1高寒地区大直径钢波纹管涵施工工法中铁十七局四公司王立辉、班瑞宏、王国斌1.前言我国高寒地区区域比较广，其寒冷季节时间较长，由于受工期制约，高寒地区许多混凝土涵洞在冬季施工是不可避免的，混凝土的冻胀是一个较为普遍的现象，造成混凝土涵洞遭受冻害的影响。而钢波纹管涵（YTHG）是将薄钢板压成波纹后，卷制成管节，是采用波纹状管或由波纹状板通过连接、拼装形成的一种柔性结构。由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征,轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变,可以更大程度上分散荷载的应力集中,更好地发挥钢结构的优势。我们通过甘肃省永古高速公路六标两座钢波纹管涵施工实践，取得很好的效果，经总结形成本工法。该工法关键技术于 2010 年 5 月 7 日通过了山西省建设厅组织的技术鉴定，鉴定意见认为该项技术达到国内先进水平。2.工法特点2.1 操作简单方便，不需使用大型设备，适用广泛。2.2 拼装方法简便，速度快，可缩短施工工期，社会效益显著。2.3 节省常规建材，如水泥、砂、石子、木材的使用，有利于环保。2.4 减少养护成本，造价低。2.5 受霜冻影响小，质量易于保证。3.适用范围适用于高寒冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土、地基沉降不均匀的高填方路基等地段的涵洞和给排水工程施工。4.工艺原理采用水泥稳定砂粒基础，将钢波纹管片采用环向与纵向相结合的方法进行拼装，管节与管节之间采用高强螺栓连接，接缝间采用硅酮耐侯胶密封，涵管外侧表面涂沥青防水、防腐，利用钢波纹管较大的抗变形、抗沉降能力和结构上可以横向补偿2位移能力，适应地基与基础变形的能力，分散上部荷载的集中应力,达到承受上部荷载和排水的作用。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程 见图 5.1开 挖 基 础 根 据 地 质 条 件 选 择 合 适 的 基 础 尺 寸基 础 水 泥 稳定 砂 粒 垫 层 设 置 预 拱 度回 填 砂 砾 层波 纹 管 涵管 节 安 装管 侧 回 填 人 工 配 合 机 械施 工 前 准 备管 节 安 装 质 量 验 收图 5.1 钢波纹管涵施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 挖基1、无设计要求时，基础垫层的厚度在 0.2-2.0m 之间，开槽基底最小宽度为21.0m+（管涵直径），有时管涵两侧回填土为便于机械碾压，开槽基底宽度可选为 23.0m（管涵直径）。2、当基底土为淤泥等不良土层时换填处理，避免超挖，如超挖，应将松动部分清除，其处理方案应经现场实际情况采取相应的措施进行处理。3、挖至标高的土质基坑不得长期暴露，扰动或浸泡，并应及时检查基坑尺寸、高程、基底承载力。符合要求后，立即进行基础施工。35.2.2 预拱度设置铺设于路堤下的波纹管涵要设置预拱度，预拱度按抛物线形式设置，其大小根据地基土可能出现的下沉量，涵底纵坡和填土高度等因素综合考虑，通常可为管长的 0.6%1%，最大不宜大于 2%，以确保管道中部不出现凹陷或逆坡。5.2.3 水泥稳定砂粒垫层施工1、基础采用水泥稳定砂粒，换填厚度根据当地冻土最大深度和地质条件确定；2、采用直径小于 3cm 级配良好的砂砾，掺重量比为 5%的水泥形成混合料进行回填；3、采用大型机械进行充分均匀拌合，拌合时间一般应小于 45min，拌合后及时对混合料进行水泥含量滴定试验，检测混合料是否拌合均匀，合格后才能用于填筑，以确保水泥稳定砂砾随拌随用；4、拌合好的混合料采用自卸汽车直接运到涵洞基坑后人工配合装载机进行摊铺，摊铺厚度不大于 30cm 采取人工配合压路机的方式进行分层碾压，压实度不小于 95%。