钢波纹管涵在黄土地区公路设计中的应用

发表时间：2016-12-05 16:14

【摘要】钢波纹管结构是一种典型的柔性结构，具有良好的变形适应能力，特别适用于常年冻土、膨胀土、软土、湿陷性黄土等不良地质条件、高填方路段及地震地区的公路或铁路涵洞与通道。与传统圬工或钢筋混凝土结构相比，钢波纹管涵在受力性能、施工工期、使用寿命、行车舒适性、养护成本、综合造价等方面具有无可比拟的优越性，因而可作为公路工程中传统结构形式的替代者。结合其在通渭县马营至陇西县云田公路中的成功应用，探讨钢波纹管涵在黄土地区高填土路基处治中的设计要点。

　　【关键词】黄土地区钢波纹管涵设计要点推广应用

　　1钢波纹管涵的发展概述

　　在我国公路建设过程中，涵洞作为一种重要和常见的结构，通常用于满足工程中排水和通道的需求，多年来涵洞结构一直采用箱涵、盖板涵、圆管涵、拱涵等几种型式，材料采用钢筋混凝土或圬工材料，该类涵洞存在设计繁琐、施工周期长、孔径小、易出现沉降及跳车等缺陷。此外，在常年冻土、膨胀土、软土、湿陷性黄土等不良地质地区以及高填土等条件下，钢筋混凝土涵洞在运营过程中通常会出现不同程度的损坏，甚至因涵洞基础的不均匀沉降导致涵洞整体破坏，造成路基大范围的沉陷，给公路行车带来安全隐患。针对传统涵洞结构存在的各种缺陷，亟待推广新型结构以改善涵洞构造物的适用范围。

　　随着公路建设的快速发展、钢材加工工艺特别是防腐技术的提高，钢波纹管结构以其良好的力学性能及施工简便、适应性强、耐久性好的特点，正逐步在国内公路建设中得到认识和重视。尤其是近年来在国内钢材产能过剩、价格低迷的市场环境下，钢波纹管结构具有更加优越的性价比和社会效益，在工程领域有着广阔的应用空间。

　　2工程概况

　　通渭县马营至陇西县云田公路工程位于定西市境内，路线总长73.24km。项目区属陇西黄土高原中部，渭河流域上游，地形起伏较大、沟壑纵横，区域地震动峰值加速度为0.20g，对应地震烈度区划为Ⅷ度区。沿线地层以第四系风积黄土为主，主要为自重湿陷性黄土，岩性为上更新统马兰黄土（），湿陷等级Ⅱ～Ⅳ级，遇水易引起路基不均匀沉降。

　　工程沿线“V”字型冲沟发育，下切作用强烈，沟深一般达到30～60m，沟宽80～150m，全线分布大约20余处。鉴于跨沟位置沟壁陡峭，沟壁黄土易崩塌且沿线黄土具有强烈湿陷性等特点，采用桥梁方式跨越冲沟桥台不易修筑，且桥梁墩台身高度高，施工难度大，运营期隐患多，后期养护困难，同时沿线冲沟汇水面积较小，沟内基本处于干燥状态，经反复论证，设计采用高填土路堤的方式跨越冲沟，在沟底设置过水涵。

　　3设计要点

　　3.1涵洞构造的选型

　　沿线跨沟位置路基最大填土高度48米，在沟底设涵，最大涵长将达到200多米。由于涵身较长，管节较多，沟底纵坡较大，如果采用混凝土板涵，因高填土原因很容易造成管节的不均匀沉降及涵管裂缝，且对基础处理要求较高，同时盖板涵施工工期较长，涵洞损坏后维修困难。而钢波纹管涵分片重量轻，拼装简便，施工工期短，安装后整体性及连续性较好，力学性能优越，具有较强的抗变形能力及抗沉降能力，能较好的避免湿陷性黄土地区高填方路基回填造成的不均匀沉降等问题。综合以上因素，设计选用钢波纹管涵作为过水涵。

　　3.2涵位的选择

　　在沟底设涵管身长度大，投资高，水流携带的大量泥沙易堵塞涵洞，后期养护困难，同时，沟底纵坡较大，历时降雨后，汇水无固定流动轨迹，加之水流流速快，路基边坡受水流冲刷造成坡脚水毁，易产生穿水洞。考虑以上因素，设计采用坝式路堤方式填筑路基，设置高位涵。涵洞进口侧边坡铺设复合土工膜，以防止水流下渗穿透路基，并在其上设置护坡，减小水流对路基边坡的直接冲刷，汇水在涵洞进口侧沟道内先进行淤积沉沙后通过排水涵排离路基。

　　3.3孔径及板厚的确定

　　根据汇水面积进行水文水力计算确定涵洞孔径，并根据涵顶填土高度确定钢板厚度（参考表1确定）。

　　螺旋形或环形波纹钢管最大最小填土厚度[76mm×25mm（波形）]

　　3.4涵洞基础设计

　　结构基础必须有足够强度、稳定性和均匀性，设计中考虑到涵洞设置在填方路基上，先对沟底进行了扩沟、强夯处理，要求按照《公路路基施工技术规范》进行分层填土压实，填土至涵顶标高位置时对涵洞左右两侧5m范围路基进行强夯处理，然后开挖涵洞基坑，通过先填后挖的施工工序来保证涵底地基的稳定性，涵洞基础的选择考虑到项目区地层为自重湿陷性黄土，不宜采用透水性砂砾料，设计采用灰土基础，端头采用混凝土基础。因管涵涵身较长，涵顶填土高度大，管涵地基及基础尤其中部会有不同程度的沉降，考虑流水要求，沿涵洞轴线在基础顶面设置了预拱度，预拱度f=L （涵长）×1.5%/2（m），且f<（进口标高-出口标高）/2，按抛物线形式设置，以确保管道中部不出现凹陷或逆坡。

　　3.5防腐设计

　　钢波纹管出厂前管壁及配套附件均已经过热浸镀锌处理，为延长使用寿命，涵管运至工地时，宜在管涵外壁及内壁表面涂刷两遍沥青防腐层。为保证接头部位的密封性，密封材料采用方形耐久性能较好的橡胶密封圈或方形石棉盘根密封条，并在涵洞进出口与端墙相接处用沥青麻絮缠绕。

　　3.6进出水口设计

　　涵洞出进出口的选择根据地形条件及适用范围选定，本工程涵洞采用高位涵，进口侧护坡护到了涵顶，采用端墙式洞口与护坡相接，出水口根据地形设置一定长度急流槽及消力池，将水排至沟底。洞口材料的选择考虑到施工质量及施工进度，均采用混凝土浇筑。

　　4结语

　　钢波纹管涵的大量采用加快了项目施工进度，路基完工至今，高填土路段均未产生沉降，路基稳定，涵洞构造未发生较大变形，很好的适应了地质条件，排水顺畅。该结构的应用有效的解决了在填方路基上及地基承载力较低路段修筑长涵洞引起不均匀沉降的问题，与钢筋混凝土结构相比，不论从施工工期、施工难度、施工质量及环境保护方面都具有不可比拟的优越性。因此，钢波纹管涵的推广应用在黄土地区公路建设中有着广阔的前景。

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