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[摘 要]金属波纹管涵具有施工简单、施工工期短、变形能力强等优点，逐步在公路上推广使用。结合山东省新泰市洛马路建设，简要介绍金属波纹管涵应用研究情况。
[关键词]公路建设 金属波纹管涵 变形
中图分类号：U449.83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0399-02
一、概况
波纹钢管桥涵是用钢制波纹管或波纹结构板替代了钢筋混凝土涵洞和小桥中钢筋混凝土管体或支承结构体后完成的一种新型桥涵，具有施工便捷、适应能力强、运行寿命长、性价比高等特点。柔性、高强度的钢波纹管涵洞，不仅具有优良的适应地基与基础变形的能力用之可解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题。对地基扰动小、对基础要求较低等优点，还具较强的抗拉、抗剪和抗疲劳能力故其具有较为广泛的应用前景。钢波纹涵管有圆形、椭圆形、马蹄形等，分为拼装型金属波纹管涵和整装型金属波纹管涵。
二、结构设计
1、理论计算
（1）、假定波纹管和上体均为弹性体。
（2）、活载计算理论：不考虑涵洞顶土柱和周围天图鉴的摩擦力，采用角度分布法计算，半无线弹性体理论计算。
（3）、对于埋置式波纹管，假定波纹管和土体在界面上没有滑移，它们之间的相互作用通过共同的节点位移实现。采用几何非线性的分析方法，能够考虑第二类稳定问题。采用ANSYS等大型通用有限元程序进行计算。
（4）、土重：按土柱重理论计算，内摩擦角φ=30°，土容重19KN/m3。
2、结构构造
（1）、波纹管涵为分片拼装管，拼装管蔡蓉板与板大街，高强度螺栓紧固。
（2）、洞口采用八字式。八字式洞口水流条件好，造价亦较低。
（3）、波纹管加工钱或后须采用热镀锌等防腐处理。
（4）、分片拼装波纹管与路线斜交时，为保证波纹管端的强度和稳定性，每根管道端头各设两道H型钢加强圈。型钢加强圈采用M20高强度螺栓与波纹管端部管壁連接成整体，螺栓圆周向间距200-600mm。
（5）、整体管连接法采用角钢、钢板制作，波纹板焊接采用对焊接头。整体管与分片拼装管的紧固件采用国标中的标准紧固件，其强度和规格应满足力学要求，且不低于管材强度要求。垫片与紧固件相配。螺栓与螺母均采用热浸镀锌处理。
（6）钢波纹管涵的设计使用寿命为100年，管壁及配套附件均经过热浸镀锌处理，其镀锌层的平均厚度大于84微米，涵管送至施工现场后，工地现场涂刷防腐涂料。
（7）密封材料采用耐久性能较好的PVC泡沫或耐候密封胶。
三、耐久性设计
（1）、本项目工程环境类别采用II类。
（2）、耐久性设计考虑的因素
影响桥梁结构耐久性的因素有水分、冰冻、空气污染、除冰盐水等环境作用及车辆的疲劳荷载、振动和磨损等力学作用。波纹钢管结构外侧主要为土壤腐蚀，内侧主要为水腐蚀和大气腐蚀，及流水的腐蚀。
（3）、采取的措施
①管节或管片在出厂时均经过热浸镀锌处理，其镀锌层的平均厚度大于84μm，在没有盐碱水或有害工业废水长期浸泡的情况下，其镀锌层即可防止锈蚀。
②波纹管运至施工现场后，工地现场涂刷两遍防腐涂料，涂层厚度达到0.5mm。
③根据国内车辆超载运输的实际情况，对波纹管的技术参数（波距、波高、波厚）进行调整，增加波纹管的安全系数。
④波纹管内设置10cm厚钢筋网片混凝土防污层，表面刷涂防腐油，防止污水侵蚀。
四、施工方法及施工注意事项
l.波纹钢管结构施工方法
波纹钢管结构的施工工艺流程为：
施工前准备→施工放样→开挖涵管基坑→平整场地→基础分层回填→检测压实度、含水量等→水准测量→平整场地→施工放样→拼装管节→检测密水情况及管底纵坡→检测并补救防腐涂层→管涵就位→两侧分层回填→检测压实度、含水量等→管顶分层回填→检测压实度、含水量等→进出口处理。
1.挖基
（1）沟渠开挖应按设计要求进行，当基底土为淤泥等不良土层时，应补强处理。
