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钢波纹管在道路市政中的作用分析(一)
浏览: 发布日期:2019-07-08
 
钢波纹管是由碳钢板经冷成型加工而成的管壁带有波形截面的并且管体表面经耐腐蚀处理的金属管道状结构物,用来代替公路、铁路工程中的砼涵洞及小桥等。具有一定柔性的高强度钢波纹管,不仅提高了适应地基与基础变形的能力,有效解决因地基基础不均匀沉降导致涵洞破坏的问题,而且波纹涵管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特性,轴向和径向同时承担因载荷引起的应力应变,可以更大程度上分散载荷的效应,更好地发挥钢结构的优势。
钢波纹管桥涵最早于 1784 年诞生于英国,1896年美国率先将波纹钢管应用于公路涵洞。美国、加拿大等国家从20世纪八九十年代开始制定相应的技术规范,并广泛使用钢波纹管桥涵。中国于20世纪90年代才逐步开展钢波纹管的研究、生产及应用,并且应用于青藏公路的抢修工程。钢波纹管目前在中国东北、华北、西北及华东地区公路工程中已开始大规模应用。 年,交通运2008输部发布并实施 / 《公路桥涵波形钢JTT710-2008板》, 年又发布 / 《公路涵洞通道2010 JTT791-2010用波纹钢管(板)》,为钢波纹管的推广应用提供了依据和有利的条件。
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1 钢波纹管涵应用工程实例
广东省某山区高速公路有2个 U 形沟谷路段,原施工图设计采用高架桥跨越,但在实施阶段由于征地拆迁等原因,导致施工进度滞后许多。为加快施工进度,将两处高架桥改为填方路基,同时设置涵洞满足过人及过水的需求。由于涵顶填土较高,备选涵洞方案有拱涵及钢波纹管涵2种,经过比较,采用在两处填方路段均设置钢波纹管涵的方案。
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2 高填土时钢波纹管涵与拱涵的比较
目前,高填方路段涵洞的形式较多采用钢筋砼拱涵,其拥有钢材用量较少、结构坚固、自重及超载潜力大及使用寿命较长等优点,但同时也存在圬工量大、占用劳力较多、工期长和对地基承载能力要求高等不利因素。对比钢筋砼拱涵,钢波纹管涵具有以下优势:
(1)对地基要求低。由于钢波纹管涵为柔性结构物,其基础一般也为柔性基础,涵洞基底的沉降和两侧路基的沉降是均匀的,所以在涵洞构筑时不必单独对钢波纹管的基底进行特别处理,基本原则是路基怎样处理,涵洞基底也怎样处理。而钢筋砼拱涵对地基承载力的要求较高,涵顶填土高度大于12m的拱涵通常要求地基承载力达到500kPa以上。南方地区软土分布广泛,地基承载力通常达不到设置拱涵的要求,需采用强力的地基处理方案提高地基承载力,而且处理后仍然可能无法避免不均匀沉降,导致拱涵开裂等。
(2)施工便捷。钢波纹管生产、管体拼装与土建可分开同时实施,大大缩短施工期。钢波纹管重量只有水泥制品的10%~20%,现场吊、拼装通常只需要2~3周,参与的人员和机械较少。而钢筋砼拱涵施工通常需要数月时间,需耗费大量人力、物力。同时,减短工期也可使工程早期交付使用及减少因施工而引发的民怨。
(3)经济性较好。通过测算比较,该文例举的钢波纹管涵平均每延米的造价比同等规格的拱涵低3000元左右,而高填方的路段往往涵洞较长。因此,采用钢波纹管涵能够节约较多造价。若考虑到钢波纹管涵的施工便利以及地基处理等方面可能节约的成本,则其经济性更为可观。
(4)环保低碳,减少或根本舍弃了常规建材如水泥、砂石等的使用,有利于环境保护,环保意义深远。截止2010年底,国内粗钢产量达到6亿t,占全球产量的45.5%。钢产量的增长为发展中国钢结构建设事业创造了良好的时机。
