呂 佳

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

波紋管涵是將一定厚度的薄鋼板板面壓成波紋后，制成管節(jié)或板片，修建成的涵洞稱為波紋管涵或板通道，可分為整裝波紋涵管、拼裝波紋管及鍍鋅螺紋鋼管涵等三種類型。將其應(yīng)用于高速公路施工，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境破壞小，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)襯砌結(jié)構(gòu)的初襯、二襯以及支護(hù)，工程量小，能顯著節(jié)省工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)了與路基的同步沉降，提高了行車舒適性，還具有一定的抗震能力。

波紋管涵適用范圍廣、適應(yīng)變形能力和耐久性強(qiáng)、施工工期短，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，特別適用于新建或改擴(kuò)建各等級(jí)公路，鋼波紋管涵適用于地基承載力較低，或有較大沉降與變形的路基，還將其作為舊危橋加固修復(fù)方式使用。波紋管涵具有成本低的顯著優(yōu)勢(shì)，耐久性能也十分顯著，最高的可達(dá)到100年以上。

波紋管涵是一種在國(guó)外非常成熟的技術(shù)，施工標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范齊全，其壽命均超過(guò)了設(shè)計(jì)壽命，應(yīng)用十分廣泛。2010年，《公路涵洞通道用波紋鋼管(板)》技術(shù)規(guī)范發(fā)布，極大的推廣了波紋鋼板技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，為其應(yīng)用提供了有利條件。我省(山西)在吉河高速、呂環(huán)高速、陽(yáng)左高速、保德運(yùn)煤專線、長(zhǎng)治贏仗嶺隧道明洞等施工中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好效果。

1 原理

鋼波紋鋼管涵洞的受力原理薄殼原理。金屬波紋涵管跟周邊的土體和環(huán)壓弓一起受壓時(shí)，保持更穩(wěn)定狀態(tài)。其關(guān)鍵在于管土共同受力，管體與周圍的回填土，缺一不可。

在載荷作用下，管片襯砌受壓就要產(chǎn)生變形現(xiàn)象。在土體抵抗力的影響下，周圍的土體產(chǎn)生對(duì)板片的均勻反推力，形成了板片與周圍土體相互作用的效果，阻止波紋管體變形的發(fā)生。研究表明，在周圍土體的反推力作用下，可將管體拱圈上部垂直向下的動(dòng)載荷及靜載荷進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，形成了拱塊間的相互作用力，產(chǎn)生管土效應(yīng)。

波紋管涵適用于軟土、膨脹土地、濕陷性土地等地基承載力較低地區(qū)。在施工中，地基基礎(chǔ)與路基同步處理，承載力達(dá)到100 kPa～150 kPa以上即可，不需要進(jìn)行特殊處理。造價(jià)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)涵洞節(jié)省10%～40%，在高填方涵洞或軟土段更多。波紋管涵的承載能力是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1倍～3倍。通過(guò)開(kāi)展工廠化的波紋管集中生產(chǎn)，可使得工程成本有效降低，有利于進(jìn)行質(zhì)量控制，施工周期比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)涵洞縮短70%以上。

2 施工要點(diǎn)

波紋管涵的顯著特性在于能夠適應(yīng)較大的沉降與變形。從波紋管涵的工作原理可以看出，為保證形成管涵與周圍土體共同受力和共同作用的效果，采取有效措施確保管涵楔形部位及兩側(cè)土體回填的密實(shí)度非常關(guān)鍵。在管涵施工中，須嚴(yán)格進(jìn)行波紋管涵兩側(cè)及楔形部的回填控制，保證回填密實(shí)度是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

施工流程：施工放樣→基坑開(kāi)挖→基礎(chǔ)回填→管節(jié)拼裝→涵管就位→兩側(cè)分層回填→管頂分層回填→進(jìn)出口處理。

2.1 基坑施工

管涵基礎(chǔ)須具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和均勻性?；A(chǔ)一定是軟基礎(chǔ)，不能是硬基礎(chǔ)，更不能是水泥或巖石。

在基坑開(kāi)挖寬度上，應(yīng)以兩倍于鋼波紋管涵的寬度為宜。當(dāng)施工場(chǎng)地狹小時(shí)，至少應(yīng)確保跨徑以外1.5 m以上的作業(yè)空間，以便于涵節(jié)組裝及管涵周圍回填密實(shí)。

