钢波纹管涵技术浅析

发表时间：2016-12-13 15:05

通常公路工程中的涵洞都是由钢筋混凝土结构通过预制拼接而成，但是由于钢波纹管涵具有性能稳定、安装方便、有利环保、造价低等优点，目前我国很多工程里都会用钢波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工，虽然在公路施工中采用钢波纹管涵还只有一项新技术，但是具有十分宽广的发展前景。

　　1 钢波纹管涵简介

　　金属波纹管涵作为一种涵洞形式，是由波纹状管或由波纹状板通过连接、拼装而成的。能够替代盖板涵、圆管涵、拱涵和小桥发挥作用，是一种新型的优质公路建材。造成公路涵洞破坏的原因有很多种，不均匀沉降是一个重要原因。金属波纹涵管有椭圆形、圆形、半圆形等，进出口也可按照边坡比例做成斜口，加工波纹管管径范围准0.5～8m，管壁厚度为3～8mm，能够满足填土0.5m～40m厚的需要。由于钢波纹管涵具有很多的优势，比如施工工期短、工程造价低、安装方便、抗变形能力强、重量轻、耐久性好、通车后养护成本低等，所以采用高强度的钢波纹管涵洞，不仅可以有效解决由于地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题，还能够使金属波纹管涵洞具有优良的受力特征，轴向和径向同时分散、补偿因荷载引起的应力应变，把集中在荷载上的应力最大限度的分散开，使钢结构的作用充分的发挥出来，特别是在湿陷性黄土高寒冻土、软土、膨胀土等地带，具有良好的经济效益。

　　本文结合陕西省铜川市上马桥重建工程实例，详细分析比较钢波纹管涵技术优缺点，以便对类似工程提供借鉴。

　　2 桥梁概况

　　305省道上马原桥位于铜川市印台区广阳镇上马村，原中心桩号为K32+431.98，桥长32m。上部结构为1～16m片石混凝土拱桥，下部结构为U型桥台，C20片石混凝土基础，为跨河桥梁，2001年建成通车，已安全运营14年。

　　3 桥梁检测病害

　　2012年10月，该桥由于地基沉陷，产生拱脚开裂、拱圈横缝、拱上结构开裂、台身竖向裂缝、翼墙纵向水平开裂、拱脚渗水、桥面局部拱起、塌陷、沉降等病害。西安公路研究院公路工程试验检测中心根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011），该桥总体技术状况被评定为5类，属严重危桥。原桥已拆除，并修建了便道。根据西安工程勘察研究院《S305上马桥重建工程地质灾害危险性评估报告》中：本次地质灾害危险性综合评估将评估区划为地质灾害危险性大区及危险性小区，现状条件下，评估地质灾害危险性小区，场地适宜建设；危险性大区，不适宜建设，线路工程应避开该区。原桥位为危险性大区，不适宜工程建设。结合现场实际情况，根据业主提出的 “安全、适用、经济、美观、环保”的原则，分别采用三个方案进行比较。

　　4 方案设计与比选

　　4.1 方案设计 ①推荐方案为钢波纹圆管涵方案。新修5～4m钢波纹圆管涵，用灰土将原路基填起来，重新施工路面。②比较方案一为原位新建钢筋混凝土圆管涵方案。新修5～4m钢筋混凝土圆管涵，用灰土将原路基填起来，重新施工路面。③比较方案二为改线方案。根据《S305上马桥重建工程地质灾害危险性评估报告》，在原桥下游350m处安全区域设置1～20m预应力简支箱梁桥，两边采用引线与原路基连接。

　　4.2 方案比较三个方案对比情况见表1。

　　5 钢波纹圆管涵特点及优势

　　经过现场踏勘地质地形，采用钢波纹圆管涵优点在于：①波形钢板管涵同时具有刚性和柔性，结构受力合理。荷载分布均匀，具有一定的抗变形能力。国内行业推荐性标准《公路涵洞设计细则》4.2.7条明确规定，钢波纹管涵适用于地基承载力较低，或有较大沉降与变形的路基。②拼装波纹管适应地基变形能力强，对地基承载能力、平整度要求较低，工程实际造价比同类跨径的桥、涵洞相近或较低。③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。④管壁薄，重量轻，便于运输存放。标准化设计，工厂规模化生产，生产周期短，效率高，有利于降低成本，提高质量。⑤现场安装方便，不需使用大型设备。⑥一年四季均可施工，施工不受季节影响，不受环境影响。能有效解决北方寒冷地区因反复冻胀对混凝土桥涵破坏问题。特别适用于长年冻土、膨胀土、软土、湿陷性黄土等特殊地区，可避免地基变形造成的不均匀沉降对涵洞的破坏。 ⑦减少水泥、沙子、石子等常规建材的使用，环保意义深远。⑧后期养护工作量小，养护成本低。⑨有利于改善软土地基结构物与路堤交界处的“错台”现象，不仅可以减少工后营运、养护成本，还能够有效提高行车的舒适度与安全性。⑩拼装波纹管具有卓越的路用性能，不仅对地基要求低，能有效缩短工期，还具有施工简单、能快速安装的特点，比普通涵管具有更多的优势，在公路新改建工程、路基养护工程中将发挥积极的作用。{11}在设计中不仅要考虑工程项目的基本特征，如地形地貌、重要性程度、公路等级、不良地质等，也应该考虑施工条件和养护条件。下列地区宜优先考虑钢板波纹管涵洞：1）缺乏人力资源或高危险、高原缺氧地区等工程。2）不良岩土地基的涵洞，包括多年冻土、膨胀土、软土、湿陷性黄土等。3）为加快施工进度、达到快速通车目的的应急抢险、救灾等工程。4）砂石资源缺乏地区，及水泥、钢材等运距较远的边远地区。

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