1.西安星航市政设计研究院有限公司 2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司 3.山西水利职业技术学院
引言
随着公路建设的发展，公路改建等级的提高，高速公路的延伸，遇到的特殊地质环境越来越多。对公路桥涵来说，桥涵的不均匀沉降及地震是其破坏的主要形式之一。从材料、结构和功能的本质关系上分析，采用柔性、高强度的钢波纹板桥涵，不仅具有适应地基与基础变形的能力，而且可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题。
钢波纹管应用主要分布在青海、西藏及东北等冻土区，南方也有大面积的应用，但关于湿陷性黄土地区公路钢波纹管涵方面的研究尚未展开，为拓展该项目研究及应用领域的高度和广度，提升公路钢波纹管涵在设计领域的地位，完善钢波纹管在湿陷性黄土地区施工工艺，很有必要开展湿陷性黄土地区大孔径钢波纹管结构应用技术研究。
1 国内外应用情况
1.1 国外应用情况
波纹管最早诞生于英国（1784年），1913年首条波纹管涵洞被应用于英国苏格兰爱丁堡近邻的农田灌溉，1923年美国铁路工程协会在伊利诺斯州中央铁路进行波纹管通道的测试，1929年加拿大首座波纹管应用于一煤矿中。1931年澳大利亚首次建成8m汽车通道一座，1990年《日本高速公路设计规范》制定了波纹管设计技术规范。随着波纹管在世界各地的安装使用，证明此种结构物在各种使用情况下的通用性，而且其寿命已超过了设计寿命。
在美国、加拿大等，波纹管涵已被广泛应用于公路工程，并制定了设计、制造及施工安装手册，积累了较为成熟的波纹管涵设计理论及修建经验。韩国自1997年开始研究应用钢波纹管涵洞，主要采用北美的相关技术，到2004年在韩国已相继修建了700余处波纹管涵。目前非洲多数国家在基础设施建设中也大量使用钢波纹管涵洞。
1.2 国内应用情况
我国在改革开放后，首次于1997年在青藏公路上应用钢波纹管涵洞，为解决多年冻土地区涵洞工程病害问题，由中交第一公路勘察设计研究院有限公司修筑波纹钢试验涵洞2道，并取得初步成功应用。为之后青藏公路及青藏铁路大量成功应用波纹钢结构涵洞奠定了基矗
2004年，石桂梅利用ANSYS软件从理论上对多年冻土地区无基和冻胀条件下波纹管涵洞的受力性能进行了分析，得出了波纹管涵洞受力方面的一些结论[1]。
2010年，西安工业大学的张二韶通过理论计算和工程实测对于埋置波纹钢涵洞的土拱效应进行了研究,总结了土拱效应研究理论[2]。
2013年冯忠居等，在长安大学工程机械学院结构实验室内的大型轨道槽中进行试验，轨道槽中的填土密实，埋置涵洞的尺寸根据不同管径钢波纹管涵洞拟定不同的开挖尺寸。采用堆叠法加载，进行钢波纹管涵洞受力与变形特性模拟试验研究[3]。
2012～2016年中交第一公路勘察设计研究院有限公司对湖北省直径5m钢波纹管涵洞进行了现场试验，测试了施工过程中及施工完成后车辆荷载下钢波纹管涵的受力特征及管顶挠度，并采用有限元分析软件对其进行了模拟分析。
2 钢波纹管涵洞在湿陷性黄土地区施工要点及质量控制
2.1 施工工艺流程
钢波纹管涵洞的施工工艺流程如图1所示。
2.2 地基处理
在湿陷性黄土地区，由于水的作用会使基础产生变形，影响涵洞的稳定性，因此应做好相应的隔水处理措施。钢波纹管涵填土高度高于8m时，应根据地基超荷受压可能产生的最大沉降量、涵洞底部坡度等因素综合设置预拱度。
2.3钢波纹板拼装施工