（2）挖至标高的土质基坑不得长期暴露，扰动或浸泡，并应及时检査基坑尺寸、高程、基底承载力，符合要求后，应立即进行基础施工。
2.基础砂垫层
（1）结构基础必须有足够强度、稳定性和均匀性。基础为100～160cm厚的砂砾，应采用级配良好的粗砂在基础表面设置一层厚10cm的均匀垫层，其最大粒径为12mm。
（2）基础宜用透水性好，粒度分布良好的砂质土或砂砾或碎石土成形，密实度达到设计要求。材料的最大粒径不得超过波长的1/2或不大于50mm。
（3）与波纹钢板接触部分要铺设厚度7-15cm的粗砂垫层，其最大粒径为12mm。
（4）基础砂墊层的压实度不应小于96%。
3.敷设
（1）钢波纹管涵安装前应检査涵管底部基础平整度、标高，确定涵洞中心线、中间点。
（2）拼装波形钢板时，下游块件的端头必须放在上游块件之下，以防管内流水渗入接缝而将地基土淘空，导致全管涵破坏。
（3）组装涵管时，应在管内放一个可移动的木质工作台，以便于组装作业。
（4）螺栓组装时，可采用松螺栓组装法。即各个螺孔插入螺栓，套上螺母后，稍初拧，不拧紧螺母，待全部块件组裝完毕后，再逐个拧紧螺母。每个螺母的扭力矩不得小于270N.m，最大不得超过410N.m。用机动扳手时，持扳时间应持续2s-3s。
（5）气割波纹管时，要求被气割的边缘无氧化物和毛刺。镀锌保护层遭破坏之处，须采用涂刷防腐涂料。 （6）待整个涵管安装或拼装完成后，用千斤顶校正整道涵管，使其中心在所规定的中心线上。
（7）波纹钢板桥涵高强螺栓紧固前，应在板缝连接处用耐候密封胶或聚乙烯泡抹板密封。
4.回填
（1）回填材料要求
波纹钢板桥涵回填料应优先采用砂类土、砾类土，但在这类材料紧缺地区可采用一般的路基用土即可。当采用土石混填时，石料用量不应超过2/3。在距波纹钢板桥涵売30cm范围内，不得填筑边长尺寸大于8cm的石块、混凝土块、冻土块、高塑性粘土块或其他有書物质（表1）。
（2）回填布料
结构两侧回填应对称施工，分层回填，每层厚度为20cm。
对于有端部挡墙的情况，从两端向结构的中心进行回填；对于没有端部挡墙的情况，从结构的中心向两端进行回填。施工时注意回填料应倾倒在结构两侧1倍直径以外。
（3）波纹管涵回填工艺要求
①波纹管涵回填，应在管两侧对称、均衡的进行。楔形部回填可采用粗砂水密法或采用粒径不大于3cm级配碎石回填，填上必须分层摊铺，逐层压实，每层压实厚度不超过25cm，压实度应达到重型击实标准95%以上，且与该处路基的压实度一致。
②在波纹钢板桥涵顶的最小填土厚度及涵管两侧3/4管径高度范围内的管侧填土，应特别注意夯实。除可使用小型振动夯夯实外，其他位置可采用与一般路基相同的压实机具。
③在填土过程中，特别是跨度较大的结构，要随时观测波纹钢板桥涵壳体的变形是否超过容许值，以便及时改变填土方式。
④在波纹钢板桥涵顶填土未达到所规定的最小厚度时，应禁止一切机动车辆通行。当管顶已填足最小厚度，但仍不能让重型夯锤在其上作业，以免损坏波纹管及临近填土。
（4）压实
①结构近处用机械夯实，管底下方模形部用粗砂水密法或“C15细石砼''振动棒振实或采用粒径不大于3cm级配碎石回填。
②涵洞两侧回填应采用振动压路机压实，压实度不小于96%。
③涵管上方当回填厚度小于50cm时采用手扶振动压路机压实或采用小于6t的静碾压路机压实，压实度不小于96%。当涵管顶填土大于50cm后，方可采用YZ12压路机施工，每层厚度20cm，压实度大于等于96%。
（5）结构形状监测
钢波纹管涵在刚刚组装完毕之后；回填过程中；刚刚施工完毕后都要测量截面的形状。组装完毕后在开始回填前的截面大小不超过设计的±2%，如超出，应重新校正组装。
从回填开始到涵顶填土结束，在各层的密实结束之后马上测量钢波纹管截面大小（测量不同位置三处以上），填土完毕后构造物的最终允许变形范围±5%D（D为直径），如截面变形量超过变形范围时，应立即终止施工査明原因，采取措施将变形量控制在标准范围内。
2.施工注意事项