整个拌合、填筑及碾压时间应控制在水泥终凝时间之内；5、水泥稳定砂粒垫层在涵管纵向预留 0.2-0.5%的预拱度即能满足要求，预拱度在整个基础填筑过程中逐层控制；6、水泥稳定砂砾垫层分层碾压后,必须进行必要的洒水养护,养护期间禁止机械行走,避免扰动水泥稳定砂砾垫层的稳定性；7、水泥稳定砂砾垫层压实度应逐层进行检测，压实度95%；8、气温低时，应采取必要的保温措施对水泥稳定砂粒基础垫层进行覆盖养生，防止在初凝前受冻。覆盖物采用草帘等，温度在零度以下或者雨雪天气时不允许进行施工。5.2.4 钢波纹管涵拼装1、施工前准备1)备齐拼装工具。2)备齐管涵拼装所需配件：螺丝及橡胶石棉垫。3)检测波纹管各管节的长度、直径是否与该处涵洞相符合。4)设涵管拼装指挥员一名，负责指挥起吊及施工人员现场操作。42、拼装操作方法1)准备工作：检查管涵底部基础平整度、水平、标高；确定涵洞位置、中心轴线、中点。2)拼装顺序：根据涵洞实际情况，排放涵管。如果涵洞两侧进出水口是与路基同坡度的斜口形式，拼装时先拼装中间管节，在基础长度方向留出进出水口的位置。中间管节全部拼装完毕，校正就位后再拼装两侧进出水口。拼装时从一侧排放第一根管节，使其管子中心和基础纵向中心线平行，同样把第二根管放置就位，当两根管相邻法兰间相距 35cm 的缝隙时，用小撬棍对准法兰上的螺栓孔，使其两根管法兰上的螺栓孔对正，这时从第二节管的另一端用撬杠撬动管节，使其纵向平移，使两法兰间距在 2cm 左右，然后全部穿上螺栓，拧上螺丝，带平扣即可。此后依此方式逐节依次连接，每道涵洞中间管节无先后次序，可以随意连接。3)拼装连接：直径 4m 的钢波纹管每圈有 6 片钢波纹管片组成，组装波纹管节时，要求汇集处任何一点的管块数不多于 3 块，使板块接头尽量错开。采用将 6 片管片横向连接成环和管片纵向连接成一长管片的拼装方法，加快了拼装进度。管节分段组装后，移动到涵位处再对接。拼装波纹管时，下游块件的端头必须放在上游块件之下，以防管内流水渗入接缝而将地基掏空，导致全管涵破坏。在某些运输不太方便的地方可以直接在涵洞长度方向进行钢波纹钢板的拼装。4)镶石棉垫：由于现场地势等原因，有时相邻两法兰之间间距较小，这时用手锤、凿子把两法兰之间凿开大约 1cm 的缝隙，用螺丝刀把石棉垫镶在两法兰之间，有时管子顶部两法兰间距较大，石棉垫镶嵌困难，用绑丝把石棉垫绑在螺栓上固定，然后工人开始对称锁紧螺丝。直至从外观看两法兰之间只有 25mm 的缝隙即可。5)管内壁板连接缝采用硅酮耐侯胶密封，以防管道渗水，管壁内外增涂沥青两道做防腐；管壁内外涂乳化沥青或热沥青两道，从外观看管壁内外均匀的涂成了黑管即可。一般沥青涂层的厚度要达到 1mm。6)用千斤顶校正整道管涵，使其中心在所规定的中心线上。3、拼装施工质量、安全控制要点1)拼装要求所有螺栓的预紧力矩为 340Nm70 Nm，拼装后中径允许误差为标准中径值的1%。52)基础整平夯实后方可在现场拼装波纹管片，管片底与基础之间禁止出现不密实现象。3)波纹板拼装时，管片拼接处必须保持清洁，以确保拼缝搭接紧密。4)组装波纹管时要求汇集处任何一点的板块数不多于 3 块，使管片接头尽量错开。拼装波纹管时，下游块件的端头必须放在上游快件之下，以防管内流水渗入接缝而将地基淘空，导致全管涵破坏。5）用螺栓组装时，可采用松螺栓组法进行组装，每个螺母的扭力矩应满足相关规范要求，用机动扳手时，拧板时间应持续 2s-5s。镀锌保护层在拼装中被损坏的地方，须涂刷防锈剂以防锈蚀。6）为防止钢波纹管受温度产生次应力影响，螺栓施拧应选择合适的温度进行，一般控制施拧时环境温度在 1322内。另拼装完成后选择日最低气温对所有螺栓统一进行补拧一次，克服温差产生的影响。5.2.5 钢波纹管涵管侧及管顶回填1、回填料可采用砂砾或与路基填料相同的材料。2、管涵两侧回填应对称、分层施工，每层厚度不超过 20cm。管涵两侧回填过程中为防止填筑过程中造成管涵滚动或错位，要采取限位措施固定管涵，一般沿管涵纵向每隔 2m 在管涵与基础形成的弧形三角区对称砌筑 50cm 高，1m 宽的片石挡墙，以防止填土过程中造成管涵错位。