3.2.8.6 施工时必须严格按照要求进行管涵回填。3.2.9 八字墙、洞口铺砌及护坡防护 洞口采用端墙型式或与路基边坡同破率的八
19、字墙斜口形式，洞口铺砌及护坡防护为M7.5浆砌片石，施工时应选择几何尺寸相对长和短的石块交错在同一层使之形成错锁结构，保证错缝砌筑，不得出现竖缝、通缝。外露面要选择石块质地适当，细致色泽均匀，无风化剥落无裂纹的大石块进行凿面凿纹，以确保工程外露面的平整和准确的几何尺寸。八字墙采用M7.5浆砌块石，砌筑前，将基底平整夯实，测试其承载力达到设计要求、并经监理工程师检查合格后方可进行砌筑。如基坑内有水，先将水排走或挖集水井抽水，确保基槽在无水条件下进行砌筑。3.2.9.1 在安砌前每一石块都须洗净，用水彻底饱和，基座垫层也清干净、湿润，所有石块都要座在新的砂浆上，并在砂浆凝结前将石块位置固定好。3.
20、2.9.2 砂浆缝要填饱满，不得在底座上垫碎石。竖缝与平缝的平均宽度不大于25mm，最大宽度为50mm。浆砌片石采用挤浆法，按图纸的要求勾缝，砌体咬口紧密，无干缝、通缝和瞎缝，砂浆饱满。砌体外露面和坡顶、边缘及边角应选用较大、平整并加凿修的石块砌筑。砌体应分层座浆砌筑，砌筑上层时，不得振动下层。不得在已砌好的砌体上抛掷、滚动、翻转和敲击石块，砌体砌筑完成后，应及时进行勾缝。3.2.9.3 在砂浆凝结前将灰缝勾好，否则在砂浆凝结前将灰缝砂浆刮深50mm，为勾缝作好准备。石块表面不得被砂浆弄脏。3.2.9.4 砌筑的上下层石块交错排列，竖缝不得重合，错缝距离不小于80mm。砌体结构尺寸采用立杆挂线
21、控制、坡尺检查。路肩墙在砌筑的同时经常恢复中线，通过水平测量，检查墙体的位置，确保路肩墙完成后，路面宽度符合设计要求，坡面平整，线形顺适。3.2.9.5 如果石块松动或灰缝开裂，须将石块提起，并将座层上与砌缝间的砂浆清除干净，然后将石块重新铺砌在新拌的砂浆上。3.2.9.6 在砌筑时，没有勾好的砌缝用净水将砌缝浸湿后填进砂浆。将砂浆塞进砌缝内，并用勾缝刀修整。勾缝完成后，洒水进行养护，时间不少于7天。浆砌告一段落时，及用草袋、麻袋覆盖砌体，进行洒水养护，养护时间一般不少于7天，所砌筑圬工的砂浆，在初期硬化期间不应使其受雨水冲刷或水淹浸。3.2.9.7 砂浆凝固后，墙面全部刷干净，使外貌整洁美观
22、。3.2.10 施工注意事项3.2.10.1 施工季节应严格控制，防止在冰冻季节施工，影响施工质量。别对粉粘粒含量应严格控制，防止产生冻胀导致涵洞涵管破坏。3.2.10.2 基础与涵管侧面、顶部填料要分层碾压，压实度必须满足要求，否则易引起涵管应力集中、涵管变形和两侧沉陷跳车。3.2.10.3 拼装时，应严格控制涵底纵坡，并加强管节的防腐，确保涵洞使用性能和服务寿命满足要求。4、钢波纹管涵的主要技术指标4.1 技术要求4.1.1 波形钢板原材料4.1.1.1 波形钢板原材料采用低碳钢，应符合GB/T699和GB/T700的要求。4.1.1.2 波形钢板原材料的化学成分应符合表2的规定，并应进行
23、热浸镀锌（熔融镀锌）。表2 波形钢板原材料的化学成分要求磷（P）含量，%硫（S）含量，%镀锌层厚度，m0.0450.05063镀锌层的厚度按钢板单面镀锌层厚度标准，附着其他防腐材料的，应不低于本标准镀锌层厚度所具有的防腐能力4.1.1.3 波形钢板的物理性能应符合表3的规定表3 波形钢板的物理性能项 目规 格290380400490纵向抗拉强度，MPa290380400490纵向屈服强度，MPa190275245285标称抗拉强度时纵向延伸率，%t5 mm252121195 mmt12mm17154.1.2 波形钢板的外观质量波形钢板的外观质量除应满足GB/76725外，还应符合表4的规定JT
