金屬波紋管涵介紹
金屬波紋管涵也叫波紋涵管，是指鋪埋在公路、鐵路下涵洞用的螺紋波紋管，它是由波形金屬板卷制成或用波形鋼板制成的波紋管。廣泛應(yīng)用于公路、鐵路的涵洞、通道、小橋、隧道、臨時(shí)便道、排水管道以及各種礦場(chǎng)巷道擋墻支護(hù)等工程。
金屬波紋管涵采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、集中化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝土建與型材可分開(kāi)實(shí)施，減少或根本舍棄了常規(guī)建材，工期短，環(huán)保意義深遠(yuǎn)。金屬波紋管涵的結(jié)構(gòu)受力情況合理，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(qū)（霜凍）對(duì)橋梁和管涵砼結(jié)構(gòu)的破壞問(wèn)題；使路表面沒(méi)有伸縮縫，提高行車(chē)舒適性；有利于改善軟土地基結(jié)構(gòu)與路堤交界處的“錯(cuò)臺(tái)”現(xiàn)象，提高行車(chē)安全性。波紋管涵的工后營(yíng)運(yùn)、養(yǎng)護(hù)成本低，工程實(shí)際造價(jià)也低于同類(lèi)跨徑的橋梁、涵洞。金屬波紋管涵以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，較強(qiáng)的適應(yīng)能力，替代傳統(tǒng)產(chǎn)品。
金屬波紋管涵在公路工程中的應(yīng)用
公路工程的涵洞一般采用鋼筋混凝土制作，現(xiàn)采用金屬波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工在國(guó)內(nèi)是一項(xiàng)新技術(shù)，金屬波紋管涵以其性能穩(wěn)定、安裝方便、有利環(huán)保、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)迅速在公路施工中代替了鋼筋混凝土施工的涵洞。
在公路施工中，應(yīng)用金屬波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工的歷史已經(jīng)有100多年了，1896年，美國(guó)率先進(jìn)行波紋管涵通道、涵管的可行性研究，其后，在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)的公路建設(shè)中，均采用了金屬波紋管涵進(jìn)行涵洞的施工，1990年，日本高速公路設(shè)計(jì)，規(guī)范制定了波紋管涵設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范，隨著波紋管涵在世界各地的安裝使用，證明了此種結(jié)構(gòu)在各種使用情況下的通用性，在我國(guó)改革開(kāi)放后，深圳及大同煤礦開(kāi)始從國(guó)外進(jìn)口成品波紋管涵進(jìn)行涵洞施工，之后，上海市公路管理處、上海市政工程設(shè)計(jì)研究院、上海同濟(jì)大學(xué)隊(duì)金屬波紋管涵進(jìn)行了動(dòng)、靜載試驗(yàn)，結(jié)果表明能滿足設(shè)計(jì)使用要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白，且迅速得到推廣應(yīng)用，幕墻一貫反應(yīng)用于我國(guó)各地公路設(shè)施建設(shè)當(dāng)中，金屬波紋管涵投入發(fā)哦了青海公路施工當(dāng)中，三年的實(shí)踐證明，金屬波紋管涵在北方寒冷地區(qū)完全符合公路建設(shè)當(dāng)中的涵洞施工要求。
實(shí)踐證明，用金屬波紋管涵代替鋼筋混凝土進(jìn)行涵洞施工，無(wú)論從施工周期、施工造價(jià)、環(huán)保意義等方面都有其不可比擬的優(yōu)越性，且用金屬波紋管涵進(jìn)行涵洞施工，可大大提高道路行車(chē)的舒適度與安全性，避免道路中涵洞的“錯(cuò)臺(tái)跳車(chē)”現(xiàn)行，有利于解決西北地區(qū)寒冷霜凍對(duì)砼管涵結(jié)構(gòu)的破壞問(wèn)題。
應(yīng)用介紹
由赤城縣交通局下屬的張家口市雙力工程有限責(zé)任公司承建的省道南JC標(biāo)段赤線，施工地形復(fù)雜，施工地理環(huán)境特殊。針對(duì)這一情況，該公司購(gòu)進(jìn)兩孔高新技術(shù)產(chǎn)品金屬波紋涵管（1孔為直徑5米長(zhǎng)38米、1孔為直徑1米長(zhǎng)32米），通過(guò)應(yīng)用波紋涵管可比混凝土蓋板涵提前1個(gè)多月時(shí)間。
滄州高管處在津汕高速公路河北段施工建設(shè)中積極用科技促進(jìn)創(chuàng)新，用創(chuàng)新推動(dòng)管理工作的改進(jìn)，用新工藝、新技術(shù)、新材料的充分應(yīng)用來(lái)提升工程管理的質(zhì)量，在創(chuàng)新中使各項(xiàng)施工管理工作取得了顯著成效。