（1）涵洞在施工前首先校核涵底标高与地形是否合适。
（2）施工前，仔细复核设计图纸中标高、涵长、角度等，发现问题及时反映或修改，将问题消除在施工前。
（3）地基承载力应满足设计要求，否则必须进行其它补强措施。
（4）如受水位升高等浮力影响，致使管上浮，应采取锚固设施防止管在回填中上浮。
（5）预拱度设置。埋设于一般士质地基上的波纹管，经过一段时问后，常会产生一定的下沉，而且往往是管道中部大于两端。因此，铺设于路堤下的波纹管的管身要设置预留拱度。其大小根据地基土可能出現的下沉量，涵底纵坡和填上高度等因素综合考虑，通常可为管长的0.2%～0.6%，以确保管道中部不出现凹现或滑坡，但应注意管涵中心高程应不高于进水口高程。
（6）管底两侧楔形部位处的填筑可采用5种方案①采用粗沙“水密法”振荡器密实。②采级配良好的天然沙砾。人工用木棍从管身外侧向内侧夯实。③采用液态粉煤灰进行填实。
五、结束语
通过钢波纹管涵的设计、施工，既加快了桥涵施工进度，较同类型拱涵施工比较具有工期短、造价低、耐久性好、柔性好、对基础要求较低等优点，又给其路基施工提供了充分的施工时间，大大缩短了工期，从总体工程考虑节约了投资，可不同程度的补偿路基的下沉，是普通涵管无法相比的，在公路新改建工程、路基养护工程中发挥了积极的作用，得到了施工单位和业主单位的一致好评。
参考文献
[1] 《公路涵洞通道用波纹钢管（板）》JT/T791-2010[中华人民共和国交通部].
[2] 《公路涵洞设计规则》JTG/TD65-04-2007，[人民交通出版社交通部].
[3] 《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61-2005，[中华人民共和国交通部].
[4] 《公路桥涵施工技术规范》JTG041-2000，[中华人民共和国交通部].
[5] 李祝龙2007年1月《公路钢波纹管涵洞设计与施工技术》[人民交通出版社].
[6] 蔡枫钢制波纹涵管施工应用技术[J]；内蒙古公路与运输，2007年03期.
[7] 吕栋钢波纹管涵洞在高等级公路中的应用[J]；山西建筑，2008年15期.
[关键词]公路建设 金属波纹管涵 变形
中图分类号：U449.83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0399-02
一、概况
波纹钢管桥涵是用钢制波纹管或波纹结构板替代了钢筋混凝土涵洞和小桥中钢筋混凝土管体或支承结构体后完成的一种新型桥涵，具有施工便捷、适应能力强、运行寿命长、性价比高等特点。柔性、高强度的钢波纹管涵洞，不仅具有优良的适应地基与基础变形的能力用之可解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题。对地基扰动小、对基础要求较低等优点，还具较强的抗拉、抗剪和抗疲劳能力故其具有较为广泛的应用前景。钢波纹涵管有圆形、椭圆形、马蹄形等，分为拼装型金属波纹管涵和整装型金属波纹管涵。
二、结构设计
1、理论计算
（1）、假定波纹管和上体均为弹性体。
（2）、活载计算理论：不考虑涵洞顶土柱和周围天图鉴的摩擦力，采用角度分布法计算，半无线弹性体理论计算。
（3）、对于埋置式波纹管，假定波纹管和土体在界面上没有滑移，它们之间的相互作用通过共同的节点位移实现。采用几何非线性的分析方法，能够考虑第二类稳定问题。采用ANSYS等大型通用有限元程序进行计算。
（4）、土重：按土柱重理论计算，内摩擦角φ=30°，土容重19KN/m3。
2、结构构造
（1）、波纹管涵为分片拼装管，拼装管蔡蓉板与板大街，高强度螺栓紧固。
（2）、洞口采用八字式。八字式洞口水流条件好，造价亦较低。
（3）、波纹管加工钱或后须采用热镀锌等防腐处理。
（4）、分片拼装波纹管与路线斜交时，为保证波纹管端的强度和稳定性，每根管道端头各设两道H型钢加强圈。型钢加强圈采用M20高强度螺栓与波纹管端部管壁連接成整体，螺栓圆周向间距200-600mm。
