福建卓越建设工程开发有限公司 福建福清 350300
摘要：本施工方法作为一种新型的涵洞施工形式，结构受力为弹性，能有效改善地基不均匀沉降带来的影响。本施工技术具有多个方面的优势，例如施工速度快、安全性高、维护和管理成本低等，能够减少出现结构物和路堤交界位置的“错台”现象，造价比同等跨径的桥、涵低，节省大量钢材、水泥资源等。
关键词：多孔；超大直径；钢波纹管涵
Porous oversized steel corrugated Guanhanshigong technology
Zhang Fengjiao
Fujian Outstanding Construction Engineering Development Co.，Ltd.，Fujian，Fuqing，350300
Abstract：This construction technology is a new type of culvert construction. The structure force is elastic，which can effectively improve the influence of uneven settlement of foundation. The construction technology has many advantages，such as fast construction speed，high safety，low maintenance and management costs，and can reduce the phenomenon of "wrong platform" at the junction of structures and embankment，and the cost is lower than that of bridges and culverts with equal spans. Save a lot of steel，cement resources.
Key words：porous；Very large diameter；Steel Wave Guanhan
1.前言
一般公路常见的涵洞多为钢筋混凝土盖板涵、拱涵、圆管涵或者箱涵，这些结构形式的涵洞对地基承载力要求都较高【1-2】，而且结构自身及基础多为刚性。在沉降不稳定的采空区地质条件下，极易因采空区地基不均匀沉降而导致洞身及基础发生变形、开裂、错台等破坏，且维修较为困难。涵洞破坏结果表现为涵洞渲泄能力不足、涵前雍水，更有甚者会引起涵洞或路基滑塌，进而造成道路严重损坏【3-4】。在钢波纹管涵的施工中，我们对采空区地质条件下多孔超大直径钢波纹管涵施工工艺、技术要点及控制过程进行了研究，总结而形成本技术。
2.工艺原理
2.1钢波纹管涵是将2.0-8.0mm厚的薄钢板板面压成波纹后，制成管节或板片拼装制成，可以根据实际要求拼装为圆形、半圆形等形状，然后根据比例将进出口设计为斜口，外观设计美观大方，可用于公路的涵洞、通道、临时便道、排水管道等工程。
2.2钢波纹管涵结构设计的要点是假定钢波纹管和土体均为弹性体，不考虑涵洞顶土柱和周围填土间的摩擦力，采用角度分布法计算，半无限弹性理论核算。
2.3钢波纹管涵为一种柔性结构，在采空区地质条件下地基出现不均匀沉降时钢波纹管涵一是可通过自身结构变形减少损坏，减少沉降对路堤的破坏；二是采空区多孔超大直径钢波纹管涵基础通过特殊设计，采用厚度90cm的下层砂砾基础，并提高砂砾基础压实度，在路堤轻微不均匀下沉时，通过砂砾基础进行过渡能一定程度控制和减少沉降带来的影响，减少采空区桥、涵结构物病害的发生，从而显著减少出现结构物和路堤交界位置的“错台”现象，提升维护效果和安全性，降低管理成本。
3.工艺流程及操作要点
3.1 工艺流程
采空区多孔超大直径钢波纹管涵施工工艺流程见图1。
图1：钢波纹管涵施工工艺流程
3.2 施工操作要点
3.2.1采空区地质条件下多孔超大直径钢波纹管涵基础施工工艺
对于钢波纹管涵来说，不应该直接将其设置在混凝土基床中，因为这容易减小低管壁的柔性与涵管承载力，而是需要使用优质土来取代岩石地基中的软岩，最后对其进行分层夯实。
钢波纹管地基需要达到较高的耐久性与均匀性，其参数即为表1中所示。
表1：钢波纹管涵地基或基础所需厚度与宽度
图2：桩号K23+813处两孔6m钢波纹管涵断面图
由表1可以看出，在一般地质条件下钢波纹管涵基础采用换填土工艺即可满足要求，而针对采空区特殊地质条件，钢波纹管涵基础材料采用的砂砾回填，根据断面图2和图2，下层砂砾基础厚度90cm，上层砂砾基础厚度333cm，基础分层填筑，分层厚度20～30cm，压实度不低于96%。
采取上述施工工艺，一是砂砾基础为柔性结构，不会影响涵管的承载能力；二是通过提高砂砾基础压实度标准，加速了涵洞处的地基沉降，同时在采空区地质条件下，涵洞处如出现不均匀沉降，砂砾基础能起到过渡作用，钢波纹管涵不会明显改变设计受力模型各项参数，对涵管能起到良好的保护作用。
如果将波纹管设置在普通的土质地基中，其填土之后容易出现明显地下沉，一般表现为管道中部较大，而两侧位置较低。所以需要采用预留拱度的方式，以确保管道中部不出现凹陷或逆坡。必须根据涵底纵坡以及下滑量等因素进行设计，一般将其控制在管长的0.6%～1%范围内，本工程经过分析之后最终采用1%的预留拱进行控制。其示意图如下所示。
图3：采空区多孔超大直径钢波纹管涵预拱度设置图
3.2.2采空区地质条件下钢波纹管涵安装工艺
