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金属波纹涵管

金属波纹管涵

发布日期:03月07日

金属波纹管涵介绍
        金属波纹管涵也叫波纹涵管,是指铺埋在公路、铁路下涵洞用的螺纹波纹管,它是由波形金属板卷制成或用波形钢板制成的波纹管。广泛应用于公路、铁路的涵洞、通道、小桥、隧道、临时便道、排水管道以及各种矿场巷道挡墙支护等工程。
金属波纹管涵采用标准化设计、集中化生产,现场安装土建与型材可分开实施,减少或根本舍弃了常规建材,工期短,环保意义深远。金属波纹管涵的结构受力情况合理,荷载分布均匀,并具有一定的抗变形能力,能解决北方寒冷地区(霜冻)对桥梁和管涵砼结构的破坏问题;使路表面没有伸缩缝,提高行车舒适性;有利于改善软土地基结构与路堤交界处的“错台”现象,提高行车安全性。波纹管涵的工后营运、养护成本低,工程实际造价也低于同类跨径的桥梁、涵洞。金属波纹管涵以其独特的优势,较强的适应能力,替代传统产品。

金属波纹管涵在公路工程中的应用
        公路工程的涵洞一般采用钢筋混凝土制作,现采用金属波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工在国内是一项新技术,金属波纹管涵以其性能稳定、安装方便、有利环保、造价低等优点迅速在公路施工中代替了钢筋混凝土施工的涵洞。
在公路施工中,应用金属波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工的历史已经有100多年了,1896年,美国率先进行波纹管涵通道、涵管的可行性研究,其后,在美国、加拿大、澳大利亚等国的公路建设中,均采用了金属波纹管涵进行涵洞的施工,1990年,日本高速公路设计,规范制定了波纹管涵设计技术规范,随着波纹管涵在世界各地的安装使用,证明了此种结构在各种使用情况下的通用性,在我国改革开放后,深圳及大同煤矿开始从国外进口成品波纹管涵进行涵洞施工,之后,上海市公路管理处、上海市政工程设计研究院、上海同济大学队金属波纹管涵进行了动、静载试验,结果表明能满足设计使用要求,填补了国内的空白,且迅速得到推广应用,幕墙一贯反应用于我国各地公路设施建设当中,金属波纹管涵投入发哦了青海公路施工当中,三年的实践证明,金属波纹管涵在北方寒冷地区完全符合公路建设当中的涵洞施工要求。
实践证明,用金属波纹管涵代替钢筋混凝土进行涵洞施工,无论从施工周期、施工造价、环保意义等方面都有其不可比拟的优越性,且用金属波纹管涵进行涵洞施工,可大大提高道路行车的舒适度与安全性,避免道路中涵洞的“错台跳车”现行,有利于解决西北地区寒冷霜冻对砼管涵结构的破坏问题。

