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摘 要：随着现代交通建设的不断推进,科学技术水平的不断提高,钢结构越来越得到人们的青睐。钢波纹管涵作为一种新的结构,已开始在我国公路建设中得到应用。本文结合实用实践,对钢波纹管的施工技术进行了详细分析,结果对类似工程具有一定的指导价值。
关键词：钢管涵 施工技术 质量控制
中图分类号：U449文献标识码：A
1、波纹钢管涵的技术特点和应用优势
公路涵洞中,涵洞的不均匀沉降是其主要破坏形式之一。从材料与结构和功能的本质关系上分析,采用柔性、高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有适应地基与基础变形的能力,可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题,而且钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征,轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变,可以更大程度上分散荷载的应力集中,更好地发挥鋼结构的优势。尤其在多年冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等不良工程岩土地区,利用钢波纹管结构修筑涵洞更具有优势,也具有更广阔的应用前景。
大量研究表明,钢波纹管涵洞具有明显的优越性,主要在: 1) 具有较大的抗变形和抗沉降能力,特别适合于软土、膨胀土、湿陷性黄土等地基承载力较低地区和地震多发地区; 2) 工程造价在地材和人工短缺的地区比同类跨径的桥、涵洞低; 3) 施工工期短,主要为拼装施工; 4) 采用标准化设计生产,生产周期短,便于质量控制; 5) 生产不受环境影响,进行集中工厂化生产,有利降低成本,控制质量; 6) 现场安装不需使用大型设备,安装方便; 7) 减少了水泥、块片石或碎石、砂等的用量,有利于保护环境; 8) 有利于改善软土、膨胀土、湿陷性黄土等特殊地基结构物处的不均匀沉降问题,提高了公路服务性能,减少了工后养护成本; 9) 解决寒冷地区冻融对涵洞混凝土结构的破坏。
2、钢波纹管涵洞施工技术
2.1工艺流程
施工前准备一施工放样—设置围堰—排水清淤一平整场地——检测压实度、含水量等一水准测量一基础分层回填——检测压实度、含水量等一水准测量——平整场地——施工放样——拼装管节——检测密水情况及管底纵坡——检测并补救防腐涂层——涵管就位——两侧分层回填——检测压实度、含水量等一管顶分层回填——检测压实度、含水量等——进出口处理。
涵管拼装工艺流程可为：检查涵管管节一吊装涵管一运输至施工场地——拆除包装——校对涵管进出口等次亭一对齐法兰盘及法兰孔——初步上螺栓和螺母一填充橡胶或石棉密水垫——对称拧紧螺栓——均匀在涵管内外侧涂沥青——涵管吊装就位。
2.2施工质量控制
波纹管涵的施工关键技术主要有以下几点：施工季节应严格控制，防止在冰冻季节施工影响工程质量；寒冷冰冻地区对基础换填材料要求较高，特别是对粉粘粒含量应严格控制，以防止产生严重冻胀导致涵管破坏；基础与涵管侧面、顶部的填料应分层碾压，压实度达到要求，否则易引起涵管应力集中、涵管变形和涵管两侧的跳车；
为防止涵管滚动可在压实后的地基表面刻槽呈凹弧形以安放涵管；涵管拼装应严格控制涵底纵坡，并加强管节的防腐措施，确保涵洞使用性能和服务寿命满足要求。基础放样时应根据设计要求或工程经验，针对不同地区在涵管纵向适当预留一定的顶拱度，如软土地区预拱度可控制在0．5％左右。
3、施工过程中的质量要求
3.1施工基本要求
1．时间要求：建议波纹管涵施工宜选择在暖季，气温宜高于零度，一般在我国北方宜控制在四月底以后至十一月初；寒冷地区宜控制在五月底以后至十月初，局部极寒冷地区施工季节宜控制在6—9月。
2．防腐蚀要求：由于波纹管涵洞材料均为金属，对购置的管节和连接螺栓等均需要作防腐处理，此外由于现场施工难免出现局部的防腐涂层存在缺陷和遭到破坏，需要根据具体情况采取一定的补救措施，如增涂层。
