李雄
广东水电二局股份有限公司 广东广州 511300
摘要：钢波纹管涵作为一种新型涵洞型式，其结构材料的特殊性使其具有良好抗变形能力，可以较好地解决涵基不均匀沉降变形导致的涵洞破坏问题。本文主要介绍了钢波纹管涵特点、施工工艺、养护要求，并分析了钢波纹管涵在水利工程中的应用前景。
关键词：钢波纹管涵；施工工艺；水利工程；应用
[正文]一、钢波纹管涵概念
在水利工程中，穿堤漏洞结构材料常为钢筋混凝土或浆砌石，断面型式为方形或圆形。近年来，涵洞结构材料出现了一种新型式，即钢波纹管。钢波纹管是将一定厚度钢板压制成波纹形状后，卷制焊接或用螺检拼接成管节，以增加管节刚度和承载力。用此种管材作为涵身的涵洞称为钢波纹管涵，目前多用于公路工程的过路涵及病坏桥涵快速抢修，在水利工程中应用较少。
二、钢波纹管涵技术特点
钢波纹管特有的波纹结构，同时具有刚性和柔性的特点，其力学性能远优于钢筋混凝土管，具有以下特点:
(1)钢波纹管是一种柔性结构，轴向管壁的波纹结构最大限度地调整和分散了由地基不均匀变形产生的管身与管基集中应力，管身结构受力合理，荷载分布均匀，可充分发挥钢材的抗拉性能，使得钢波纹管具有较大的适应地基沉降变形的能力。
(2)在外部荷载作用下，钢筋混凝土管结构刚度大，不易发生变形，荷载大部分由管身及基础底部土体承担。而钢波纹管断面会发生微小变形。管身与周围土体相互作用形成的作用体系，能有效地将荷载分散到周围土体，共同承担外部荷载。因钢波纹管底部压力小，使基础变形影响变小，对地基处理要求也明显降低。根据相关资料，钢波纹管涵能够满足填土高度0.5-40m的需要，特别适于软土、膨胀土、采空塌陷区等地基承载力较低、不均匀沉降变形较大的地区和地震多发区。
三、钢筋混凝土涵与钢波纹管涵比较。
以浆砌石为主的圬工结构涵在水利工程中已淘汰。现以钢筋混凝土涵与钢波纹管涵进行比较。
(1)钢筋混凝土涵对地基承载力要求高，适应地基变形能力较弱，基础不均与沉降变形容易产生涵体混凝土开裂、止水撕聚失效等工程质量问题。钢波纹管涵对地基承载力要求低，造应地基变形能力强，有效降低工程地基处理费用，不易产生上述问题。
(2)铜筋混凝土涵对施工环境要求高，工期受外部环境影响较大，寒冷天气下需停工。钢波纹管涵对施工环境要求低，一年四季均可施工，后期养护工作量小，养护成本低。管身安装时间一般仅需3-5d，为水利工程及时发挥功用提供了良好保障。
(3)钢筋混凝土涵施工过程需要大量水泥、砂石料、钢筋等建材，运输成本高，废气污水排放量大。钢波纹管涵自重轻，运输方便。
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(4)钢筋混凝土涵设计、施工工艺复杂，混凝土浇筑、养护时间长，结构质量易受外都环境影响。钢波纹管管材采用标准化设计、生产、检测，生产过程不受外部环境影响，生产周期短，管材质量易控制。
(5)钢筋混凝土满表面混凝土易碳化，会造成混凝土保护层厚度不足，钢筋易锈蚀。钢波纹管涵可采取镀锌.增加壁厚、增设内外沥青涂层等防腐措施;根据相关资料，防腐措施良好的管材预期使用寿命可达100年间。
四、钢波纹管涵施工工艺
钢波纹管涵施工顺序一般为:施工前准备→施工放样→基坑开挖→地基承载力检测→管基处理→钢波纹管安装→进出口建筑物施工→回填土压实。
4.1基坑开挖与涵基处理
施工前应准确定位涵洞中心线及纵横线，基坑开挖底边缘距管壁外侧距离宜为0.5-0.75倍管径，同时保证管壁外侧至少有1.2m的工作空间，基坑开挖至设计标高时，进行地基承载力检测，如果达不到设计要求，应进行地基处理。