3、管涵两侧近处及管底下方采用小型震荡器振实或采用截面 15cm15cm 的木棒夯实。4、管涵两侧及管顶回填过程中，在管涵内部每隔 35m 用方木或钢管做成十字撑，防止因回填造成钢波纹管涵变形，回填结束后拆除临时支撑。5、管涵上方当回填土厚度超过 100cm 后，可采用轧路机静压；填土厚度超过150cm 后，采用轧路机振压，压实度不小于 95%。6.材料与设备6.1 主要材料表 6.1 主要材料序号 材料名称 规格型号 数量 备注1 镀锌钢波纹管片 YIHG4000，Q235-A 600 块 本处指直径4m，每百米涵长材料需用量62 高强度螺栓 M20 5746 个3 方垫圈 SS400 凹凸垫圈 11492 个4 硅酮耐侯胶 永安牌 250kg62 主要设备表 6.2 主要机具设备表序号 机具设备名称 规格型号 数量 备注1 梅花扳手 2224 102 活口扳手 53 小撬棍 16mm，长度 50cm 左右的圆钢 104 手锤 55 凿子 56 螺丝刀 一字形 107 千斤顶 液压 48 风炮机 TO-9988-7 2 台本处是指 2 座涵洞同时施工所需钢波纹涵管有圆形、椭圆形、半圆形等，进出口也可按照边坡比例做成斜口，加工波纹管管径范围 0.5m8m，管壁厚度为 3mm7mm，能够满足填土0.5m40m 厚的需要；钢材：钢板符合 GB 碳素结构钢和低合金结构钢的规定，钢板牌号为 Q235-A，其化学成分和力学性能符合 GB/T700-2006碳素结构钢的规定，钢板牌号为 SS400，其化学成分和力学性能应符合国家产品标准规定，钢板的尺寸及允许误差符合 GB/T20066-2006 钢和铁 化学成分测定用试样的取样和制样方法的规定。7.质量控制7.1 波纹管涵防锈处理钢板及连接钢构件螺栓组等均做防锈处理：表面热浸镀锌，平均镀锌量要求大于 600g/m2，平均厚度不小于 84m，最低厚度不小于 60m，镀层厚度均匀，经硫酸铜溶液浸蚀 5 次不变红，镀层应与金属结合牢固，经锤击试验不剥落，不凸起。涂层均匀，颜色一致，无漏镀、漏铁等缺陷。7.2 注意事项7.2.1 拼装要求所有螺栓的预紧力矩为 340Nm70 Nm，拼装后中径允许误差为标准中径值的1%。7.2.2 基础整平夯实后方可在现场拼装波纹板，板底与基础之间禁止出现不密实现象。77.2.3 波纹板拼装时，板片拼接处必须保持清洁，以确保拼缝搭接紧密。7.2.4 每片波纹板之间贴紧。7.2.5 两侧土方回填应平衡进行，每层压实厚度不大于 20cm，用小型夯实机械夯实，组装。7.2.6 波纹钢管每个管节必须为一个整体，管内壁板连接缝采用专用胶密封，以防管道渗水，管壁内外增涂沥青两道做防腐。7.2.7 组装波纹管时要求汇集处任何一点的板块数不多于 3 块，使板块接头尽量错开。拼装波纹管时，下游块件的端头必须放在上游快件之下，以防管内流水渗入接缝而将地基淘空，导致全管涵破坏。7.2.8 涵管组装时，在管内设置一个可移动的木质工作台，以便于组装作业。用螺栓组装时，可采用松螺栓组法进行组装，每个螺母的扭力矩应满足相关规范要求，用机动扳手时，拧板时间应持续 2s-5s。镀锌保护层遭破坏之处，须涂刷防锈剂以防锈蚀。7.2.9 临时支撑1、波纹管在填土过程中易产生变形，且管顶的下沉量通常都大于管侧填土时的变形，使圆管变成扁管，所以必须采取一定的保护措施方可进行管侧填土的施工，保证波纹管在填土过程中不产生变形。2、波纹管涵在管顶填土之前，在管内设置横向十字形临时支撑，支撑间距为2m，临时支撑的高度可按波纹管直径伸长 2%5%设置，以作为在填土压力作用下预留压缩量。管内临时支撑待填土不再下沉后拆除。8.安全措施8.1 切实做好基坑高边坡开挖后的防护工作。8.2 拼装波纹管时要有专人负责波纹管稳定性的问题，以免在拼装过程中滚动造成人员伤亡。8.3 用电线路架设应符合规定要求，配电箱和闸刀盒应上锁，室外配电箱和闸刀盒应有良好的防护措施。8.4 拼装波纹管的现场作业人员在使用撬棍、风炮和扳手等工具时必须按照特种作业人员