公路钢波纹管涵洞设计策略

GXF360 2017-09-19

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公路钢波纹管涵洞设计策略

刘晓露

（中交远洲交通科技集团有限公司，河北石家庄 050000）

摘要：分析了涵洞的设计要求，对涵洞的适应范围，适用条件，选用原则进行研究，对钢波纹管涵洞的效益进行分析，其对钢制波纹管涵的经济效益、波形钢涵洞的社会效益具有很好的推动作用，通过研究，望能为日后相关工作提供借鉴。

关键词：公路；钢波纹管；涵洞

0 引言

波纹管涵是由波纹管或波纹板通过连接，组装成一个涵洞的形式。从结构和功能的关系方面分析，钢波纹管的性能比较灵活[1]。钢波纹涵洞可以适应地基变形等环境，同时也能解决不均匀沉降问题。由于轴向波纹钢波纹管涵洞具有优良的机械性能，由于轴向和径向可分散到更大程度的应力集中，引起应力、应变分布负载等的优点。尤其是冻土、膨胀土和湿陷性黄土地区、岩土工程等不良工程，波纹钢管涵施工有许多优点，同时也具有广阔的应用前景。多年冻土地区的路堤是完全不同的，拱形屋面的涵洞下路堤，路堤中心比两侧较高，这导致波纹涵洞不均匀变形。

1 涵洞设计要求

（1）其设计需要考虑各级洪水的抵抗能力，设计泥石流可以通过，进行安全漂移，应考虑侵蚀因素的影响，水的下游及附近的桥梁等因素也要考虑，以确保稳定的堤防[2]。

（2）在桥梁及建筑物的施工前或施工中，应考虑波纹管涵的设计，对河道改流情况要考虑完善。

（3）其设计要注意河床地形条件，不要压缩河道，改变水流的自然状态。

（4）孔径应根据设计，由洪水、地质床、河床坡度等条件来进行设计。当允许过桥的积水，根据计算可以适当减少，减少的流量应该少于总流量的1/4。

（5）涵洞应设计为无压力型，在最高水位频率的设计中符合规定。

（6）计算涵洞上垂直土压力所引起的车辆荷载，根据车轮面积的角度，分配车辆的数量，以边缘线为基准对车轮压力线进行重叠。

2 涵洞的适用条件

2.1 适应范围

国外波纹钢管涵洞应用具有相当强的适应性，经过处理后，其涵洞可使用长达50年以上。基于技术的综合分析，我国钢波纹技术虽然存在一定的差距，但钢波纹管涵洞防腐方案应达到20年[3]。

从道路使用寿命角度来看，涵洞的使用寿命如果可以达到50年，可以满足使用的需要，所以适用于一般公路的波纹钢涵洞。

地基基础不均匀沉降的严重病害导致钢筋混凝土涵管出现问题，冬季可以解决涵洞地基沉降变形引起的破坏[4]。波形钢密封柔性结构在东部地区有很大的优越性，有利于改善软土路基的不利状况。

2.2 适用条件

波纹钢涵洞在国内外的应用分析：

（1）必须有足够的壁厚，以确保钢波纹管的最大应力低于钢结构。

（2）钢波纹管的防腐处理不应低于一定要求，以保证钢波纹管涵在一定的时间内具有足够的耐腐蚀性。

（3）钢波纹管应能承受标准荷载引起的变形，不会影响结构层的功能，控制公路涵洞的底部变形，根据涵洞设计变形高度对设计参数进行控制。

2.3 选用原则

2.3.1 选择公路钢波纹涵洞

在选择公路钢波纹涵洞时，必须遵守相应的应用安全原则，充分发挥波纹钢管的机械结构，以满足功能要求为基础的优势。涵洞设计应充分发挥其价值优势，不是什么地方都可以建设涵洞的。在原来的设计基础上，应充分考虑其基本特征。包括地形的重要性、地质条件差等，除路基施工外，还应考虑以下因素：施工条件和设施、防腐工作等。在以下地区可以考虑波纹钢管涵洞的建设：①贫石地基，如冻土、湿陷性黄土等；②高风险、高缺氧地区等；③缺乏水泥、钢铁等资源的偏远地区。

2.3.2 应注意的问题

（1）道路养护难。钢结构波纹钢管涵存在着腐蚀威胁，因此必须考虑防腐养护。波纹钢涵洞具有一定的使用寿命，但是也要注意不良因素对其产生的影响。

（2）泥石流沙，高速设计中应注意的泥砂或砂砾的耐腐蚀材料，必要时，钢结构的侵蚀形成的，应根据具体情况独立设计；局部地区可以适当考察，应考虑钢波纹管涵洞的使用。

（3）一般波纹钢涵洞直径小于2.5m，当独立计算时应大于2.5m，以保证大直径涵洞的安全应力[5]。

2.3.3 钢波纹涵洞应用趋势

（1）一般钢波纹管涵洞直径小于2m，但国外一些跨度直径在5m以上，有的高达24m。

（2）随着钢波纹管涵洞全面的应用，ISO强波纹管将用于大跨度涵洞、隧道，需要进一步研究其力学性能。

（3）由于土壤环境和水文条件的不同，波纹管涵的腐蚀状况不同，因此有必要对钢管波纹管的腐蚀问题进行研究。

（4）国外已有多管结构和多管波纹管结构的研究，以取代小型桥梁，但波纹管结构的应力分布及相互作用有待进一步研究。

（5）波纹结构的组装。装配式波纹管涵，通道结构拼装施工，能适应不同跨度和高度的要求，形成椭圆加工和装配的工艺，但在荷载作用下需要稳定的结构。

2.4 钢波纹管涵洞的效益分析

2.4.1 钢制波纹管涵的经济效益