（5）、整体管连接法采用角钢、钢板制作，波纹板焊接采用对焊接头。整体管与分片拼装管的紧固件采用国标中的标准紧固件，其强度和规格应满足力学要求，且不低于管材强度要求。垫片与紧固件相配。螺栓与螺母均采用热浸镀锌处理。
（6）钢波纹管涵的设计使用寿命为100年，管壁及配套附件均经过热浸镀锌处理，其镀锌层的平均厚度大于84微米，涵管送至施工现场后，工地现场涂刷防腐涂料。
（7）密封材料采用耐久性能较好的PVC泡沫或耐候密封胶。
三、耐久性设计
（1）、本项目工程环境类别采用II类。
（2）、耐久性设计考虑的因素
影响桥梁结构耐久性的因素有水分、冰冻、空气污染、除冰盐水等环境作用及车辆的疲劳荷载、振动和磨损等力学作用。波纹钢管结构外侧主要为土壤腐蚀，内侧主要为水腐蚀和大气腐蚀，及流水的腐蚀。
（3）、采取的措施
①管节或管片在出厂时均经过热浸镀锌处理，其镀锌层的平均厚度大于84μm，在没有盐碱水或有害工业废水长期浸泡的情况下，其镀锌层即可防止锈蚀。
②波纹管运至施工现场后，工地现场涂刷两遍防腐涂料，涂层厚度达到0.5mm。
③根据国内车辆超载运输的实际情况，对波纹管的技术参数（波距、波高、波厚）进行调整，增加波纹管的安全系数。
④波纹管内设置10cm厚钢筋网片混凝土防污层，表面刷涂防腐油，防止污水侵蚀。
四、施工方法及施工注意事项
l.波纹钢管结构施工方法
波纹钢管结构的施工工艺流程为：
施工前准备→施工放样→开挖涵管基坑→平整场地→基础分层回填→检测压实度、含水量等→水准测量→平整场地→施工放样→拼装管节→检测密水情况及管底纵坡→检测并补救防腐涂层→管涵就位→两侧分层回填→检测压实度、含水量等→管顶分层回填→检测压实度、含水量等→进出口处理。
1.挖基
（1）沟渠开挖应按设计要求进行，当基底土为淤泥等不良土层时，应补强处理。
（2）挖至标高的土质基坑不得长期暴露，扰动或浸泡，并应及时检査基坑尺寸、高程、基底承载力，符合要求后，应立即进行基础施工。
2.基础砂垫层
（1）结构基础必须有足够强度、稳定性和均匀性。基础为100～160cm厚的砂砾，应采用级配良好的粗砂在基础表面设置一层厚10cm的均匀垫层，其最大粒径为12mm。
（2）基础宜用透水性好，粒度分布良好的砂质土或砂砾或碎石土成形，密实度达到设计要求。材料的最大粒径不得超过波长的1/2或不大于50mm。
（3）与波纹钢板接触部分要铺设厚度7-15cm的粗砂垫层，其最大粒径为12mm。
（4）基础砂墊层的压实度不应小于96%。
3.敷设
（1）钢波纹管涵安装前应检査涵管底部基础平整度、标高，确定涵洞中心线、中间点。
（2）拼装波形钢板时，下游块件的端头必须放在上游块件之下，以防管内流水渗入接缝而将地基土淘空，导致全管涵破坏。
（3）组装涵管时，应在管内放一个可移动的木质工作台，以便于组装作业。
（4）螺栓组装时，可采用松螺栓组装法。即各个螺孔插入螺栓，套上螺母后，稍初拧，不拧紧螺母，待全部块件组裝完毕后，再逐个拧紧螺母。每个螺母的扭力矩不得小于270N.m，最大不得超过410N.m。用机动扳手时，持扳时间应持续2s-3s。
（5）气割波纹管时，要求被气割的边缘无氧化物和毛刺。镀锌保护层遭破坏之处，须采用涂刷防腐涂料。 （6）待整个涵管安装或拼装完成后，用千斤顶校正整道涵管，使其中心在所规定的中心线上。
（7）波纹钢板桥涵高强螺栓紧固前，应在板缝连接处用耐候密封胶或聚乙烯泡抹板密封。
4.回填
（1）回填材料要求
波纹钢板桥涵回填料应优先采用砂类土、砾类土，但在这类材料紧缺地区可采用一般的路基用土即可。当采用土石混填时，石料用量不应超过2/3。在距波纹钢板桥涵売30cm范围内，不得填筑边长尺寸大于8cm的石块、混凝土块、冻土块、高塑性粘土块或其他有書物质（表1）。
（2）回填布料
结构两侧回填应对称施工，分层回填，每层厚度为20cm。
对于有端部挡墙的情况，从两端向结构的中心进行回填；对于没有端部挡墙的情况，从结构的中心向两端进行回填。施工时注意回填料应倾倒在结构两侧1倍直径以外。