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3 南方高填土钢波纹管涵设计经验
(1)南方地区雨水充沛,地下水丰富,软土分布广泛,做好涵洞基础及台背回填对于钢波纹管涵整体稳定及防水尤为重要。地基要对整个钢波纹管涵保持均匀的承载力,要避免软弱基和岩基交叉的地基,如果不可避免软弱地基,要用优质砂石及砾石压实成型,尽量减少整个区间的变位量。基础厚度从钢波纹管涵的底部算起以80cm左右为宜,用透水性好、粒度分布良好的砂砾或碎石成型。材料的最大粒径不得超过波长的1/2。钢波纹管涵台背宜采用砂砾或碎石进行回填,两侧回填应同时进行,压实落差应小于20cm。因偏压造成钢波纹管涵变形时,应修正截面变形后重新压实
(2)加强防腐防冲刷设计。南方地区地下水多带有不同程度的腐蚀性,同时山岭重丘地区地表水流湍急,季节性降雨冲刷严重。因此,钢波纹管涵的防腐及防冲刷设计应重点考虑。在涵洞内外壁热镀锌层严格按照相关标准控制的基础上,可采用如下措施加强涵洞的防腐及防冲刷能力:1)对腐蚀及冲刷不严重的场合,可在钢波纹管内外壁增加热涂沥青层2道,每道厚约1.5mm,沥青涂抹需在回填之前进行。该措施也可增强涵洞的防水功能。2)对腐蚀及冲刷较为严重的场合,除在外壁增加2道热涂沥青层外,可考虑在管内壁包裹一层 C25细石砼,更能加强涵洞受水流冲刷的能力,确保对涵管管壁的保护。C25细石砼体积配合比为水泥砂子 石子=11.162.93,加水混合均匀后浇筑在管内壁一定高度的圆弧内,浇筑厚度为高出波峰3cm,抹平即可。细石砼粘附力很强,能满足水流及砂石的冲刷要求。此外,也可考虑管身内壁铺设复合水泥砂浆钢丝网保护层的做法,要求最小厚度不小于5cm。但此法施工较为困难,不推荐采用。
(3)钢波纹管涵采用工厂标准化生产,通常涵顶填土高度与钢管厚度、波高等参数规格有明确的对应关系。而山区高速公路涵洞较长,如果某一座涵洞涵顶填土高度位于两种涵洞规格临界处,则采用高或低标准生产通常会有几十万元的价格差别。在这种情况下,建议在低标准的基础上采用局部增设加强肋的做法以达到既能保证波纹管涵在施工过程及后期运营的安全要求,又节约造价的目的。具体做法如图3所示,在管顶填高超过(H-3)m范围内的管身顶部设置加强肋,加强肋在图示范围内沿洞身每2m(中心间隔)设置1道,加强肋是圆心角为225°的钢波纹管(型号与涵洞洞身所采用的钢波纹管型号相同)圆弧片。
(4)钢 波纹管涵洞基础施工时应在基础上纵
向预留0.3%~1%的预拱度。埋设于一般土质地基上的钢波纹管,经过一段时间后常会产生一定的下沉,而且下沉量通常是管道中部大于两端。因此,敷设于路堤下的钢波纹管管身要设置中部向上的预拱度。预拱度大小根据地基可能出现的下沉量、涵底纵坡和填土高度等因素综合考虑,通常为管长的0.3%~1%,最大不超过2%,以确保管道中部不出现凹陷或滑坡。
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4 结语
该文所举工程实例为广东省首次在高速公路中采用钢波纹管涵,期间进行的技术经济比较、设计阶段的优化、施工过程的控制及建成使用情况均对钢波纹管涵在南方地区的推广使用及相关设计、施工规范的完善具有较为重要的意义。通过分析,在用于高填方路基时,钢波纹管涵相对于钢筋砼拱涵具有一定的技术经济优势。因此,随着经验的积累及认识的提高,钢波纹管涵在高填方高速公路建设中必将具有更广阔的应用前景。

钢波纹管
 
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