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鋼波鋼管在高速公路中的應用

2020-07-23 11:25:30

黑龍江波紋鋼管也叫鋼波紋涵管,是指鋪埋在公路、鐵路路下的涵洞用的螺紋波紋管,它是由波形鋼板卷制成或用波形鋼片組拼成的圓形鋼結構管。金屬波紋管涵的波紋結構可使涵洞路面受力合理,荷載分布均勻,并具有一定的抗變形能力,能解決北方寒冷地區(霜凍)對橋梁和管涵砼結構的破壞問題;使路表面沒有伸縮縫,提高行車舒適性;有利于改善軟土地基結構與路堤交界處的“錯臺”現象,提高行車安全性。波紋管涵的工后營運、養護成本低,工程實際造價也低于同類跨徑的橋梁、涵洞。鋼波紋涵管進出口也可按照邊坡比例做成斜口,加工波紋管管徑范圍0.5~8 m,管壁厚度為3 mm~7 mm,能夠滿足填土0.5 ~40 m厚的需要。

黑龍江波紋鋼管

波紋鋼管的有什么優點 

(1)波紋管涵適應地基5261變形能力強,對地基承載能力、平整度要求較低,4102工程實際造價比同類跨1653徑的橋涵相近或較低。 

(2) 施工工期短是Z明顯的優勢,土建工程與管節安裝可分開實施。

(3)進行工廠集中化生產,生產不受環境影響,有利降低成本、控制質量。

(4) 波紋管涵現場安裝方便,不需使用大型設備。

(5) 解決北方寒冷地區(霜凍)對橋梁和管涵砼結構的破壞問題

(6) 減少或根本舍棄了常規建材,如水泥、黃砂、石子、木材的使用,環保意義深遠。

(7) 波紋管涵結構受力情況合理,荷載分布均勻,并有一定的抗變形能力。 

(8)波紋管涵采用標準化設計,生產、設計簡單,生產周期短。

(9) 波波紋管涵有利于改善軟土地基結構物與路堤交界處的“錯臺”現象,提高行車的舒適度與安全性,減少工后營運、養護成本。

1 鋼波紋管涵應用工程實例

廣東省某山區高速公路有2個 U 形溝谷路段,原施工圖設計采用高架橋跨越,但在實施階段由于征地拆遷等原因,導致施工進度滯后許多。為加快施工進度,將兩處高架橋改為填方路基,同時設置涵洞滿足過人及過水的需求。由于涵頂填土較高,備選涵洞方案有拱涵及鋼波紋管涵2種,經過比較,采用在兩處填方路段均設置鋼波紋管涵的方案。

鋼波紋管涵2 高填土時鋼波紋管涵與拱涵的比較

高填方路段涵洞的形式較多采用鋼筋砼拱涵,其擁有鋼材用量較少、結構堅固、自重及超載潛力大及使用壽命較長等優點,但同時也存在圬工量大、占用勞力較多、工期長和對地基承載能力要求高等不利因素。對比鋼筋砼拱涵,鋼波紋管涵具有以下優勢:

(1)對地基要求低。由于鋼波紋管涵為柔性結構物,其基礎一般也為柔性基礎,涵洞基底的沉降和兩側路基的沉降是均勻的,所以在涵洞構筑時不必單獨對鋼波紋管的基底進行特別處理,基本原則是路基怎樣處理,涵洞基底也怎樣處理。而鋼筋砼拱涵對地基承載力的要求較高,涵頂填土高度大于12m的拱涵通常要求地基承載力達到500kPa以上。南方地區軟土分布廣泛,地基承載力通常達不到設置拱涵的要求,需采用強力的地基處理方案提高地基承載力,而且處理后仍然可能無法避免不均勻沉降,導致拱涵開裂等。

(2)施工便捷。鋼波紋管生產、管體拼裝與土建可分開同時實施,大大縮短施工期。鋼波紋管重量只有水泥制品的10%~20%,現場吊、拼裝通常只需要2~3周,參與的人員和機械較少。而鋼筋砼拱涵施工通常需要數月時間,需耗費大量人力、物力。同時,減短工期也可使工程早期交付使用及減少因施工而引發的民怨。

(3)經濟性較好。通過測算比較,該文例舉的鋼波紋管涵平均每延米的造價比同等規格的拱涵低3000元左右,而高填方的路段往往涵洞較長。因此,采用鋼波紋管涵能夠節約較多造價。若考慮到鋼波紋管涵的施工便利以及地基處理等方面可能節約的成本,則其經濟性更為可觀。