（3）波纹管涵回填工艺要求
①波纹管涵回填，应在管两侧对称、均衡的进行。楔形部回填可采用粗砂水密法或采用粒径不大于3cm级配碎石回填，填上必须分层摊铺，逐层压实，每层压实厚度不超过25cm，压实度应达到重型击实标准95%以上，且与该处路基的压实度一致。
②在波纹钢板桥涵顶的最小填土厚度及涵管两侧3/4管径高度范围内的管侧填土，应特别注意夯实。除可使用小型振动夯夯实外，其他位置可采用与一般路基相同的压实机具。
③在填土过程中，特别是跨度较大的结构，要随时观测波纹钢板桥涵壳体的变形是否超过容许值，以便及时改变填土方式。
④在波纹钢板桥涵顶填土未达到所规定的最小厚度时，应禁止一切机动车辆通行。当管顶已填足最小厚度，但仍不能让重型夯锤在其上作业，以免损坏波纹管及临近填土。
（4）压实
①结构近处用机械夯实，管底下方模形部用粗砂水密法或“C15细石砼''振动棒振实或采用粒径不大于3cm级配碎石回填。
②涵洞两侧回填应采用振动压路机压实，压实度不小于96%。
③涵管上方当回填厚度小于50cm时采用手扶振动压路机压实或采用小于6t的静碾压路机压实，压实度不小于96%。当涵管顶填土大于50cm后，方可采用YZ12压路机施工，每层厚度20cm，压实度大于等于96%。
（5）结构形状监测
钢波纹管涵在刚刚组装完毕之后；回填过程中；刚刚施工完毕后都要测量截面的形状。组装完毕后在开始回填前的截面大小不超过设计的±2%，如超出，应重新校正组装。
从回填开始到涵顶填土结束，在各层的密实结束之后马上测量钢波纹管截面大小（测量不同位置三处以上），填土完毕后构造物的最终允许变形范围±5%D（D为直径），如截面变形量超过变形范围时，应立即终止施工査明原因，采取措施将变形量控制在标准范围内。
2.施工注意事项
（1）涵洞在施工前首先校核涵底标高与地形是否合适。
（2）施工前，仔细复核设计图纸中标高、涵长、角度等，发现问题及时反映或修改，将问题消除在施工前。
（3）地基承载力应满足设计要求，否则必须进行其它补强措施。
（4）如受水位升高等浮力影响，致使管上浮，应采取锚固设施防止管在回填中上浮。
（5）预拱度设置。埋设于一般士质地基上的波纹管，经过一段时问后，常会产生一定的下沉，而且往往是管道中部大于两端。因此，铺设于路堤下的波纹管的管身要设置预留拱度。其大小根据地基土可能出現的下沉量，涵底纵坡和填上高度等因素综合考虑，通常可为管长的0.2%～0.6%，以确保管道中部不出现凹现或滑坡，但应注意管涵中心高程应不高于进水口高程。
（6）管底两侧楔形部位处的填筑可采用5种方案①采用粗沙“水密法”振荡器密实。②采级配良好的天然沙砾。人工用木棍从管身外侧向内侧夯实。③采用液态粉煤灰进行填实。
五、结束语
通过钢波纹管涵的设计、施工，既加快了桥涵施工进度，较同类型拱涵施工比较具有工期短、造价低、耐久性好、柔性好、对基础要求较低等优点，又给其路基施工提供了充分的施工时间，大大缩短了工期，从总体工程考虑节约了投资，可不同程度的补偿路基的下沉，是普通涵管无法相比的，在公路新改建工程、路基养护工程中发挥了积极的作用，得到了施工单位和业主单位的一致好评。
参考文献
[1] 《公路涵洞通道用波纹钢管（板）》JT/T791-2010[中华人民共和国交通部].
[2] 《公路涵洞设计规则》JTG/TD65-04-2007，[人民交通出版社交通部].
[3] 《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61-2005，[中华人民共和国交通部].
[4] 《公路桥涵施工技术规范》JTG041-2000，[中华人民共和国交通部].
[5] 李祝龙2007年1月《公路钢波纹管涵洞设计与施工技术》[人民交通出版社].
[6] 蔡枫钢制波纹涵管施工应用技术[J]；内蒙古公路与运输，2007年03期.
[7] 吕栋钢波纹管涵洞在高等级公路中的应用[J]；山西建筑，2008年15期.