波纹钢管在公路建设中的应用
时间：2020-12-10 08:07:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010)
摘 要：文章指出：波纹钢管涵洞与钢筋混凝土和圬工砌 体涵洞相比，具有结构轻便、设计简单、施工方便、工期短等特点，并以波纹钢管涵在内蒙 古地区的推广应用的实例进行了论证。
关键词：公路；
波纹钢管；
截面；
简单；
工期短
中图分类号：U449.83 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)03—0262—02
随着公路建设事业的发展、国民经济实力的提高，一些新型结构、新工艺、新材料，正层出 不穷地应用到公路建设中。其中，波纹钢管作为一种新型的结构物，越来越广泛被人们认识 和使用，在公路建设中发挥着重要的作用。
涵洞是公路工程中的重要组成部分之一，几十年来一直是钢筋混凝土结构或圬工结构。钢筋 混凝土涵洞和圬工砌体涵洞的缺点是设计、施工较繁琐，施工工期较长。另外，混凝土管涵 也有不少缺陷，如多管节组合体，管节间不存在强度连接；
在寒冷地区，单节的冻起或下沉 导致整座涵洞的破坏。根据对内蒙古各级公路混凝土圆管涵的调查和了解，多数在使用3个 月到2年后即出现程度不同的各种病害，有的甚至还没有使用就出现管节裂缝等病害，因此 从设计、施工及养护进行预防与治理，采取多种措施，其中采取波纹钢管涵就是较为有效的 措施之一，能减少上述大部分病害。波纹钢管涵洞是一种柔性结构物，不但具有一定的强度 和抗震能力，而且能适应各种复杂地形的沉降、变形和不同的路基填土高度，与钢筋混凝土 和圬工砌体涵洞相比，具有结构轻便、设计简单、施工方便、工期短等特点。采用波纹钢管 作为涵洞的主要结构材料，来代替原来的钢筋混凝土和圬工砌体涵洞，以此来解决中国在涵 洞建设中存在的工序繁杂、工期长、病害多等缺点，具有十分重要的意义。
1 波纹钢管在国内外的应用现状
在国外，波纹钢管涵技术在具体的工程建设中已有较长的应用历史。波纹钢管是由波形钢板 制作而成。在美国、加拿大、北欧等分布有多年冻土及沙漠的国家，波纹钢管涵洞已被广泛 应用于公路工程，并制定出相应的设计、制造及施工安装手册，积累了较为成熟的修建经验 ，特别是在岛状多年冻土地区及高寒地区的工程中，应用波纹钢管涵洞更显其优越性。
由于波纹钢管的适应性和优越性，发展到现在其不仅仅应用于涵洞，还可以广泛的应用水利 治理、小跨度桥梁等许多方面。在韩国，波纹钢管被广泛应用于涵洞、隧道、小桥涵的建设 中，建成的工程实例已有2 000多例。
中国波纹钢管涵洞的应用，首次出现在50年代修建青藏公路不冻泉段时的抢修工程中，到70 年代开挖时发现其使用状况良好。但是由于历史背景和其他原因，未能广泛应用。中国使用 金属波纹管涵是从2001年以后，通过近几年的市场开发，已在河北、内蒙古、青海、宁夏、 新疆、西藏等省市区的公路建设中得到广泛应用。
2 波纹钢管的结构及特性
波纹钢管是一种挠性、薄壁、有横向波纹的管壳零件。它既有弹性特性又有密封特性，在外 力及力矩作用下能产生轴向、角向、侧向、及其组合位移，密封性能好。可适用于内蒙古岛 状多年冻土地区，还可适用于内蒙古沙漠无砂石材料的地方。
波纹钢管的性能取决于它的结构，不同的结构有不同的性能，而不同的结构反映在波型上， 波型是指轴向剖开后的波纹型式和形状。波纹钢管的波型基本上有U型、C型、Ω型和S型， 为了提高承压能力和降低刚度，又可以做成多层波纹钢管和有加强环的波纹钢管。
波纹钢管按其用途不同，表现出的力学性能也不相同。用于管道连接时，可只考虑波纹钢管 的轴向受压，而作为涵洞，则主要考虑环向受压作用。波纹钢管作为涵洞，其基本的截面型 式有圆形、椭圆形和拱形(见图1)。进出口也可按照边坡比例做成斜口，孔径从几十厘米 到十几米大小不等，小孔径涵管为整体式，大孔径涵管为多片拼装式，有螺栓联接、铆接、 焊接或卷边接缝等几种联接方式。管壁厚度为3～7mm，能够满足填土0.5～40m厚的需要。试 验表明，对于回填土高度为35m的土压力，波纹钢管只承担60％而相邻的土体承担40％。这 些试验第一次表明，具有柔性的波纹钢管和周围土体组合起来可以作为一个复合结构承受土压力。 
波纹钢管涵的材料大都为Q235钢材，为了防止腐蚀，波纹管的外表涂一层沥青或无机富锌漆 材料，管节之间通过法兰盘联结，而且中间夹一层密封性胶垫。波纹管的波纹形式有环形和 螺旋形两种形式。波纹钢管涵的基础一般采用级配良好的天然砂砾，深度一般为0.6m～0.8m ，涵身直接放于垫层上。