24、/T710-2010表4 波形钢板的外观质量序号项目要求1切口平直，无明显锯齿现象2颜色表面色泽均匀、无明显缺损3外观表面平整光滑、无损伤、无破裂、无孔洞4水云、云雾和机械划痕不明显5端面错位5 mm4.2 质量要求4.2.1 各部尺寸允许偏差见表5表5 管涵允许偏差项 目允许偏差（mm）轴线偏位50流水面高程20涵管长度+100，-50相邻管节面错口（应下游低于上游）3（管径1.0m）5（管径1.0m）厚度+11波距3波深34.2.2 管身顺直，进出水口平整，无阻水现象。4.2.3 帽石及一字墙或八字墙平直，无翘曲现象。5、钢波纹管涵的优点5.1 适应地基变形能力强，对地基承载能力、平整度要
25、求较低，工程实际造价比同类跨径的桥、涵洞相近或较低。 5.2 施工工期短是最明显的优势，土建工程与管节安装可分开实施，然后进行整体拼装。5.3 进行工厂集中化生产，生产不受环境影响，有利降低成本、控制质量。5.4 现场安装方便，不需使用大型设备。5.5 解决北方寒冷地区（霜冻）对桥梁和管涵砼结构的破坏问题。5.6 减少或根本舍弃了常规建材，如水泥、黄砂、石子、木材的使用，环保意义深远。5.7 结构受力情况合理，荷载分布均匀，并有一定的抗变形能力。5.8 采用标准化设计，生产、设计简单，生产周期短。5.9 有利于改善软土地基结构物与路堤交界处的“错台”现象，提高行车的舒适度与安全性，减少工后营运
26、、养护成本。6、钢波纹管涵的发展前景6.1 公路工程的涵洞一般采用钢筋混凝土制作。现采用钢波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工在国内时一项新技术，钢波纹管涵以其性能稳定、安装方便、有利环保、造价低等优点迅速在公路施工中代替了钢筋混凝土施工的涵洞，发展前景非常广阔。6.2 在公路施工中，应用钢波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工的历史已经有100多年了。1896年，美国率先进行波纹管涵通道、涵管的可行性研究。其后，在美国、加拿大、澳大利亚等国的公路建设中，均采用了钢波纹管涵进行涵洞的施工。1990年，日本高速公路设计，规范制定了波纹管涵设计技术规范。随着波纹管涵在世界各地的安装使用，证明了此种结构在
27、各种使用情况下的通用性。在我国改革开放后，深圳及大同煤矿开始从国外进口成品波纹管涵进行涵洞施工。之后，上海市公路管理处、上海市政工程设计研究院、上海同济大学对金属波纹管涵进行了动、静载试验，结果表明能满足设计使用要求，填补了国内的空白，且迅速得到推广应用。实践证明，用钢波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工，无论从施工周期、施工造价、环保意义等方面都有其不可比拟的优越性，且用钢波纹管涵进行涵洞施工，可大大提高道路行车的舒适度与安全性，避免道路中涵洞的“错台跳车”现形，有利于解决西北地区寒冷霜冻对砼管涵结构的破坏问题。钢波纹管涵洞主要在我国西部严寒地区逐步得到推广使用，我国有关科研设计部门正在编写钢
28、波纹管涵的计、施工规范。相信随着对结构耐久性认识的逐步提高，钢波纹管涵在公路或其他工程中将具有更广阔的应用前景。7、结束语通过钢波纹管涵的施工，既加快了施工进度，较同类型拱涵施工比较具有工期短、造价低、耐久性好、对地基扰动小、对基础要求较低等优点,又给其上的高填方提供了充分的施工时间，大大缩短了工期，从总体工程考虑节约了投资，是普通涵管无法相比的，在公路新改建工程、路基养护工程中发挥了积极的作用，得到了施工单位和业主单位的一致好评。参 考 文 献1、JTG 041-2000，公路桥涵施工技术规范【S】2、JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范【S】3、JTG/T D65-04-2007，公路涵洞设计规则【人民交通出版社】
