雷巖（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北武漢430000）

鋼波紋管涵在高速公路應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性探討

雷巖（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北武漢430000）

鋼波紋管涵是一種典型性的柔性機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)具有良好的變形適應(yīng)能力，尤其是適用在常年出現(xiàn)凍土、膨脹土和軟土燈不亮的地質(zhì)條件地區(qū)和高填方路段，地震多發(fā)地帶的公路和鐵路以及涵洞和通道也多出現(xiàn)上述管涵。和傳統(tǒng)的圬工或者是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較，鋼波紋管涵的受力性能和施工工期以及使用壽命和養(yǎng)護(hù)成本等等都具有其他結(jié)構(gòu)無可比擬的優(yōu)越性，因此鋼波紋管涵可以作為高速公路工程中傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的替代品。本文主要介紹了高速公路填方路段路基段的鋼波紋管涵和蓋板涵的經(jīng)濟(jì)性分析，并且還總結(jié)了鋼波紋管涵應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

鋼波紋管涵；高速公路；經(jīng)濟(jì)性探討

引言

隨著當(dāng)前我們國家高速公路建設(shè)的進(jìn)程不斷加快，鋼材加工工藝尤其是防腐材料技術(shù)的提高，鋼波紋管涵具有良好的力學(xué)性能并且施工技術(shù)簡單，適應(yīng)能力強(qiáng)，耐久性強(qiáng)等優(yōu)勢正在逐步在國內(nèi)的高速公路建設(shè)中得到重視，尤其是在近幾年鋼材產(chǎn)能過剩價(jià)格低迷的市場環(huán)境下，鋼波紋管涵具有優(yōu)越的性價(jià)比和社會效益正在逐漸的將其推向廣闊的市場空間。

1 鋼波紋管涵的發(fā)展概述

在我們國家高速公路建設(shè)過程中，涵洞是一種最常見的結(jié)構(gòu)也是一種十分重要的結(jié)構(gòu)，涵洞結(jié)構(gòu)一直采用箱涵、蓋板涵、圓管涵、拱涵等幾種型式，涵洞在施工中存在設(shè)計(jì)繁瑣，施工時(shí)間周期長，涵洞的孔徑周期小容易出現(xiàn)沉降和跳車等問題。鋼筋混凝土涵洞在常年出現(xiàn)凍土、膨脹土和軟土燈不亮的地質(zhì)條件地區(qū)和高填方路段，地震多發(fā)地帶的公路和鐵路地帶的運(yùn)營中會出現(xiàn)不同程度的損害還會對涵洞的征途造成破壞，最終會造成路面大面積的塌陷給高速公路的行車帶來很大的不便還會給行車人帶來很大的安全隱患。針對涵洞存在的問題，推廣新型的結(jié)構(gòu)來改善傳統(tǒng)涵洞的不足，因此鋼管波紋管管涵營運(yùn)而生。

2 鋼波紋管涵的經(jīng)濟(jì)性分析

在本研究項(xiàng)目中鋼管波紋管涵φ2.0的鋼管波紋管涵和1.5×1.5蓋板涵和2.0×2.0的蓋板涵作為對比性經(jīng)濟(jì)案例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)學(xué)分析，1.5×1.5的蓋板涵的綜合造價(jià)是3.84元/m，而φ1.5鋼管波紋管涵的綜合造價(jià)是3.72元/m。兩者之間的每延米造價(jià)差異較小，2.0×2.0的蓋板涵的綜合造價(jià)7.89元/m，而φ2.0的鋼管波紋管涵的綜合造價(jià)是5.56元/m，鋼管波紋管涵的綜合造價(jià)明顯小于蓋板涵的綜合造價(jià)，同時(shí)鋼管波紋管涵的跨徑越大效益也就越明顯。鋼管波紋管涵在高速公路的地基承載力上大于等于150kPa，高速公路地基承載力大于等于180kPa或者是200kPa。然而蓋板涵的地基承載力一般都大于250kPa，填土越高要求就越高，所以鋼管波紋管涵和蓋板涵相比較就在很大程度上減小了地基承載力的不足，地基底部的處理費(fèi)用也會出現(xiàn)減小，如表1所示。