當(dāng)土質(zhì)基坑挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)采取措施減少對(duì)其的暴露、擾動(dòng)或浸泡。對(duì)施工完畢的基坑尺寸、高程、承載力等性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)基底承載力不達(dá)標(biāo)時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處治。

基礎(chǔ)厚度從管涵底部算起30 cm～80 cm為宜，確保對(duì)整個(gè)管涵的承載力均勻。

在基層底部設(shè)置20 cm～30 cm厚的砂礫墊層或砂墊層或級(jí)配碎石墊層，進(jìn)行壓實(shí)成形，以盡量減少整道涵洞的沉降量。墊層顆粒最大粒徑控制在12 mm。

管涵地基須嚴(yán)格夯實(shí)，不得低于重型擊實(shí)密度的96%。

鋪設(shè)于路堤下的波紋管管身要設(shè)置預(yù)留拱度，確保管道中部不出現(xiàn)凹陷或滑坡。根據(jù)地基土可能出現(xiàn)的下沉量，綜合考慮涵底縱坡和填土高度等因素后，合理確定拱度預(yù)留的大小。在我國(guó)，施工中一般預(yù)留拱度大小為管長(zhǎng)的0.3%～1%，控制在2%以內(nèi)。

進(jìn)行的基坑施工結(jié)束后，進(jìn)行涵管底部基礎(chǔ)平整度、標(biāo)高及基礎(chǔ)預(yù)拱度設(shè)置質(zhì)量的檢查并進(jìn)行復(fù)核，以保證各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 楔形部回填施工

鋼波紋管涵楔形部的回填密實(shí)度是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵之一。

先進(jìn)行管涵的安裝。為確保管涵受力均勻，安裝作業(yè)結(jié)束的管身應(yīng)與柔性墊層相貼緊密，基礎(chǔ)頂面坡度符合設(shè)計(jì)要求。

在我國(guó)，為確保楔形部位填筑密實(shí)，管底兩側(cè)填筑施工采用以下幾種方法較為常見(jiàn)：

1)采用粗沙水密法振蕩器振蕩密實(shí)，見(jiàn)圖1。

2)采用級(jí)配良好的天然砂礫，要求其含水量比最佳含水量大2%左右，在管身外采用人工用木棒緊貼管身向內(nèi)側(cè)進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)的方法，見(jiàn)圖2。要求使用的木棒截面為15 cm×15 cm，單次夯擊的沖擊力不小于9 kg，每個(gè)凹槽部位須夯實(shí)。

3)采用C15細(xì)石混凝土填筑后使用振動(dòng)棒振搗密實(shí)，見(jiàn)圖3。

2.3 管體兩側(cè)回填施工

填筑材料采用級(jí)配良好的天然砂礫或級(jí)配碎石，每側(cè)填筑寬度不小于1 m。要求管體周圍回填材料一致或密實(shí)度相同。

在進(jìn)行填筑前，在管節(jié)兩側(cè)用紅油漆標(biāo)注分層控制線，見(jiàn)圖4，分層厚度按20 cm/層進(jìn)行控制。

在涵管兩側(cè)同步對(duì)稱進(jìn)行，兩側(cè)的回填土高差不得大于30 cm。

合理選擇施工順序，可縱向從涵洞中心至兩側(cè)，也可從兩側(cè)至中心。

分層進(jìn)行填筑，按20 cm/層進(jìn)行壓實(shí)后層厚控制，堅(jiān)決禁止一次性回填到標(biāo)高后進(jìn)行碾壓。分層壓實(shí)，壓實(shí)度須不低于95%。每層碾壓完畢，進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)達(dá)標(biāo)后，方可進(jìn)行下層填筑作業(yè)。

為避免壓路機(jī)等設(shè)備對(duì)管涵的撞擊，使用22 t壓路機(jī)碾壓管身直徑兩側(cè)50 cm外范圍(見(jiàn)圖5)，小型夯機(jī)對(duì)50 cm內(nèi)范圍進(jìn)行夯實(shí)(見(jiàn)圖6)。

沒(méi)有一朵花會(huì)因?yàn)榧竟?jié)和環(huán)境而改變自己，它努力地綻放，只為遇見(jiàn)那個(gè)懂它、欣賞它的人。此時(shí)，我們站著，不說(shuō)話，就十分美好。只有懂得，才能心領(lǐng)神會(huì)，無(wú)言才是最好的表達(dá)。