3．管周材料要求：
(a)基础材料要求由于波纹管涵洞为金属结构，其适应变形能力较强，但其对基础材料要求相对不高，一般不需采用混凝土基础，采取砂砾换填即可。在软土地区(东部沿海)、多年冻土地区(如青藏高原)等处采用混凝土基础波纹管涵洞的服务性能不一定比砂砾基础的强。膨胀土、湿陷性黄土等地区基础应根据需要作好隔水处理。在寒冷地区，基础材料最好采用有一定级配的天然砂砾，最大粒径不宜超过50mm，0．074mm以下粉粘粒含量不得超过3％，同时满足施工的压实要求、填料最小强度要求、最大粒径要求和地基基础的抗冻要求。季节冻土地区换填深度一般根据当地冻深等确定。考虑到地下水及其影响，建议在南方非冻地区也采用砂砾基础。在某些地区砂砾材料稀少或砂砾级配较差时，也可换填碎石、砾石或河砂及碎石土，但应满足压实要求、填料最小强度要求、最大粒径要求和抗冻要求。
(b)两侧及顶部回填材料要求两侧及顶部O．5—2米范围内回填材料要求同基础材料要求。顶部一定范围以外可采用路基填筑材料。
3.2压实度要求
基础应采用振动压实机械进行分层碾压，碾压时宜根据回填材料的含水量及击实曲线洒水碾压，压实度不小于规范要求；构造物或路基填土高度较高时(如路基填土高度大于10．0米)，需要针对具体情况对基础承载力作具体要求。涵管两侧及顶部其压实度与同一标高路基压实度要求相同，如表1所示。
3.3其它要求
波纹管涵施工的其它技术要求有：(1)波纹管涵应用于公路养护工程时。待涵身及洞口主体部件运至施工现场后，施工单位才能开始拆除旧涵洞的工作，在拆除旧涵洞的同时，抓紧基础材料的备料工作，备料完成。并经检验合格后方可进行基坑的开挖工作。波纹管涵应用于新建公路工程时，在购运涵管的同时可抓紧基础材料的备料和基坑的开挖工作。(2)涵洞两侧经过低洼积水地带时，需要先设置围堰、抽排积水，必要时还需要清除换填部分淤泥。(3)进出口可采用由厂家制造的金属波纹管节，有直管和与路基边坡同坡率的斜上开口两种形式；也可根据所在地区的具体情况采用浆砌片石或干砌片石砌筑。在其与河床接头处进出口地面及边坡一定范围内应设置双层浆砌片石或干砌片石铺砌，以防止冲刷，并作必要的防渗处理；为防止路基土堵塞涵洞洞口，在洞口与路堤交汇处做一定高度和厚度的浆砌片石或干砌片石墙(也可采用铅丝笼)防护。(4)有冲刷的涵洞进出口应根据需要设置相应的调治构筑物，同时洞口应按地形条件作必要的处理，防止洞口受冲刷。影响涵洞的泄水能力。(5)填土方式的要求回填的槽宽度不应小于管直径加400衄，也不应小于管直径的1．5倍加300衄，以保证提供足够的空间安装和回填压实；路堤法的最小宽度应满足保证对结构的侧向约束。(6)最小覆盖层厚度。最小覆盖层厚度，指从刚性路面顶部或从柔性路面的底部量至管顶的覆盖层厚度。
4、施工过程中的质量控制
涵管在运输装卸过程中，应采取防碰撞措施，避免管节损坏或碰伤防腐蚀层，涵管装卸应采用吊具进行，不允许采用滚板或斜板卸管。波纹管涵洞基础应结合土质、路基填土材料和高度。设置预留拱度。基础采用砂砾回填时压实度应按重型压实标准达到设计压实要求。
管节安装从下游开始，使接头面向上游；每节涵管应紧贴于垫层或基座上，使涵管受力均匀；所有管节应按正确的轴线和图纸所示坡度敷设。如管壁厚度不同，应使内壁齐平。在敷设过程中，应保持管内清洁无脏物，无多余的砂浆及其他杂物。任何管节的位置设置必须准确，尽可能采用吊装设备敷设到位。在软基上修筑涵管时，应对地基进行处理，方可在上面修筑涵管。
涵管接缝宽度不应大于10ram，用具有弹性的不透水材料填塞接缝的内、外侧。当管节采用套环接缝时，应按接缝形式分别采用沥青麻絮、水泥砂浆或沥青砂浆填塞所有接缝。使其稳固、耐久、不漏水。在填塞沥青砂之前，应在管的外表面和套环内套面涂刷沥青涂层，以增强其粘性，并采取措施以免沥青砂外漏。管节接头和进出口不得漏水、渗水。进出水口的沟床应整理顺直，使上下游水流稳定畅通。