表1 不同類別的比較

鋼管波紋管涵主要應(yīng)用在地基承載能力較低的地方，或者是應(yīng)用在路面地基出現(xiàn)沉降和變形的區(qū)域內(nèi)，因?yàn)殇摴懿y管涵的結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，所以在高速公路道路建設(shè)過程中不需要單獨(dú)對涵管基底進(jìn)行再次處理，在軟土路基區(qū)域內(nèi)鋼管波紋管涵還需要對軟土路基進(jìn)行相關(guān)的鋪設(shè)和墊層，具體方法如下：

當(dāng)鋼管波紋管涵應(yīng)用在軟土地基時(shí)就需要對軟土路基進(jìn)行相關(guān)的處理，涵洞路基在處理相同路段上的方法基本一致，然后在涵洞上填鋪一層厚度為30cm左右的優(yōu)質(zhì)沙礫，由于濕陷性的黃土具有一定的特殊性尤其是在陰雨之后，因此在黃土路段進(jìn)行基坑的開挖時(shí)，應(yīng)該路基上回填50cm左右的混凝土片石，然后在混凝土片石上回填高度不少于30cm不高于80cm的一層優(yōu)質(zhì)砂礫作為墊層。在常年出現(xiàn)流水侵蝕的河道，河道內(nèi)的淤泥不能承受荷載力一般在這種河道淤泥的處理中使用拋石的方法，在河道內(nèi)安置厚度超過1.5m并且不高于3m的拋石，將拋石穩(wěn)定之后在進(jìn)行壓實(shí)，在拋石的表面應(yīng)該鋪設(shè)一層厚度不少于30cm優(yōu)質(zhì)砂礫墊層，比如河道的沉積是砂石材料，在砂石鋪設(shè)完成之后進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，壓實(shí)之后就可以直接用于路面和鋼管波紋管涵的鋪設(shè)。

3 鋼波紋管涵應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

首先是鋼波紋管涵的綜合造價(jià)降低，金屬波紋管涵當(dāng)跨徑≥2m時(shí)，跨徑越大產(chǎn)生的效益也就越明顯，金屬波紋管涵不需要現(xiàn)場進(jìn)行大型機(jī)械的安裝，只需要少量的手工安裝操作就可以完成，并且金屬波紋管涵的安裝費(fèi)用低。金屬波紋管涵的施工工期較短，從施工工期來看一般的鋼管波紋管涵洞的施工工期是1～5d，和鋼筋混凝土蓋板涵相比之下，金屬波紋管涵的施工工期可以節(jié)省1個(gè)多月的時(shí)間社會效益明顯，特別是一些高寒地區(qū)例如西藏和新疆等地，一年內(nèi)的工程施工時(shí)間僅有5～6個(gè)月，在這些地區(qū)應(yīng)用鋼管波紋管涵就具有一定的優(yōu)勢，還可以縮短施工工期。隨著當(dāng)前我們國家涵管在交通市場上的推廣和流行，在具體施工中的應(yīng)用，對于鋼管波紋管涵的波形和壁厚的優(yōu)化和深入研究已經(jīng)逐漸加快步伐，初步預(yù)測在優(yōu)化后的波形和壁厚就可以采用薄層結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋼筋安裝或填土，鋼管波紋管涵在寒冷的冬季或者是凍土地區(qū)壁厚就會出現(xiàn)減弱甚至涵管的波形會發(fā)生減小變化，這都會造成鋼筋結(jié)構(gòu)使用量的下降，金屬波紋涵管在很大一部分上是不需要進(jìn)行維護(hù)的，金屬波紋管涵明顯降低之后就會降低后期的運(yùn)營和維護(hù)成本，最終來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。件數(shù)波紋涵管屬于一種節(jié)能型材料，具有環(huán)保低碳的特點(diǎn)，金屬波紋涵管減少或者是基本舍棄了常規(guī)建筑材料的使用，比如在金屬波紋涵管上基本不會使用水泥、黃沙以及石子和木材的使用，金屬波紋涵管有利于環(huán)境保護(hù)還會降低碳排放量，最終實(shí)現(xiàn)其節(jié)能環(huán)保的社會效益。金屬波紋涵管不僅降低了砂石材料和水泥的使用量，還在保護(hù)環(huán)境方面起到了很大的作用，在進(jìn)行工程搶險(xiǎn)和保通中使用鋼管波紋管涵體現(xiàn)了明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益，另外，鋼管波紋管涵在市場上的廣泛推廣和使用帶動了我們國家的鋼材加工和制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還會對薄殼鋼結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用擴(kuò)寬了新的方向，金屬波紋涵管在出廠之前會過熱浸鍍鋅處理，可以在很大程度上延長金屬波紋涵管的使用壽命。