（1）波纹钢板件拼装时，板件之间应采用错缝搭接，并用高强度螺栓连接。板件环向搭接的重叠部分边缘至最外缘螺栓孔距离应大于50mm,轴向搭接螺栓孔边缘距离视波距大小而定。
（2）波纹钢板件的拼装须按图纸或施工作业书进行，对于直径大于4m钢波纹管涵洞，可以利用支撑装置来维持设计截面的形状。
（3）每整圈波纹板拼装成型后，要测定一次截面形状，达到标准再继续拼装，达不到标准应及时调整。测定及调整为圆周向拼装到环形圈合拢时，测定截面形状，采用定位拉杆固定，调整预紧螺栓，拼装顶部第一块波纹板。
（4）螺栓预紧力扭矩应为270 ～410 N·m,全部螺栓都要用均等的扭矩来拼装。拼装完毕后，应在纵向和横向连接处各自随机选取螺栓总数的3%，用扭矩计量器检查，若超出预紧力扭矩范围的螺栓数大于所检查螺栓数的10%，则必须对全部螺栓重新进行紧固。
2.4 防腐处理
钢波纹管出厂时应对其进行镀锌，镀锌的厚度应达到规范要求，应大于 84 μm。钢波纹管拼装完毕后，在管壁内外均匀涂刷两遍乳化沥青或热沥青，且应具有一定厚度，需达到0.3～1mm。桥涵内冲刷严重时，应按设计要求做水泥砂浆保护层或洞内铺砌。
2.5 回填施工
钢波纹管涵洞两侧及顶部一定范围内（一般为2.0m）施工回填的材料宜为砾类土、砂类土，或粒径较小的砾卵石与土质好的细粒土拌合后的混合料。结构物两侧保持对称均匀、分层摊铺、逐层压实。楔形部位回填时，当采用沙砾回填，可采用人工振捣，条件具备时宜采用"水密法"密实。从结构物外边缘向外2.0m以内的范围内，禁止除夯实机械以外的其它重型机械的运行。当涵洞顶部进行回填时，在最小覆盖厚度范围内（最小覆盖厚度为0.6m），应禁止夯实机械以外的重型机械在结构物上方通行，且不得做振动压实。
3 结论
（1）国外钢波纹管涵洞应用较早，形成了一定规模，研究方向多为耐久性研究；国内钢波纹管涵洞应用较晚，20世纪初才进行相关应用，最近几年有了快速发展，国内多为钢波纹管涵洞受力特征的研究。
（2）钢波纹管涵洞对地基要求低，其轴向波纹的存在可以更大程度上分散荷载的应力集中，更好地发挥钢结构的优势，可解决陕西省湿陷性黄土地区高填路基混凝土涵洞的不均匀沉降问题，特别适合在湿陷性黄土地区推广应用。
（3）钢波纹管结构后期养护只需定期涂刷沥青，相比较于普通混凝土涵洞一定时期需进行翻修甚至重建，施工工艺简单且造价低，且可回收利用，保护了环境，具有显著的经济和社会效益。
参考文献
[1] 石桂梅.多年冻土地区无基钢波纹管涵洞变形与应力分析[U].哈尔滨:东北林业大学学位论文,2004.
[2] 张二韶.埋地钢质波纹管土的拱效应研究[D].西安:西安工业大学，2010.
[3] 冯忠居,乌延玲,贾彦武,熊山铭,王彦志.钢波纹管涵洞受力与变形特性模拟试验研究[A]. 第 35 卷 第 1 期岩土工程学报Vol.35 No.1.2013 年1月.
[4] 李祝龙，姜涛，谢哓如，俞文生．高填方路基钢波纹管涵洞土拱效应分析 [J]．公路工程，2016 41(1)：193-197．
[5] 骆志红.大直径钢波纹管涵有限元计算分析[J].交通科技,2011,01:40-42.
[6] 刘风云，万义云，梁养辉，胡滨，姜涛. 基于有限元的钢波纹管涵洞设计方法分析[J].山东交通科技,2016 (6)：82-85．
论文作者:樊海明1 胡滨2 班午东3
论文发表刊物:《科技尚品》2018年第11期
论文发表时间:2019/7/18
标签：涵洞论文; 波纹管论文; 螺栓论文; 波纹论文; 黄土论文; 地区论文; 公路论文; 《科技尚品》2018年第11期论文;