涵基一般采用柔性基础。经严格夯实平整以后的土质地基可直接作为涵基。一般性土质地基，承载力不高，清除表面后，需铺设涵基垫层。岩石地基不宜直接作为钢波纹管涵基础，需铺设涵基垫层。软弱土地基需进行地基处理，然后在其上铺设涵基垫层。涵基垫层必须具有足够的稳定性、均匀性、压实度大于0.96，厚度从管底部算起30-80cm为宜，材料根据防渗要求选用，无防渗要求或防渗要求低的可选用级配良好的砂砾、砂质土、碎石土，防渗要求高的可选用水泥土、粉质粘土。铺设于堤防下的管身应设置预拱度，根据堤身填土可能出现的沉降量，预拱度可采用0.3-1%，不宜大于2%。
4.2安装
钢波纹管安装分为整装型和拼装型，直径小于3m的管涵一般采用整装型钢波纹管，直径大于3m的管涵一般采用拼装型钢波纹管。管节在装卸、运输、存放、安装时均应小心，切忌随意滚动、碰撞硬物，更不可随意敲打，以免管壁变形或损伤镀锌防腐层，缩短其使用寿命。安装前应检查基底承载力、涵底部平整度、标高，核对土建基准，确定管涵中心线、中点、进出口位置。安装时检查橡胶密封圈或石棉密封条是否严实，螺栓是否有漏装、漏拧现象。安装过程中及时监测截面形状，达到标准继续组装，达不到标准应进行调整。安装完成后，在管壁内外侧均匀喷涂两遍热沥青或乳化沥青作为防腐涂料，涂层厚0.3-1mm。
(1)整装型钢波纹管安装:根据管涵的实际情况，排放管节，先安放中间管节，待全部安装完毕，校正就位后，再安装进、出口端管节。当相邻根管节法兰缝隙较宽时，用撬棍使两管节法兰螺栓孔对正，并纵向平移，缝宽减至2cm左右时，螺栓孔全部穿上螺栓。橡胶密封圈或石棉密封条圆定于法兰连接处，然后按拧紧力矩要求拧紧螺栓，直至两法兰之间密封材料被全部压实。小孔径短涵在条件允许情况下，也可整体组装，现场吊放就住。
(2)拼装型钢波纹管安装:第一张波形板定位，以此为起点向两倒延伸，直至两端。圆周向采用阶梯形错缝搭接，使拼装管在纵横向均不形成贯通的搭接缝。对正螺栓孔螺栓套上垫圈由内向外穿过孔位，对面套上垫圈旋下螺母，用套简板手先松后紧拧紧螺母。
4.3回填土要求
管周回填土采用与堤基或堤身填料相同的材料，压实度不小于0.96。距管周0.3m范围内的回填土，不得有大于8cm的石块、混凝土块、冻土块等其他有害物质。管底楔形部位要求回填土与管底外壁贴合密实，可采用粗木棍回填捣实。两侧回填应同时进行，均匀分层回填，每层回填厚度20-30cm，两侧最终填土高程落差小于30cm。管体两侧0.5m范围内回填土采用小型夯实机械夯实，此范围以外管侧回填土可用压路机压实。管顶回填土压实时，从管顶部到最小允许填土高度范围内，应按不同规格管材对应的压实要求进行施工。在管顶回填土高度达到最小允许填土高度前，严禁一切重型车辆通行。
管周土料回填应及时对管体变形进行监测，允许变形量一般为管径的0.5%-2%，填土结束后基本不再变形。
五、养护及管理
合理的设计与精心的施工虽可保证管涵的安全，也需进行定期养护，但养护费用较低。对管涵进、出口水质加强检测，以防污水加速腐蚀防腐层和管壁。若管壁防腐蚀层消耗过多，应及时对防腐蚀层进行补救。严禁在管道沿线附近焚烧垃圾、秸秆等，防止热源对管涵的破坏。
结束语
钢波纹管涵具有抗变形、抗沉降、快速施工、施工环境要求低等特点，适用于软弱土地基、采空塌陷区等地质条件下新建涵工程及病坏桥涵快修加固工程，在节约地基处理费用、缩短工期、提高工程质量、减小废气污水排放等方面具用优越性。结合水利工程特点，可在条件具备时，适当采用此种结构，并进行造价、工期、施工、环境等比较，不断总结经验，钢波纹管涵将在水利工程中具有较为广泛的应用前景。
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论文作者:李雄
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/9
标签：波纹管论文; 地基论文; 钢筋混凝土论文; 管壁论文; 水利工程论文; 螺栓论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;