公路钢波纹管涵洞设计与施工

2017年第34期（12月 上）

公路钢波纹管涵洞设计与施工

邓瑛

（赣州市公路管理局兴国分局，江西 赣州 342400）

摘要：为了研究钢波纹管涵洞的设计模式与施工模式，使钢波纹管发挥其真正的作用，首先从结构设计和壁厚分析方面阐述了钢波纹管涵洞的设计，分别分析了在外界条件和钢波纹管的物理性质标准下、在施工现场的地质情况以及装载填土的运输工具的自重下以及在模拟计算下的设计理念，在此基础上从工艺方面及控制方面阐述了钢波纹管涵洞的施工要点。关键词：钢波纹管涵洞；设计施工；公路工程中图分类号：U442.5

文献标识码：B

0 引言

钢波纹管在公路工程中越来越常见，与传统技术相比有很多优势：当施工现场地形跨径很高的情况下，使用钢波纹管涵洞的成本显著低于传统模式桥涵；由于主要材质为钢材，因此涵洞的重量较轻，在大型工程中可以省去很多的运输成本；钢波纹管涵洞在施工工序方面十分简便，因此能够在很大程度上减少施工所需时间，而且支持以拼装的模式进行施工；由于钢材质的可塑性强，因此钢波纹管往往是以标准化的形式批量生产的，出场周期短，有助于提升工程效率；钢波纹管涵洞能够集中生产，且对环境没有多余的要求，节约了生产成本；在公路施工现场，钢波纹管涵洞是现场拼装的，十分简易方便，节约了人力物力；钢结构的采用替代了传统涵洞所必须的水泥砂子等，不对环境造成破坏；钢波纹管涵洞的选取，能够有效克服由于一些地质原因而带来的工程问题，包括软土、多年冻土造成的地基变形等，在很大程度上减少了工程竣工后期的养护工作量；钢波纹管涵洞能够克服我国北方地区在冬季由于冰冻造成的涵洞破坏，而且钢材质的弹性能够发挥出很好的抗疲劳特性；钢波纹管对地基的影响不明显，且不需要具备很完善的基础，能够有效克服地基变形。因此，钢波纹管涵十分适合公路工程的施工，正在受到越来越广泛的推广使用。

对涵洞基础有过高的要求，所以在实际工程中只需要换填就能够达到工程的需求。1.2 钢波纹管结构设计

在公路工程中采用钢波纹管的情况下，其单侧填土并不会明显影响到受力，而在钢波纹管顶部填土时，厚度超过0.4m的时候会逐渐产生效应集中。我国大部分公路工程所产生的施工机械，其自重一般不会超过钢波纹管能够承受的上限，因此在管径一定的情况下，这种情况并不会明显影响到施工质量。

目前较为成熟的施工模式为反开槽模式，这种模式会为钢波纹管带来受力。已经有不少工程实践以及相关研究的仿真，给出了涵洞受力与具体位置的关系，因此推荐以下几种施工方法：第一种方法是在工程设计中通过对施工实际地点的外界条件和钢波纹管的物理性质进行仿真，通过设定条件，引入模拟计算方法，得到各个点受到的结构内力，此种方法的计算量较大，但是能够得到任意波形的受力情况，具有普遍性；第二种方法是结合施工现场的地质情况以及装载填土的运输工具的自重，来以仿真的方式对钢波纹管的应力进行计算，得到每一点的结构内力具体值，这种计算方法由于不具备足够的针对性，因此有可能和实际施工时的情况有所差别；第三种方法是通过模拟计算来得到钢波纹管的最佳壁厚值，结合不同外界环境和地质条件之下的成本最低的管壁厚度，这种方法的优势在于计算量不大，但不足之处是其实际边界条件难以完全符合具体施工的需求。综上所述，第一种方法在具体工程问题分析时能够发挥较好的效用，对工程项目进行初步设计时适于使用第二种方法，对工程设计前期的可行性分析时可以采取第三种方法。1.3 钢波纹管的壁厚分析

结合我国一些典型的公路钢波纹管涵洞施工工程，通常所采用的钢材其应力强度选取的推荐值为230MPa，为了进一步提升涵洞的安全性能，综合考虑管径的厚度浮动值

1 钢波纹管涵洞的设计

1.1 设计内容

在钢波纹管涵洞的设计中，通常涉及到的内容包括：对涵洞通过的水流各参数进行统计分析，按照实际情况确定钢波纹管的合理管径；确定钢波纹管的埋深，结合地形来计算涵洞的斜交角；结合实际情况确定钢波纹管涵洞的实际结构；根据土质的实际情况确定涵洞的防腐蚀措施；设计钢波纹管的具体构造，计算涵洞的最低强度；结合水流实际情况，设计涵洞的进出口。由于钢波纹管涵洞并不