大直径钢波纹管涵的拼装为后安装的板片包裹先安装的板片，板片间通过螺栓进行连接。为使钢波纹管涵相邻两节段间搭接与设计流水面纵坡一致，一般需要先从涵洞上游开始安装管节。其具体的过程如下所示。
（1）首先需要检查涵管底部的基础平整度、预拱度等，然后对涵管位置信息进行确定，并采用白灰洒出其安装轴线位置。
（2）其次是设置基准，这里主要采用了中心轴线与安装起点位置，然后将第一张波纹板片的两端使用2个千斤顶进行固定，以保证安装过程中轴线的稳定性；第二张板叠在第一张板上面，对正两块板间连接孔。螺栓由内向外插入螺孔，外面套上垫圈螺母，用套筒扳手预紧螺母。
（3）直径为6m与4cm的钢波纹管涵的单个节段的板片数目分别是6块、4块板。拼装各节段环形圈由下向上顺次拼装；搭接时后安装的板片包裹前面安装的板片，圆周向连接采用阶梯形。相邻两节段纵向接缝错位，连接孔对正后，将螺栓由内向外插入螺孔，用套筒扳手预紧螺母。
（4）每节段长度拼成型后，需要先对轴线偏位以及截面的形状进行确定，如果满足了要求就进行拼装，否则需要通过调节千斤顶校正高程及轴线偏位。
（5）多孔钢波纹管涵各孔根据现场施工作业面条件可同时施工。各个涵管拼装结束之后需要使用定扭气动扳手按照顺序对所有的螺栓进行固定，扭力矩参数分别是340N.m±70 N.m，此过程能够保证波纹管的重叠位置具有更高的紧密性。
（6）另外还需要保证全部的螺栓扭矩要求值能够达到相关要求，回填之前任意检查纵向接缝中2%的螺栓，并使用定扭扳手进行抽检。如果存在高于正常扭矩范围的情况，就需要再次抽检全部螺栓的3%，只有当合格率高于90%之后才能确定安装合格，否则需要再次确定扭矩值是否合规。
（7）最后需要使用千斤顶校正整道涵管轴线偏位，从而保证与中心轴线位置的一致性。
3.2.3采空区地质条件下多孔超大直径钢波纹管涵楔形部位回填质量控制
圆形钢波纹管涵管底两侧楔形部位因施工作业面狭小，上层砂砾基础的压实大型机具无法操作，为保证钢波纹管涵管底两侧楔形部位处的填筑压实度及密实度，针对采空区特殊地质条件，为更好的适应工程地质条件，施工中需要使用中砂或天然砂砾进行回填。砂砾必须达到一定的条件之后才能使用，例如其含水量高于最佳含水量的比例达到2%，管身周边30cm内的砂砾粒径需要控制在12mm以内。然后使用特定的木棒在管身外向内侧进行夯实，确保各个位置能够得到夯实。这里使用的木棒也需要满足一定条件，例如截面大小是13*13，单位cm，冲击力不应该低于9kg/次，确保能够达到较好的夯实效果。
钢波纹管涵一般都是柔性结构，回填过程中容易出现明显的挤压变形，在其上部进行填土，使其能够复原，此过程中也会对两侧的土体形成一定的挤压作用，使其保持更高的密实度，因此需要保持钢波纹管涵管底两端的楔形部位及台背填筑在涵管两侧对称同步完成，并且需要将回填土高差控制在20cm以内，避免出现较大偏差影响整个结构的稳定性。
3.2.4多孔超大直径钢波纹管涵管节间填筑工艺控制
对于使用的多孔钢波纹管涵来说，其最近的两管需要保证合适的填土宽度，便于将其中的填料进行压（夯）实，多孔钢波纹管两管间净间距e如表2所示。
表2：多孔钢波纹管涵两管间净间距
多孔钢波纹管涵管节间填筑需要保证在涵管两端对称同步完成，并且需要将回填土高差控制在20cm以内，避免出现较大偏差影响整个结构的稳定性。
3.2.3采空区地质条件下钢波纹管涵防腐工艺
（1）钢波纹管涵板片和连接螺栓采用热浸镀锌防腐，镀锌层厚度104um，同时钢波纹管涵内、外侧均涂刷沥青防水层，增加了结构抗腐蚀及耐久性。
（2）在所有钢板的连接位置以及螺栓孔等位置都需要使用耐侯密封胶进行密封处理，避免有水分进入，延长其使用寿命。
（3）涵管安装结束之后需要进行防水处理，通过采用的方法是在管内外涂刷沥青，厚度应该高于1mm，确保其能够达到较好的防水效果。
（4）在整个回填的过程中，截面尺寸变化需要控制在一定的范围内，其与组装尺寸之间的偏差需要控制在2%以内。一旦超过此范围，需要立即停止施工过程，在找到具体原因之后对其进行分析，然后采用合理的方式进行处理。
4 结语
对于钢波纹管涵的使用需要综合考虑到其成本、效益、环保以及原料等方面，其中使用钢材作为主材，能够有效地控制成本，也不会对环境造成影响。通过应用钢波纹管涵，大大提高了工效，缩短了施工工期。平均单个涵洞节省工期20天，特别是在老路改建段，通过应用钢波纹管涵，相比采用其他结构形式如箱涵、拱涵等省去了砼强度等待时间，缩短了道路断行、绕行工期，降低了安全风险，加快施工进度约20%。
参考文献：
[1]景玉婷，郭建英，胡惠龙，等.采空区多孔超大直径钢波纹管涵施工技术[J].施工技术，2015，44（11）：70-73.
[2]张阳，宫俊飞，穆程，等.高填方大跨双孔钢波纹管涵测试与分析[J].公路工程，2017，42（3）：31-36，76.
[3]韩丽琴.钢波纹管涵洞施工控制与质量检验[J].山西建筑，2012，38（2）：222-223.
[4]金继伟.高速公路钢波纹管涵的研究及应用[J].河南科学，2012，30（5）：630-634.
作者简介：张凤娇，1986年01月24日—，女，工程师，本科，陕西人，主要从事建筑施工方面的研究。
论文作者:张凤娇
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第23期
论文发表时间:2019/6/18
标签：波纹管论文; 涵管论文; 采空区论文; 砂砾论文; 多孔论文; 涵洞论文; 基础论文; 《建筑细部》2018年第23期论文;