周 挺 李靜靜/ 安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司

波紋管涵在公路橋涵加固中的應用及效益分析

周 挺 李靜靜/ 安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司

本文闡述了波紋鋼管（板）涵洞在公路舊橋涵的加固、施工的方法以及波紋管涵洞在公路建設及舊橋涵加固中的使用優(yōu)勢，對波紋鋼管（板）涵洞在公路小橋涵工程中的經(jīng)濟效益和社會效益進行了分析。

波紋管涵洞；橋涵加固；效益分析

引言

波紋管最早誕生于英國(1784年)，隨著波紋管技術的不斷發(fā)展以及在世界各地的安裝使用，證明波紋管在各種使用情況下的通用性，而且其使用壽命已超過了設計壽命，目前在美國、加拿大等西方國家，波紋管涵已被廣泛應用于公路工程[1]；我國波紋管涵最早應用于20世紀40年代滇緬公路的修建中，改革開放之后，深圳等城市曾經(jīng)進口波紋管涵來進行煤礦的修建，直到上個世紀90年代，波紋管涵才逐漸在各類公路建設工程中被廣泛使用；探討在公路橋涵加固中波紋管涵洞的使用對提高公路的改建質量具有重要的意義。

一、公路舊橋涵的加固方法

涵洞是公路工程中的重要組成部分，據(jù)相關資料顯示：小橋涵工程數(shù)量約占橋涵總數(shù)的70%～80%，小橋涵工程造價可以占到橋涵總額的50%以上。小橋涵中，涵洞又占絕大多數(shù)，在盛產石料的地區(qū)，石料涵的造價及養(yǎng)護費用較低，又節(jié)省鋼材和水泥，經(jīng)久耐用，石拱涵是首選的涵洞類型，石拱涵的比例約占40%，其至更多。從橋梁技術狀況分析，由于河床屢遭洪水沖刷，河床底部加深，橋梁墩臺基礎外露、沖空，產生不均勻沉降，導致橋臺、拱圈產生附加應力而出現(xiàn)開裂，有的甚至出現(xiàn)開合現(xiàn)象；有的橋梁由于橋臺較高，受行車及臺后土壓力的作用，橋臺出現(xiàn)開裂、凸肚等病害；橋面混凝土鋪裝層由于時間長加之重車作用，導致鋪裝層出現(xiàn)開裂、剝落等病害。

目前公路橋涵承受的負荷有三個特點：1、交通量不斷增大；2、重型車輛增加及超載現(xiàn)象嚴重；3、超限運輸?shù)某霈F(xiàn)和增加。按現(xiàn)在橋梁和運輸狀況，橋梁的承載能力和通過的車輛荷載是公路與運輸?shù)拿苤弧?/p>

根據(jù)多年對承載超限運輸橋涵的加固實踐，簡單介紹公路舊橋涵的加固方法。

當舊橋涵填土較高時，如果采用拆除重建的方案，工程量較大，由于結構物板頂填土較高，修建施工便道和材料運輸有一定難度，在此種條件限制下，只能是對舊涵進行加固處理。對于舊橋涵加固通常的做法是：

（一）在不破壞原有橋涵的基礎上，適當縮小小橋涵的跨徑，在其中修建一座構造形式相近的結構，石拱涵拱圈增設套拱加固法在原主拱圈腹面下增設一層新拱圈，即緊貼原拱圈底面上，澆注或錨噴混凝土新拱圈下部結構擴大基礎加固，此方法實際上是新修了一座石拱涵，而且施工工期長，施工難度大、工程量大、危險性高。

（二）與目前廣泛應用的鋼筋混凝土及圬工橋涵相比，鋼波紋管涵具有重量輕、施工簡單、工期短等優(yōu)點，在原有橋涵內放置一道或幾道鋼波紋管涵，原有涵洞與波紋管底部及兩側的空隙可填充砂礫、碎石土、片石砼等材料，鋼波紋管涵頂部可用高壓泵送膨脹水泥砂漿或砌筑片石膨脹砼。該方案在實際應用中取得了很好的效果。

二、波紋管施工方法

（一） 準備相關材料、人員及設備進場，并作好施工期間的安全防護工作，對路基邊坡進行圍網(wǎng)防護，防止石塊等物體下滑傷人。

1.基礎處理，可采用砂礫回填或砌筑片石砼，對基底進行平整，換填30～50cm厚的砂礫材料，密實度達到90%以上，選擇適當?shù)牧魉v坡3%左右，定出每道涵的中線和邊線。

2.安裝波紋管時，采用分段施工的方法，預先在原涵洞底部設置兩根角鋼，角鋼長度與涵長相同，做為涵管推進時的滑軌；波紋管管徑根據(jù)工程需要可有不同的規(guī)格，整裝管管徑為0.5m～2.5m， 單管節(jié)長度3 米左右，采用內(外)法蘭螺栓連接；拼裝管管徑為3m～8m，每個圓周方向有4～15 塊板組成，板間搭接采用高強螺栓緊固。