收稿日期：2017-07-28

作者简介：邓瑛（1981—），女，江西宁都人，研究方向为公路与桥梁。

104以及未来可能受到的腐蚀，把钢波纹管的安全系数定位在2.0左右，由此可以计算出其受力的最大标准值为171MPa。结合工程标准计算方法能够得到：当钢波纹管的直径在1.5m的时候，如果管壁厚度为3mm，则在钢波纹管的顶部填加低于5m的土，并经挂车的情况下，其受力的峰值均未达到171MPa，其最高值为121MPa。在钢波纹管的顶部填加低于10m的土，如果管壁厚度为3mm及4mm，则其受力的峰值可超过171MPa，最高值为182.5MPa。由以上的分析计算可知，假如钢波纹管的直径取1.5m，则在顶部添加低于5m的土时，管径在3mm即可满足要求；而在顶部添加低于10m的土，需要选取6mm的管壁厚度。

结合以上的分析，并综合考虑钢波纹管由于腐蚀而导致的管壁受力强度影响，本文采用L140H70的钢波纹管，结合不同的填土量来确定具体的管壁厚度。并且，我国大部分地区的钢波纹管其管径均为2.5m，此类涵洞当填土量低于5m时可以选取3mm管壁，当填土量大于8m的时候，可以选取6mm管壁。

2 公路钢波纹管涵洞的施工

本研究选取我国北方地区的公路工程进行分析，进行钢波纹管施工的具体事项。2.1 钢波纹管涵洞施工工艺

在具体施工方法的选取上，常见的方法划分成两个大的类别，第一类是钢直接填筑施工模式，第二类是反开槽回填施工模式。而因为反开槽回填施工模式是在路基阶段之后才进行施工，因此对公路的施工进度影响很小，所以是一种更为常见的施工模式。综合来看，这两类施工模式存在一定的区别，但是在工艺的选择上十分类似。在准备施工时，应做好如下的准备工作。首先在具体施工之前，应该专门安排指挥员，对施工过程中涉及到的吊装以及其他的现场操作进行协调指挥；并且配备两名人员管理具体的放线技术流程、钢波纹管的安置等；在施工前还应提前准备好适合的器械工具和车辆等，包括挖掘机、压路机等；施工相关的其他材料也应该准备好，例如回填材料、石棉等；为了保证施工质量，应该配置足够的质量巡检人员以及质量检测仪器；施工人员进场之前，还应有专门的人员对钢波纹管的各类配件进行测试检查，包括具体的直径、尺寸、相关参数等，如果当地的土质腐蚀性较强，应在钢波纹管涂敷必要的防腐材料。2.2 钢波纹管涵洞施工控制

在具体施工的过程中，有一些技术要点需要严格遵守：首先应该选取合适的施工时间，避免在冬季低于零度的时段进行施工，以确保工程的质量；如果处于寒冷地区，则应注重控制基础换填材料，应关注粉黏粒含量，从而有效避免冻胀现象而带来的质量下降；在填土过程中，无论是基础还是涵管的外侧，所有的填料应该以分层的方式进行添加和碾压，使其具有足够的压实度，避免应力集

交通世界TRANSPOWORLD中的现象发生，使钢波纹管保持不变形；为了避免钢波纹管出现滚动，应在填土操作之后，通过划出凹槽等方法，使管道固定下来；在管道拼接的过程中，应尽力避免产生纵波，并且采取合理的防腐方法，延长涵洞的寿命。2.3 钢波纹管涵洞施工要求

在施工时间方面，对于钢波纹管的施工推荐安排在较温暖的时段，日平均温度应该在0℃以上，如果是北方地区，最佳的施工时间应该在5月到10月；而对于十分寒冷的省份，建议选取6月到9月，避免在冰冻的季节进行施工。

在材料的防腐蚀方面，因为钢波纹管属于金属材质，所以必须在管道连接处以及使用的固定螺栓等处进行防腐涂料的涂敷，如果在施工中发现防腐材料的脱落剥蚀等情况，应该及时补救，以免由于腐蚀而影响钢波纹管的寿命。

在管周材料的选择上也应注意，由于钢波纹管属于金属材质，因此具有一定的强度和韧性，能够适应周边的形变，所以对基础材料具有很好的适应性，不必使用水泥材质的基础，只需要以砂砾材料进行填充。而在我国的一些软土区域，例如江浙地区以及一些冻土区域，不少工程实践同样能够证实沙砾基础的性能与水泥材质的基础性能是十分相近的。选取天然砂砾就能够满足施工要求，但建议沙砾平均直径应在50mm以下，从而符合施工的强度要求。还有不少工程现场的地质情况为膨胀土以及湿陷土，这就要求施工时必须进行隔水。

5 结语

本文主要探讨的是钢波纹管材质的公路涵洞设计和施工，所关注的管径一般在2m以下。目前，我国在不少地区的重点公路工程中均采用了钢波纹管涵洞，无论是圆形的波纹管还是异形的波纹板，越来越多地使用在各类工程项目之中，因此这在很长一段时期都属于研究热点。同时应该看到的是，我国各地的地质条件具有明显的不同，因此对于钢波纹管涵洞所产生的腐蚀也是不一致的，只有做好前期的规划和准备，才能使钢波纹管发挥其真正的作用。

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（编辑：赵艳）

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