在推廣新技術(shù)、采用新工藝、應(yīng)用新材料上，他們鼓勵(lì)各標(biāo)段在施工中用于創(chuàng)新，銳意改革，并及時(shí)提供技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)施工中采用的“三新”技術(shù)積極予以推廣。“電石灰”替代白灰在高速公路路基上的推廣應(yīng)用，使化工廢料得到利用，即降低了工程造價(jià)，也使多年來(lái)化工廢料堆積成山污染環(huán)境的難題得到了緩解；應(yīng)用新材料“金屬波紋管涵”替代箱涵施工，節(jié)省了造價(jià)縮短了工期；在較大段二灰土施工中應(yīng)用攤鋪機(jī)替代人工攤鋪的新工藝，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了人力，提高了工程質(zhì)量。
一、設(shè)計(jì)依據(jù)
1、日本在1980年的日本高級(jí)公路設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)波紋管涵洞有較為詳細(xì)的規(guī)定，該規(guī)范給出了五種類(lèi)型波紋管涵在不同管徑和堆土厚度條件下的波紋管管壁厚度查用表格、管段組合螺栓選用方法、給出半溝型和突出型兩種背填材料方式的，背填設(shè)計(jì)方法、基礎(chǔ)和管端部的設(shè)計(jì)方法等等。
2、1977年，我國(guó)的公路設(shè)計(jì)手冊(cè)：涵洞曾給出了波紋管的水平變形、豎向中軸面管頂處和水平軸面管側(cè)處的內(nèi)力計(jì)算方法。
3、采用有限元法對(duì)金屬波紋管和土體進(jìn)行彈性分析，波紋管采用殼單元，土體采用四節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，作用簡(jiǎn)化為一組彈簧加在波紋管上，且不考慮波紋管的搭接頭，假設(shè)波紋管沿周向是均勻、連續(xù)和光滑的，計(jì)算結(jié)果給出了波紋管的環(huán)向、子午向正應(yīng)力、波紋材料平面內(nèi)的剪應(yīng)力以及波紋管的變形。
二、國(guó)外歷史應(yīng)用簡(jiǎn)況
1、1896年美國(guó)率先進(jìn)行波紋管通道，波紋涵管的可行性研究。
2、1923年美國(guó)鐵路工程協(xié)會(huì)在伊利諾斯州的中央鐵路應(yīng)用波紋管通道進(jìn)行實(shí)體測(cè)試。
3、1929年加拿大首座波紋管用于一煤礦中。
4、1931年澳大利亞首次建成8米汽車(chē)通道一座。
5、1990年日本高速公路設(shè)計(jì)規(guī)范制定了波紋管設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范，隨著波紋管在世界各地的安裝使用，證明了此種結(jié)構(gòu)在各種使用情況下的通用性，而且其壽命已超過(guò)了設(shè)計(jì)壽命。
三、國(guó)內(nèi)應(yīng)用：
1、1965年云南公路局在滇緬公路的大修工程中曾挖掘出一段鋼質(zhì)波紋管的過(guò)水涵管，被證實(shí)是在二次大戰(zhàn)期間美國(guó)進(jìn)口安裝的；
2、八十年代山西朔州平朔線安家堡煤礦附件安裝了雙孔波紋板拱型通道。
3、1998年9月在上海浦東高橋地區(qū)曾挖掘出一段直徑為1米的過(guò)水波紋管涵洞，被考證為1948年安裝，用于軍事便道。
4、1997~1999年，青藏公路多年凍土地區(qū)3道（2道整體式、1道拼裝式），大興安嶺加漠公路100余道。
5、國(guó)道214線青康公路姜路嶺清水河段，2001~2002年推廣到西寧久治公路大武至久治段、花石峽至達(dá)日公路、二指哈拉山至尕海等公路建設(shè)中，至2002年四個(gè)公路項(xiàng)目已累計(jì)使用418道。
6、1998~1999年上海市在上海四號(hào)線、浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)中采用了鋼質(zhì)波紋板通道。
7、2002年內(nèi)蒙古、河北等地區(qū)也逐步開(kāi)始應(yīng)用鋼質(zhì)波紋管涵洞。
ZHHG波紋涵管在公路施工中具體體現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)：
1、 地基承載力較低的情況下：無(wú)須對(duì)地基特殊處理，只要換填一定厚度的片石，上面加上少許沙礫墊層，出廠前的熱浸鍍鋅工藝和管連接完成后的現(xiàn)場(chǎng)涂瀝青能完全避免常年水泡和酸堿土壤的侵蝕，保證使用壽命。
