伍莉君，劉大華，鄭六齡，杜斌，董文德

（1.四川公路橋梁建設集團有限公司公路二分公司，四川 成都 610200；2.瀘州市交通投資集團有限責任公司，四川 瀘州 646000）

0 引言

鋼制波紋涵管又稱金屬波紋涵管或波紋涵管，常設置于公路、鐵路填方段下面的涵洞處，用于替代圓管涵、混凝土蓋板涵或混凝土拱涵。鋼波紋管涵在山區(qū)公路不同地質(zhì)條件下具有較大優(yōu)勢，如地基承載能力強、平整度要求較低、適應地基變形能力強、安裝方便、工程造價低等[1-2]。不過在施工中常存在基礎底面鋪設碎石土、砂礫石或粗砂墊層質(zhì)量差，涵背回填碎石土、砂礫石等粒徑偏大，未嚴格分層對稱回填等施工質(zhì)量問題，極易造成鋼波紋管因應力集中而發(fā)生變形，從而導致管節(jié)錯位、管壁扭曲內(nèi)陷、拼接螺栓脫落等質(zhì)量缺陷。因此，必須對變形的鋼波紋管采取加固處理措施，以防發(fā)生管壁坍塌等事故。

本文結(jié)合川南山區(qū)的國道546 線納溪至赤水（川黔界）段公路改建工程施工實踐，對鋼波紋管變形段，采取整體式內(nèi)套管的方式進行加固處理，并分析套管加工、安裝、封堵、注漿等施工工藝。

1 施工工藝流程

鋼波紋管變形加固施工工藝流程為：勘測驗算→套管加工→套管安裝→封堵端頭→配制水泥漿→管道注漿→管道檢測。

2 變形加固施工方案

2.1 勘測驗算

對發(fā)生管節(jié)變形的鋼波紋管進行實地勘測，檢測變形段長度、變形處尺寸，以確定需要采取內(nèi)襯套管加固處理的長度，并根據(jù)匯水面積流量校核最小管徑。

根據(jù)涵洞頂上的填土高度、公路-Ⅰ級汽車荷載設計等參數(shù)，按照《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術條件》（GB/T 12777—2019）要求，驗算鋼波紋管極限狀態(tài)承載能力。

（1）材料參數(shù)

波紋管涵材料為Q235鋼材，屈服強度為235MPa，取安全系數(shù)為1.2，鋼材允許應力[σ]=235/1.2=196MPa。本涵洞頂上填土高度為35m，原涵管徑為2m，故選取波形管參數(shù)：波高55mm，波距200mm，圓管直徑1.5m，材料Q235，壁厚4mm，每節(jié)長度小于等于3.1m。

（2）恒載計算

恒載P恒的計算公式為：

式（1）～式（3）中：P1為填土垂直壓力（土壓力）；P2為管涵自重壓力；γ1為填土容重（kN/m）；H為填土高度（m）；ξ為填土內(nèi)摩擦系數(shù)；ψ為填土內(nèi)摩擦角 （°）；γ2為鋼波紋管容重（kN/m3）；t為鋼波紋管涵壁厚（m）。

（3）活載計算

按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2015） 第4.3.1 條和第4.3.2 條規(guī)定，計算采用車輛荷載；當填土厚度大于等于0.5m 時，涵洞不考慮沖擊力。汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成，本鋼波紋管涵宜采用車輛荷載進行計算。

按涵洞填土高度35m 計算，作用在鋼波紋管通道上的荷載分布寬度a=45.49m；作用在鋼波紋管道上的荷載分布長度b=53.19m，車輛荷載為550kN×2=1100kN。因此汽車活載P汽=（2×550）/（a·b）。

（4）荷載組合

按《公路橋涵設計通用規(guī)范》第4.1.6 條進行作用效應組合。承載能力極限狀態(tài)組合Pud=1.2P恒+1.2P汽。

（5）強度驗算

按照《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術條件》（GB/T 12777—2019）規(guī)定，進行強度驗算：

式（4）～式（5）中：p為荷載作用（MPa）；D為波紋管涵內(nèi)徑（mm）；n為材料層數(shù)，取n=1；δ為波紋管厚度（mm）；Lt為波紋管長度（mm）；E為彈性模量（MPa）；k為計算系數(shù)，取k=1；Cwb為有效系數(shù)，取Cwb=1.0；Lc,Dc等為加強套環(huán)的相關參數(shù)；Kr為周向應力系數(shù)，取Kr=1.02；q為波距（mm）；Dm為波紋管平均直徑，Dm=D+h+δ（mm），h為波高（mm）；Acu為單個波紋的金屬橫截面積（mm2），Acu=δ( )0.571q+ 2h。

對承載能力極限狀態(tài)進行驗算：

最終發(fā)現(xiàn)強度驗算滿足要求。

2.2 套管加工

根據(jù)施工現(xiàn)場直徑2m 的拼裝式波紋管變形情況及最大排水量要求，選擇在廠家定制直徑為1.5m 的整裝波紋管作為內(nèi)襯套管，其波高55mm，波距200mm，材料Q235，壁厚4mm，波紋管管節(jié)間采用內(nèi)法蘭連接。