涵洞处路堤开槽宽度宜不小于4倍孔径范围+涵直径。同时按水平分层、对称地按照要求的压实度填筑、夯(压)实。用机械填土时，涵洞顶上填土(虚填)厚度必须大于0．3m时，才允许机械通过。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：钢管涵 施工技术 质量控制
中图分类号：U449文献标识码：A
1、波纹钢管涵的技术特点和应用优势
公路涵洞中,涵洞的不均匀沉降是其主要破坏形式之一。从材料与结构和功能的本质关系上分析,采用柔性、高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有适应地基与基础变形的能力,可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题,而且钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征,轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变,可以更大程度上分散荷载的应力集中,更好地发挥鋼结构的优势。尤其在多年冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等不良工程岩土地区,利用钢波纹管结构修筑涵洞更具有优势,也具有更广阔的应用前景。
大量研究表明,钢波纹管涵洞具有明显的优越性,主要在: 1) 具有较大的抗变形和抗沉降能力,特别适合于软土、膨胀土、湿陷性黄土等地基承载力较低地区和地震多发地区; 2) 工程造价在地材和人工短缺的地区比同类跨径的桥、涵洞低; 3) 施工工期短,主要为拼装施工; 4) 采用标准化设计生产,生产周期短,便于质量控制; 5) 生产不受环境影响,进行集中工厂化生产,有利降低成本,控制质量; 6) 现场安装不需使用大型设备,安装方便; 7) 减少了水泥、块片石或碎石、砂等的用量,有利于保护环境; 8) 有利于改善软土、膨胀土、湿陷性黄土等特殊地基结构物处的不均匀沉降问题,提高了公路服务性能,减少了工后养护成本; 9) 解决寒冷地区冻融对涵洞混凝土结构的破坏。
2、钢波纹管涵洞施工技术
2.1工艺流程
施工前准备一施工放样—设置围堰—排水清淤一平整场地——检测压实度、含水量等一水准测量一基础分层回填——检测压实度、含水量等一水准测量——平整场地——施工放样——拼装管节——检测密水情况及管底纵坡——检测并补救防腐涂层——涵管就位——两侧分层回填——检测压实度、含水量等一管顶分层回填——检测压实度、含水量等——进出口处理。
涵管拼装工艺流程可为：检查涵管管节一吊装涵管一运输至施工场地——拆除包装——校对涵管进出口等次亭一对齐法兰盘及法兰孔——初步上螺栓和螺母一填充橡胶或石棉密水垫——对称拧紧螺栓——均匀在涵管内外侧涂沥青——涵管吊装就位。
2.2施工质量控制
波纹管涵的施工关键技术主要有以下几点：施工季节应严格控制，防止在冰冻季节施工影响工程质量；寒冷冰冻地区对基础换填材料要求较高，特别是对粉粘粒含量应严格控制，以防止产生严重冻胀导致涵管破坏；基础与涵管侧面、顶部的填料应分层碾压，压实度达到要求，否则易引起涵管应力集中、涵管变形和涵管两侧的跳车；
为防止涵管滚动可在压实后的地基表面刻槽呈凹弧形以安放涵管；涵管拼装应严格控制涵底纵坡，并加强管节的防腐措施，确保涵洞使用性能和服务寿命满足要求。基础放样时应根据设计要求或工程经验，针对不同地区在涵管纵向适当预留一定的顶拱度，如软土地区预拱度可控制在0．5％左右。
3、施工过程中的质量要求
3.1施工基本要求
1．时间要求：建议波纹管涵施工宜选择在暖季，气温宜高于零度，一般在我国北方宜控制在四月底以后至十一月初；寒冷地区宜控制在五月底以后至十月初，局部极寒冷地区施工季节宜控制在6—9月。
2．防腐蚀要求：由于波纹管涵洞材料均为金属，对购置的管节和连接螺栓等均需要作防腐处理，此外由于现场施工难免出现局部的防腐涂层存在缺陷和遭到破坏，需要根据具体情况采取一定的补救措施，如增涂层。
3．管周材料要求：