2、 簡(jiǎn)捷便道：山西臨汾汾河大橋項(xiàng)目，建材需跨河運(yùn)輸，將來(lái)橋基建成后還需要運(yùn)送承載梁，所以必須修建臨時(shí)便道，該處涵洞跨越汾河，河內(nèi)常年水流不止，在河內(nèi)倒入片石，加30cm砂礫層軋實(shí)，管側(cè)及頂部全部澆筑砼，此涵洞施工用時(shí)8天，與混凝土小橋相比，即縮短了工期，又降低了成本，相比較浮橋在安全性及承載方面也有很大的提高。
3、 軟基地帶：山西臨么線浮山段，該處涵洞位于河溝中，常年積水，使用φ1.5米的金屬波紋涵管，填土高度18米。使用情況良好。
4、 高寒地帶施工：可冬季施工，不受氣候影響。國(guó)道207線錫林浩特段，該段使用時(shí)間在2004年11月，已進(jìn)入冬季，氣候寒冷，修建蓋板涵或石拱涵由于氣溫過(guò)低，會(huì)造成不同程度的破壞，而工程工期緊，時(shí)間上受限制，采用波紋管后，保證了順利通車(chē)，此線先后使用波紋管涵15道，直徑為1.0\1.5\2.0\2.5m。洞口構(gòu)造為兩側(cè)都是與路基同坡率的斜管形式。涵頂填土高度從1.0~20m不等。根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其涵頂路面行車(chē)平穩(wěn)，無(wú)任何錯(cuò)臺(tái)跳車(chē)現(xiàn)象，其涵洞填土最高處直徑最大變形均符合使用要求，直徑1米最大變形0.5cm，直徑1.5米最大變形1.5cm，直徑2米最大變形2cm，直徑2.5米最大變形4cm。管內(nèi)壁未增涂瀝青的涵管，沒(méi)有銹蝕。其洞口砌筑質(zhì)量良好。
5、 煤礦采空區(qū)：由于地下采空可造成地面不同程度的下降，產(chǎn)生不均勻沉降，對(duì)一般水泥構(gòu)造物易產(chǎn)生裂紋、錯(cuò)位等不同程度的破壞，金屬波紋涵管是一種柔性結(jié)構(gòu)，波紋管在結(jié)構(gòu)上具有橫向補(bǔ)償位移的優(yōu)良特性，可充分發(fā)揮鋼材抗拉性能強(qiáng)，變形性能優(yōu)越的特點(diǎn)，具有較大的抗變形和抗沉降能力，特別適合于軟土、膨脹土地、濕陷性黃土等地基承載力較低地區(qū)和地震多發(fā)地區(qū)。
6、 填土高度過(guò)高，涵管過(guò)長(zhǎng)，施工中回填不穩(wěn)定也可以造成不均勻沉降，G109高速東勝至大飯鋪段，金屬波紋圓管涵長(zhǎng)341米φ1.5米，填土高度50米，建成后將為亞洲第一溝。
7、 特殊管型：在高填方及一側(cè)傍山的公路施工中，由于現(xiàn)場(chǎng)往溝底倒卸建成困難以及無(wú)法修建臨時(shí)便道，可利用波紋涵管半幅施工，具有安裝速度快，施工工期短等特點(diǎn)，同時(shí)也可避免由于回填造成的不均勻沉降等問(wèn)題。
8、 低填方：內(nèi)蒙省際通道一級(jí)公路烏巴線φ1.5米填土0.74米，低填方采用鋼波紋管是根據(jù)鋼材的強(qiáng)度好，耐破壞，以及鋼波紋管涵洞由于軸向波紋的存在使其具有優(yōu)良的受力特征，軸向和徑向同時(shí)分布因荷載引起的應(yīng)力應(yīng)變，可以更大程度上分散荷載的應(yīng)力集中，避免涵洞破壞以及路面破損。
9、 水毀應(yīng)用：有些地區(qū)陣發(fā)性暴雨比較多，對(duì)橋涵構(gòu)造物容易造成破壞。混凝土構(gòu)造物沖毀后不能被再次利用，必須修建新的涵洞，施工時(shí)間長(zhǎng)，道路斷交影響人們的生產(chǎn)生活，而波紋管水毀后可重復(fù)利用，施工處理又簡(jiǎn)單。
10、 舊涵洞修復(fù)：由于不均勻沉降對(duì)涵洞產(chǎn)生不同程度的破壞，如石拱涵，在高填方地段挖出重新修復(fù)工期長(zhǎng)，斷交或者便道均增加費(fèi)用，內(nèi)套水泥圓管不好施工，圓管涵與舊拱涵中間填充水泥砂漿困難。采用波紋涵管可在涵洞外連接好后推進(jìn)，連接處無(wú)縫隙；在管側(cè)開(kāi)孔，以便填充片石和噴筑砂漿增加管涵和原涵洞的整體性；另外波紋涵管管體輕，便于施工；在施工中邊推進(jìn)邊清理地基，保證施工人員的安全。
11、 可替代小橋，內(nèi)蒙古省際通道烏蘭浩特段，該處使用直徑4米金屬波紋管涵并排四道，管頂填土高度0.96m，洞口構(gòu)造擋墻八字墻。使用時(shí)間在2005年9月，屬于后增加的涵洞，原設(shè)計(jì)此處無(wú)涵洞，雨季時(shí)公路兩側(cè)的水不通暢，導(dǎo)致水浸過(guò)了路面，路面結(jié)構(gòu)已作好，主體已通車(chē)，修建小橋涵所用時(shí)間長(zhǎng)，采用波紋管后，安裝及回填等工序用時(shí)10天，保證了通車(chē)時(shí)間，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路面行車(chē)舒適，無(wú)路面沉降，直徑最大變形4cm，瀝青涂層涂刷質(zhì)量不高，但管壁鍍鋅層良好，其螺栓緊固力符合要求，無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。兩條道路立體十字相交時(shí)，可采用波紋板通道。