2.3 套管安裝

（1）變形波紋管內(nèi)采用整裝式管節(jié)，并對準波紋管中軸線安裝校核。為保證排水暢通，內(nèi)套管底部與原波紋管疊合平順，不再有錯臺，從而避免積水。

（2）采用楔形塊對稱支墊套管，并加斜撐進行臨時支撐穩(wěn)固；采用高強度螺栓將相鄰管節(jié)內(nèi)法蘭盤連接緊固。

（3）將內(nèi)套管兩端的支撐板片與原涵管管壁進行焊接，使管節(jié)在橫斷面方向支撐牢固以防止后續(xù)施工相鄰內(nèi)套管發(fā)生移動錯位，隨后移除楔形墊塊及臨時斜支撐。

（4）內(nèi)襯套管連接安裝完畢后，在套管壁噴涂瀝青進行防腐處理。

2.4 封堵端頭

（1）內(nèi)襯套管全部安裝完畢后，對套管兩端尾的管口處與變形波紋管壁之間的空隙進行密封。采用端頭鋼板焊接封堵，以便使兩管壁間形成一個密閉的空腔。

（2）對端頭板與管壁處、管底疊合處以及管節(jié)螺栓連接處，使用密封材料進行封堵，防止注漿時出現(xiàn)漏漿。

（3）在密閉管腔安裝上下2根注漿管，下層位置距管底100cm處，上層距管底180cm處。

2.5 配制水泥漿

（1）水泥漿按實驗室確定的配合比1∶1.0～1∶1.2進行配制，水泥漿標號（4cm×4cm×16cm 長方體試塊28d 齡期的強度）不應低于混凝土涵洞墻體標號（一般C25）。

（2）水泥宜采用硅酸鹽或普通水泥，強度等級為P.O 52.5。水泥漿泌水率≤3%，稠度宜控制為14～18s，水灰比為0.40～0.45，摻入適量減水劑時，要求水灰比≥0.35。水泥漿中可通過試驗摻入適量的膨脹劑，防止凝固后出現(xiàn)收縮空隙，要求水泥漿摻入膨脹劑后的自由膨脹＜10%。水泥漿調(diào)制后應經(jīng)常攪動并在45min內(nèi)用完，在壓漿過程中也要不停攪動。

2.6 管道注漿

（1）啟動壓漿泵，調(diào)節(jié)壓漿壓力，通過注漿管將水泥漿液注入兩管間空腔內(nèi)。按波紋管涵洞進出口方向，按照先兩端后中間、先下層后上層的順序進行注漿。注漿施工完成一段后，方可灌注下一孔位。

（2）當注漿壓力≥0.5MPa后，系統(tǒng)按預設程序自動穩(wěn)壓3min。

（3）待第1 次注漿結(jié)束凝固后，進行第2 次注漿。注漿完畢后，要及時清理施工現(xiàn)場。

（4）若管腔內(nèi)連接處有漏漿現(xiàn)象，也可在水泥漿中摻入一定比例的水玻璃，以雙液注漿方式進行防滲漏處理。

2.7 管道檢測

待水泥漿凝固后，可以通過試驗儀器檢測內(nèi)襯套管與原鋼波紋管間的空腔注漿是否達到飽滿密實，常用方法有兩種：一種是采用聲波參數(shù)測試儀，即利用聲波散射掃描的方式，對內(nèi)襯套管兩側(cè)壁及上頂管壁空腔注漿區(qū)域進行超聲波檢測；另一種采用孔道灌漿密實度質(zhì)量檢測儀，以沖擊彈性波為測試媒介，對內(nèi)襯波紋管空腔注漿密實度質(zhì)量及不密實區(qū)域位置進行快速定性和定位檢測。一旦發(fā)現(xiàn)注漿不密實區(qū)域，要利用注漿管進行再次注漿補充密實。

3 質(zhì)量控制措施

為了保證工程整體質(zhì)量，可采取以下幾項質(zhì)量控制措施。

（1）施工中嚴格按照《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）和《公路涵洞通道用波紋鋼管（板）》（JT/T 791—2010）要求組織施工。

（2）端頭板封堵所用密封材料應具有可塑性和不透水性，一般采用聚乙烯泡沫或耐候密封膠。

（3）現(xiàn)場安裝內(nèi)套管，必須對鍍鋅管壁、法蘭盤及螺栓等進行防腐處理，具體可采用噴涂厚度為0.5～1mm 瀝青的方法加以處理。

（4）內(nèi)襯管節(jié)接縫處應采用不透水的彈性材料進行嵌塞以防止漏漿，嵌塞寬度為2～5mm。

（5）安裝內(nèi)套管時，要使縱向軸線與原涵相一致，支墊調(diào)節(jié)平順，并用鋼支撐牢固，防止注漿時發(fā)生位移[3]。

（6）管腔注漿應兩側(cè)對稱進行，注漿速度不宜太快。當漿液從另一端流出時，再持續(xù)穩(wěn)壓3min，保證充盈飽滿。

4 結(jié)語

實踐證明，鋼波紋管涵發(fā)生變形時，采用內(nèi)襯套管加固處理技術可有效解決管節(jié)受力不均發(fā)生擠壓變形所造成的管壁坍塌等質(zhì)量隱患，保證涵洞的使用功能和壽命，具有加工簡單、施工方便、安全性高、工期短、成本低等優(yōu)點，值得推廣應用。