4 鋼波紋管涵的優(yōu)點(diǎn)

鋼管波紋管涵的強(qiáng)度是水泥管的1.5～3倍，金屬波紋管涵的重量和水泥管和其他管涵相比較輕，僅僅是同種規(guī)格型號水泥管的1/15～1/5，金屬波紋管涵的使用壽命是普通水泥管使用壽命的10倍以上，波紋管涵的結(jié)構(gòu)受力情況合理，荷載分布均勻并且具有很強(qiáng)的抗變形能力可以在沉降嚴(yán)重的場合使用，金屬波紋管涵有利于改善施工地現(xiàn)場的土地地基結(jié)構(gòu)和路堤的錯(cuò)臺現(xiàn)象，從而提高路面行車的舒適度。鋼波紋管涵具有良好的力學(xué)性能并且施工技術(shù)簡單，適應(yīng)能力強(qiáng)，耐久性強(qiáng)等優(yōu)勢正在逐步的在國內(nèi)高速公路建設(shè)中得到重視，鋼波紋管涵是一種波形鋼板通過特殊的工藝加工之后形成的柔性結(jié)構(gòu)，在垂直型的荷載作用下鋼波紋管斷面會出現(xiàn)輕微的變化，通過和管涵周圍的土體之間的相互作用，將荷載逐漸轉(zhuǎn)移給周圍土體，荷載作用力主要由周圍土體承擔(dān)，所以鋼波紋管涵不用經(jīng)過特殊的處理就會降低涵管底部的壓力，鋼波紋管涵的施工過程簡單并且結(jié)構(gòu)綜合成本造價(jià)低，使其近年來在市場上暢銷。

5 結(jié)論

鋼波紋管涵的大量使用可以加快公路施工項(xiàng)目的工程進(jìn)度，在路基完工之后高填土路段都沒有產(chǎn)生沉降路基穩(wěn)定提高了行車安全和舒適度，涵洞并沒有發(fā)生變形現(xiàn)象，很好的適應(yīng)了地質(zhì)條件，排水順暢，金屬波紋管涵結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分有效的解決了在填方路基上及地基承載力較低路段修筑長涵洞引起不均勻沉降的問題，和鋼筋混凝土相比之下不論是在施工工期還是在施工難度以及施工質(zhì)量和后續(xù)的工程維護(hù)和環(huán)境保護(hù)上，鋼波紋管涵結(jié)構(gòu)都具有絕對的優(yōu)越性，因此鋼波紋管涵的推廣在黃土和凍土地區(qū)的高速公路建設(shè)應(yīng)用上具有著廣闊的前景。

［1］余順新，盧傲.波紋鋼埋置式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工手冊［M］.人民交通出版社股份有限公司，2014，12.

［2］《公路涵洞通道用波紋管（板）》（JT/T791-2010）［S］.北京：人民交通出版社，2011，3.

［3］李祝龍，謝曉如，楊志峰.公路鋼波紋管涵洞的連接與拼裝施工控制技術(shù)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，06：87～89+92.

U449.83

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2095-2066（2016）30-0170-02

2016-10-12

雷巖（1979-），男，經(jīng)濟(jì)師，大學(xué)本科，主要從事高速公路項(xiàng)目管理工作。