在多年冻土地区的涵洞工程中，在冻土融化时，若发生融沉现象，在涵洞的进出口处会产生 比路中相对较大的沉降变形；
同样当融土冻结时若发生冻胀，则涵洞的进出口处的冻胀翘起 变形也比路中大。这样，在涵洞的两端，相应地产生一定的变形(位移)，同时在涵身产生一 定的拉、压应力。从此意义上讲，在多年冻土地区应用波纹钢管涵，发挥其优良的变形能力 和钢材抗拉性能及抗疲劳性能较好的特点，对预防或彻底解决涵洞因融沉和冻胀而导致破坏 较为有效。
波纹钢管涵具有自重轻，施工简单，对地基扰动小的优点。从波纹钢管涵试验施工情况看， 如果人工、机械、材料、涵管和接头环及联接螺栓都准备好，3～5天就可以施工1道波纹钢 管涵洞，最长仅需5～7天。原有钢筋混凝土盖板涵一般需要近2个月才能施工1道。如果考虑 使用性能和耐久性及养护费用，在相同的使用年限内进行全面的经济分析比较，则波纹钢管 涵洞因其明显的耐冻性能和变性能力，几乎不需要养护，更显得经济合理。国外试验表明， 用沥青涂覆的波纹钢管涵洞的使用寿命至少在50年以上。
波纹钢管涵洞与钢筋混凝土涵洞相比，存在着以下几个方面的优势：①适应地基变形能力强 ，对地基承载能力、平整度要求较低，工程实际造价比同类跨径的桥、涵洞相近或较低；
② 施工工期短是最明显的优势，土建工程与管节安装可分开实施，然后进行整体拼装；
③进行 工厂集中化生产，生产不受环境影响，有利降低成本、控制质量；
④现场安装方便，不需使 用大型设备；
⑤解决北方寒冷地区(霜冻)对桥梁和管涵砼结构的破坏问题；
⑥减少或根本 舍弃了常规建材，如水泥、黄砂、石子、木材的使用，环保意义深远；
⑦结构受力情况合理 ，荷载分布均匀，并有一定的抗变形能力；
⑧采用标准化设计，生产、设计简单，生产周期 短；
⑨有利于改善软土地基结构物与路堤交界处的“错台”现象，提高行车的舒适度与安全 性，减少工后营运、养护成本。
波纹钢管作为一种新型的公路构造物，其优势是显而易见的，但在使用中也存在一些问题亟 待解决。比如波纹钢管到目前为止还没有设计及施工规范或指导性条文，波纹钢管的耐腐蚀 性及使用寿命也只是参照国外相关资料推测，这些问题都需要我们在今后的使用中逐步解决 。
综上所述，波纹钢管涵尤为适用于内蒙古公路建设。内蒙古地处中国北部边疆，地域呈狭长 形地带分布。既有西北地区的自然地理特征，又有东北寒冷的气候。沙漠、黄土、岛状多年 冻土从西到东分布在内蒙古。其中大部分地区为沙漠和草原区，这些地区干旱少雨，缺水及 砂(砂砾)、石材料，因此，采用波纹钢管涵可降低工程造价，减少劳动力，提高施工质量 ，缩短现场作业时间等都具有十分重要的意义。
3 波纹钢管涵在内蒙古地区的推广应用情况
由于波纹钢管具有施工便捷、工期短等特点，在内蒙古各级公路建设中得到了广泛的应用。
下面就几个典型应用实例加以说明。
3.1 内蒙古鄂尔多斯市东胜环城一级公路
涵顶到路面填土高度22m，并且此处为一个三通接一个弧度61°的曲线管，管长为106.65m， 管径2.0m。
3.2 内蒙西蒙集团蒙达煤矿运煤公路地处丘陵地带
沿线地质为粉沙土，涵洞在路中间地段，前后无便道通行，建筑材料运送非常困难，另外涵 顶填土高度20多m，土压力很大，原设计为盖板涵，造价为每延米3.8万元，工期两个月。由 于在雨季施工，材料运不进去，将严重影响施工进度，通车时间难以保障。后变更设计采用 金属波纹管，每延米造价不足万元，施工期为七天。这样既降低了工程造价，又缩短了施工 工期，保证了工程质量，通车时间也得以保障。
3.3 内蒙省际大通道后旗段
此段公路涵洞原设计为水泥管涵，填土高度低于1m，在进行回填土实过程中，水泥管出现了 裂纹，如用盖板涵造价高，工期又难保障，后将原安装的砼涵管挖出，安装了金属波纹管涵 。安装完毕，管顶填土高度30cm后，压路机在波纹管上方震动轧过，没有出现任何问题，而 且每道涵洞的安装仅用时两天。
4 结束语
钢波纹管涵具有卓越的路用性能，尤其是对地基要求低、施工简易、能快速安装、大大缩短 工期是普通涵管无法相比的，在公路新改建工程、路基养护工程中将发挥积极的作用。
随 着中国基础设施建设的加快发展和交通工程的需要，相信波纹钢管涵洞不久就将大量用于中 国的公路工程中，具有非常广阔的应用前景。
［参考文献］
［1］ 杨猛，陈宝永，沈瀚斌，等.公路应用波纹钢结构涵洞的可行性探讨［J］.黑 龙江交通科技，1999，(2).
［2］ 李祝龙，张金钊.高原多年冻土地区波纹管涵应用技术研究［J］.公路，2002 ，(2).