3.如果涵長小于30m，波紋管兩側與原涵寬度大于80cm，可將整道涵管在下游或上游向一端推進，就位以后，再進行一端擋墻的砌筑，四周的回填工作，可回填沙礫、碎石土，砌筑片石等，頂部采用漿砌片石或高壓

泵送膨脹水泥沙漿。

4.如果涵長大于30m，波紋管兩側與原涵寬度小于80cm，可將3m～6m長涵管在下游或上游向一端推進，就位以后，可以將其固定，砌筑頂端的片石端墻，波紋管的另一端與涵洞間的間距用沙袋或漿砌片石擋住，寬度50cm，然后開始回填。兩側可用粗沙水密法密實或澆注混凝土震動棒搗實；頂部采用高壓泵送膨脹水泥沙漿。該節(jié)管四周填筑完畢以后，將第二節(jié)管運至，進行兩管的連接，波紋管的連接方式為內法蘭螺栓連接，工人可在管內連接；連接完畢后，以上述相同的方法進行回填，依此順序，完成整道涵管的修建工作。

三、波紋管涵洞的效益分析

（一） 經(jīng)濟效益

1.工程造價

波紋鋼管(板)涵洞結構重量輕，對地基要求承載力低，整體材料較為節(jié)約， 相對我們傳統(tǒng)的鋼筋混凝土圓管涵、蓋板涵、箱涵及拱涵等具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢，以下是安徽省溧廣高速的波紋鋼管(板)涵洞與傳統(tǒng)鋼筋混凝土涵洞的經(jīng)濟性比較：

圓管涵與鋼波紋管涵造價比較

蓋板涵與鋼波紋管涵造價比較

箱涵與鋼波紋管涵造價比較

另根據(jù)廣東省平興高速公路鋼筋砼拱涵與波紋鋼管涵洞的經(jīng)濟比較，1-5×4.5m的鋼筋砼拱涵與孔徑相當?shù)牟y鋼管涵洞相比，后者節(jié)省造價超過35%。

從以上對比分析可以看出，波紋鋼管（板）涵洞，相比鋼筋混凝土涵洞，在滿足通行凈空、過水斷面的前提下，雖然各個項目因地質條件、對比前后的孔徑差別等因素導致造價比有一定的離散性，但綜合考慮，波紋鋼管（板）涵洞應該可以節(jié)約10～40%，其具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。

2.施工工期

一般情況下，使用波紋管涵進行施工，工期一般在三五天左右，與鋼筋混凝土涵洞相比節(jié)省了一個多月的工期。在含有凍土層的地區(qū)進行公路的修建和改建時，工期的縮短不僅可以降低工程造價，相對來說還可以延長施工季節(jié)，加快工程進度[2]。

(二 ) 社會效益

波紋管涵的使用減少了石灰、水泥、砂、石等材料的消耗量，對環(huán)境保護具有積極的意義；同時使用波紋管涵進行公路涵洞的改建還可以縮短工期，加快公路改建的步伐，在公路的搶修、搶險、保通工程中具有顯著的社會效益。

四、結語

波紋管涵洞以鋼波紋管和土做為建筑材料，通過土與結構的相互作用將上部荷載分散到兩側的土體上，大大提高了涵洞的自身承載力；同時，波紋管涵洞解決了雨、雪等氣候環(huán)境影響工程質量和施工進度的問題，而且可以更好地適應地基變形，減少不均勻沉降，調節(jié)路基與剛性涵洞的變形差[3]；因此，和常規(guī)的鋼筋混凝土涵洞相比，在公路改建工程中采用波紋管涵洞，具有施工速度快，不需要養(yǎng)生，不受氣溫影響的優(yōu)勢。鋼波紋管涵以其性能穩(wěn)定、安裝方便、有利環(huán)保、造價低等優(yōu)點在公路改建中可代替鋼筋混凝土涵洞，其發(fā)展前景非常廣闊[4]。

[1]王艷麗，趙衛(wèi)國.鋼波紋管結構在河北省公路橋涵中的應用[J].公路，2028,(5):63-67.

[2]何宇鑫.鋼波紋管涵洞在高速公路建設中的應用[J].甘肅科技縱橫,2010,(5):149-150.

[3]郭新春，梁養(yǎng)輝，胡濱，李祝龍.鋼波紋管涵洞在公路涵洞工程中的應用研究[J].公路交通科技,2013,(4):133-136.

[4]金繼偉.高速公路鋼波紋管涵洞的研究及應用[J].河南科學,2012,(5):630-634.