(4)環保低碳,減少或根本舍棄了常規建材如水泥、砂石等的使用,有利于環境保護,環保意義深遠。截止2010年底,國內粗鋼產量達到6億t,占全球產量的45.5%。鋼產量的增長為發展中國鋼結構建設事業創造了良好的時機。

鋼波紋管涵3 南方高填土鋼波紋管涵設計經驗

(1)南方地區雨水充沛,地下水豐富,軟土分布廣泛,做好涵洞基礎及臺背回填對于鋼波紋管涵整體穩定及防水尤為重要。地基要對整個鋼波紋管涵保持均勻的承載力,要避免軟弱基和巖基交叉的地基,如果不可避免軟弱地基,要用優質砂石及礫石壓實成型,盡量減少整個區間的變位量?;A厚度從鋼波紋管涵的底部算起以80cm左右為宜,用透水性好、粒度分布良好的砂礫或碎石成型。材料的大粒徑不得超過波長的1/2。鋼波紋管涵臺背宜采用砂礫或碎石進行回填,兩側回填應同時進行,壓實落差應小于20cm。因偏壓造成鋼波紋管涵變形時,應修正截面變形后重新壓實

(2)加強防腐防沖刷設計。南方地區地下水多帶有不同程度的腐蝕性,同時山嶺重丘地區地表水流湍急,季節性降雨沖刷嚴重。因此,鋼波紋管涵的防腐及防沖刷設計應重點考慮。在涵洞內外壁熱鍍鋅層嚴格按照相關標準控制的基礎上,可采用如下措施加強涵洞的防腐及防沖刷能力:1)對腐蝕及沖刷不嚴重的場合,可在鋼波紋管內外壁增加熱涂瀝青層2道,每道厚約1.5mm,瀝青涂抹需在回填之前進行。該措施也可增強涵洞的防水功能。2)對腐蝕及沖刷較為嚴重的場合,除在外壁增加2道熱涂瀝青層外,可考慮在管內壁包裹一層 C25細石砼,更能加強涵洞受水流沖刷的能力,確保對涵管管壁的保護。C25細石砼體積配合比為水泥∶砂子∶ 石子=1∶1.16∶2.93,加水混合均勻后澆筑在管內壁一定高度的圓弧內,澆筑厚度為高出波峰3cm,抹平即可。細石砼粘附力很強,能滿足水流及砂石的沖刷要求。此外,也可考慮管身內壁鋪設復合水泥砂漿鋼絲網保護層的做法,要求Z小厚度不小于5cm。但此法施工較為困難,不推薦采用。

(3)鋼波紋管涵采用工廠標準化生產,通常涵頂填土高度與鋼管厚度、波高等參數規格有明確的對應關系。而山區高速公路涵洞較長,如果某一座涵洞涵頂填土高度位于兩種涵洞規格臨界處,則采用高或低標準生產通常會有幾十萬元的價格差別。在這種情況下,建議在低標準的基礎上采用局部增設加強肋的做法以達到既能保證波紋管涵在施工過程及后期運營的安全要求,又節約造價的目的。具體做法如圖3所示,在管頂填高超過(H-3)m范圍內的管身頂部設置加強肋,加強肋在圖示范圍內沿洞身每2m(中心間隔)設置1道,加強肋是圓心角為225°的鋼波紋管(型號與涵洞洞身所采用的鋼波紋管型號相同)圓弧片。

(4)鋼 波紋管涵洞基礎施工時應在基礎上縱

向預留0.3%~1%的預拱度。埋設于一般土質地基上的鋼波紋管,經過一段時間后常會產生一定的下沉,而且下沉量通常是管道中部大于兩端。因此,敷設于路堤下的鋼波紋管管身要設置中部向上的預拱度。預拱度大小根據地基可能出現的下沉量、涵底縱坡和填土高度等因素綜合考慮,通常為管長的0.3%~1%,不超過2%,以確保管道中部不出現凹陷或滑坡。

鋼波紋管涵4 結語

該文所舉工程實例為廣東省首次在高速公路中采用鋼波紋管涵,期間進行的技術經濟比較、設計階段的優化、施工過程的控制及建成使用情況均對鋼波紋管涵在南方地區的推廣使用及相關設計、施工規范的完善具有較為重要的意義。通過分析,在用于高填方路基時,鋼波紋管涵相對于鋼筋砼拱涵具有一定的技術經濟優勢。因此,隨著經驗的積累及認識的提高,鋼波紋管涵在高填方高速公路建設中必將具有更廣闊的應用前景。


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