在涵洞兩側(cè)回填過(guò)程中，設(shè)專人進(jìn)行分層厚度和密實(shí)度檢查?？墒褂霉嗌胺ㄟM(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，依據(jù)抽點(diǎn)檢查的方式進(jìn)行，須嚴(yán)格控制檢測(cè)頻率，不得隨意減少抽查點(diǎn)位。抽查的每點(diǎn)都合格后，方可回填下一層。

2.4 頂部回填施工

當(dāng)管頂?shù)奶钔梁穸炔蛔?0 cm時(shí)，為保證施工安全，進(jìn)行填土碾壓作業(yè)時(shí)應(yīng)禁止使用大于6 t的壓路機(jī)，還須禁止通行施工機(jī)械。只有當(dāng)填土厚度不小于每種管徑要求的最小填土厚度后，可允許在填土碾壓作業(yè)中使用振動(dòng)壓路機(jī)，允許通行施工機(jī)械。

強(qiáng)夯機(jī)械應(yīng)禁止在管體兩側(cè)及頂部10 m范圍內(nèi)的使用。

2.5 變形控制

在施工過(guò)程中，波紋鋼板出現(xiàn)變形是波紋涵洞的優(yōu)勢(shì)所在，須重視進(jìn)行變形控制，建立波紋管涵變形并不等于出現(xiàn)安全隱患

或質(zhì)量事故的觀念。

從波紋管涵的原理可以看出，當(dāng)出現(xiàn)管體周圍土體的反作用力不足或不均勻的情況時(shí)，在管體與土體的作用下，兩者就會(huì)開(kāi)始產(chǎn)生協(xié)同變形。施工中出現(xiàn)一定程度的協(xié)同變形是允許的，但一定要控制在允許范圍內(nèi)。

在我國(guó)波紋管涵施工中，從回填作業(yè)開(kāi)始到涵頂填土作業(yè)結(jié)束，要求的最終截面尺寸與組裝時(shí)尺寸的差異須控制在2%以內(nèi)。

在施工過(guò)程中，設(shè)置專人進(jìn)行變形量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)出現(xiàn)變形量超標(biāo)時(shí)應(yīng)做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)停工，以便采取有效措施將管體變形量控制在要求范圍內(nèi)。

3 常見(jiàn)問(wèn)題

在波紋管涵施工中，回填土施工是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。通過(guò)進(jìn)行分層對(duì)稱回填，確保管體呈規(guī)則變形狀態(tài)，回填結(jié)束則基本恢復(fù)原狀態(tài)。否則，容易導(dǎo)致管體出現(xiàn)不規(guī)則變形，造成工程事故，嚴(yán)重的可能會(huì)垮掉。

結(jié)合本人的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)施工中常見(jiàn)由于回填控制不好導(dǎo)致管體出現(xiàn)變形的情形進(jìn)行了總結(jié)。常見(jiàn)的問(wèn)題有：

1)兩側(cè)填土密實(shí)度不足或存在楔形部中空現(xiàn)象或局部有大石塊直接作用于管體時(shí)，表現(xiàn)為管體局部較大變形或出現(xiàn)明顯的局部凸起現(xiàn)象，見(jiàn)圖7。

2)楔形部回填不密實(shí)，導(dǎo)致管體底部變平。

3)臺(tái)背回填兩側(cè)沒(méi)有壓實(shí)，一次性回填完畢，壓實(shí)度達(dá)不到要求。

4)兩側(cè)不對(duì)稱回填，局部應(yīng)力集中，造成板縫開(kāi)裂(見(jiàn)圖8)，嚴(yán)重的導(dǎo)致塌垮。

5)兩側(cè)填土不密實(shí)，導(dǎo)致變形超過(guò)控制范圍。

6)管體50 cm內(nèi)兩側(cè)回填土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，應(yīng)填沙性材料，施工時(shí)填筑了黃土、膨脹土等材料，遇水變軟，無(wú)承載能力，導(dǎo)致管體橫向變形過(guò)大。

7)基礎(chǔ)處理標(biāo)高不一致，出現(xiàn)較大的沉降差，連接處回填時(shí)處治不當(dāng)，導(dǎo)致涵洞斷裂。

[1] 朱北方.鋼波紋管涵施工工藝研究[J].工程技術(shù)(引文版)，2016(6):23.

[2] 池坤敏.鋼波紋管涵在南方山區(qū)高速公路中的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn)，2012(4):76.