(a)基础材料要求由于波纹管涵洞为金属结构，其适应变形能力较强，但其对基础材料要求相对不高，一般不需采用混凝土基础，采取砂砾换填即可。在软土地区(东部沿海)、多年冻土地区(如青藏高原)等处采用混凝土基础波纹管涵洞的服务性能不一定比砂砾基础的强。膨胀土、湿陷性黄土等地区基础应根据需要作好隔水处理。在寒冷地区，基础材料最好采用有一定级配的天然砂砾，最大粒径不宜超过50mm，0．074mm以下粉粘粒含量不得超过3％，同时满足施工的压实要求、填料最小强度要求、最大粒径要求和地基基础的抗冻要求。季节冻土地区换填深度一般根据当地冻深等确定。考虑到地下水及其影响，建议在南方非冻地区也采用砂砾基础。在某些地区砂砾材料稀少或砂砾级配较差时，也可换填碎石、砾石或河砂及碎石土，但应满足压实要求、填料最小强度要求、最大粒径要求和抗冻要求。
(b)两侧及顶部回填材料要求两侧及顶部O．5—2米范围内回填材料要求同基础材料要求。顶部一定范围以外可采用路基填筑材料。
3.2压实度要求
基础应采用振动压实机械进行分层碾压，碾压时宜根据回填材料的含水量及击实曲线洒水碾压，压实度不小于规范要求；构造物或路基填土高度较高时(如路基填土高度大于10．0米)，需要针对具体情况对基础承载力作具体要求。涵管两侧及顶部其压实度与同一标高路基压实度要求相同，如表1所示。
3.3其它要求
波纹管涵施工的其它技术要求有：(1)波纹管涵应用于公路养护工程时。待涵身及洞口主体部件运至施工现场后，施工单位才能开始拆除旧涵洞的工作，在拆除旧涵洞的同时，抓紧基础材料的备料工作，备料完成。并经检验合格后方可进行基坑的开挖工作。波纹管涵应用于新建公路工程时，在购运涵管的同时可抓紧基础材料的备料和基坑的开挖工作。(2)涵洞两侧经过低洼积水地带时，需要先设置围堰、抽排积水，必要时还需要清除换填部分淤泥。(3)进出口可采用由厂家制造的金属波纹管节，有直管和与路基边坡同坡率的斜上开口两种形式；也可根据所在地区的具体情况采用浆砌片石或干砌片石砌筑。在其与河床接头处进出口地面及边坡一定范围内应设置双层浆砌片石或干砌片石铺砌，以防止冲刷，并作必要的防渗处理；为防止路基土堵塞涵洞洞口，在洞口与路堤交汇处做一定高度和厚度的浆砌片石或干砌片石墙(也可采用铅丝笼)防护。(4)有冲刷的涵洞进出口应根据需要设置相应的调治构筑物，同时洞口应按地形条件作必要的处理，防止洞口受冲刷。影响涵洞的泄水能力。(5)填土方式的要求回填的槽宽度不应小于管直径加400衄，也不应小于管直径的1．5倍加300衄，以保证提供足够的空间安装和回填压实；路堤法的最小宽度应满足保证对结构的侧向约束。(6)最小覆盖层厚度。最小覆盖层厚度，指从刚性路面顶部或从柔性路面的底部量至管顶的覆盖层厚度。
4、施工过程中的质量控制
涵管在运输装卸过程中，应采取防碰撞措施，避免管节损坏或碰伤防腐蚀层，涵管装卸应采用吊具进行，不允许采用滚板或斜板卸管。波纹管涵洞基础应结合土质、路基填土材料和高度。设置预留拱度。基础采用砂砾回填时压实度应按重型压实标准达到设计压实要求。
管节安装从下游开始，使接头面向上游；每节涵管应紧贴于垫层或基座上，使涵管受力均匀；所有管节应按正确的轴线和图纸所示坡度敷设。如管壁厚度不同，应使内壁齐平。在敷设过程中，应保持管内清洁无脏物，无多余的砂浆及其他杂物。任何管节的位置设置必须准确，尽可能采用吊装设备敷设到位。在软基上修筑涵管时，应对地基进行处理，方可在上面修筑涵管。
涵管接缝宽度不应大于10ram，用具有弹性的不透水材料填塞接缝的内、外侧。当管节采用套环接缝时，应按接缝形式分别采用沥青麻絮、水泥砂浆或沥青砂浆填塞所有接缝。使其稳固、耐久、不漏水。在填塞沥青砂之前，应在管的外表面和套环内套面涂刷沥青涂层，以增强其粘性，并采取措施以免沥青砂外漏。管节接头和进出口不得漏水、渗水。进出水口的沟床应整理顺直，使上下游水流稳定畅通。
涵洞处路堤开槽宽度宜不小于4倍孔径范围+涵直径。同时按水平分层、对称地按照要求的压实度填筑、夯(压)实。用机械填土时，涵洞顶上填土(虚填)厚度必须大于0．3m时，才允许机械通过。
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