应用介绍
        由赤城县交通局下属的张家口市双力工程有限责任公司承建的省道南JC标段赤线,施工地形复杂,施工地理环境特殊。针对这一情况,该公司购进两孔高新技术产品金属波纹涵管(1孔为直径5米长38米、1孔为直径1米长32米),通过应用波纹涵管可比混凝土盖板涵提前1个多月时间。
        沧州高管处在津汕高速公路河北段施工建设中积极用科技促进创新,用创新推动管理工作的改进,用新工艺、新技术、新材料的充分应用来提升工程管理的质量,在创新中使各项施工管理工作取得了显著成效。
在推广新技术、采用新工艺、应用新材料上,他们鼓励各标段在施工中用于创新,锐意改革,并及时提供技术指导,对施工中采用的“三新”技术积极予以推广。“电石灰”替代白灰在高速公路路基上的推广应用,使化工废料得到利用,即降低了工程造价,也使多年来化工废料堆积成山污染环境的难题得到了缓解;应用新材料“金属波纹管涵”替代箱涵施工,节省了造价缩短了工期;在较大段二灰土施工中应用摊铺机替代人工摊铺的新工艺,加快了施工进度,节省了人力,提高了工程质量。
        一、设计依据
        1、日本在1980年的日本高级公路设计规范中对波纹管涵洞有较为详细的规定,该规范给出了五种类型波纹管涵在不同管径和堆土厚度条件下的波纹管管壁厚度查用表格、管段组合螺栓选用方法、给出半沟型和突出型两种背填材料方式的,背填设计方法、基础和管端部的设计方法等等。
        2、1977年,我国的公路设计手册:涵洞曾给出了波纹管的水平变形、竖向中轴面管顶处和水平轴面管侧处的内力计算方法。
        3、采用有限元法对金属波纹管和土体进行弹性分析,波纹管采用壳单元,土体采用四节点实体单元,作用简化为一组弹簧加在波纹管上,且不考虑波纹管的搭接头,假设波纹管沿周向是均匀、连续和光滑的,计算结果给出了波纹管的环向、子午向正应力、波纹材料平面内的剪应力以及波纹管的变形。
        二、国外历史应用简况
        1、1896年美国率先进行波纹管通道,波纹涵管的可行性研究。
        2、1923年美国铁路工程协会在伊利诺斯州的中央铁路应用波纹管通道进行实体测试。
        3、1929年加拿大首座波纹管用于一煤矿中。
        4、1931年澳大利亚首次建成8米汽车通道一座。
        5、1990年日本高速公路设计规范制定了波纹管设计技术规范,随着波纹管在世界各地的安装使用,证明了此种结构在各种使用情况下的通用性,而且其寿命已超过了设计寿命。
        三、国内应用:
        1、1965年云南公路局在滇缅公路的大修工程中曾挖掘出一段钢质波纹管的过水涵管,被证实是在二次大战期间美国进口安装的;
        2、八十年代山西朔州平朔线安家堡煤矿附件安装了双孔波纹板拱型通道。
        3、1998年9月在上海浦东高桥地区曾挖掘出一段直径为1米的过水波纹管涵洞,被考证为1948年安装,用于军事便道。
        4、1997~1999年,青藏公路多年冻土地区3道(2道整体式、1道拼装式),大兴安岭加漠公路100余道。
        5、国道214线青康公路姜路岭清水河段,2001~2002年推广到西宁久治公路大武至久治段、花石峡至达日公路、二指哈拉山至尕海等公路建设中,至2002年四个公路项目已累计使用418道。
        6、1998~1999年上海市在上海四号线、浦东国际机场中采用了钢质波纹板通道。
        7、2002年内蒙古、河北等地区也逐步开始应用钢质波纹管涵洞。

ZHHG波纹涵管在公路施工中具体体现出的优点:
        1、 地基承载力较低的情况下:无须对地基特殊处理,只要换填一定厚度的片石,上面加上少许沙砾垫层,出厂前的热浸镀锌工艺和管连接完成后的现场涂沥青能完全避免常年水泡和酸碱土壤的侵蚀,保证使用寿命。
        2、 简捷便道:山西临汾汾河大桥项目,建材需跨河运输,将来桥基建成后还需要运送承载梁,所以必须修建临时便道,该处涵洞跨越汾河,河内常年水流不止,在河内倒入片石,加30cm砂砾层轧实,管侧及顶部全部浇筑砼,此涵洞施工用时8天,与混凝土小桥相比,即缩短了工期,又降低了成本,相比较浮桥在安全性及承载方面也有很大的提高。
        3、 软基地带:山西临么线浮山段,该处涵洞位于河沟中,常年积水,使用φ1.5米的金属波纹涵管,填土高度18米。使用情况良好。
        4、 高寒地带施工:可冬季施工,不受气候影响。国道207线锡林浩特段,该段使用时间在2004年11月,已进入冬季,气候寒冷,修建盖板涵或石拱涵由于气温过低,会造成不同程度的破坏,而工程工期紧,时间上受限制,采用波纹管后,保证了顺利通车,此线先后使用波纹管涵15道,直径为1.0\1.5\2.0\2.5m。洞口构造为两侧都是与路基同坡率的斜管形式。涵顶填土高度从1.0~20m不等。根据调研发现,其涵顶路面行车平稳,无任何错台跳车现象,其涵洞填土最高处直径最大变形均符合使用要求,直径1米最大变形0.5cm,直径1.5米最大变形1.5cm,直径2米最大变形2cm,直径2.5米最大变形4cm。管内壁未增涂沥青的涵管,没有锈蚀。其洞口砌筑质量良好。
        5、 煤矿采空区:由于地下采空可造成地面不同程度的下降,产生不均匀沉降,对一般水泥构造物易产生裂纹、错位等不同程度的破坏,金属波纹涵管是一种柔性结构,波纹管在结构上具有横向补偿位移的优良特性,可充分发挥钢材抗拉性能强,变形性能优越的特点,具有较大的抗变形和抗沉降能力,特别适合于软土、膨胀土地、湿陷性黄土等地基承载力较低地区和地震多发地区。
        6、 填土高度过高,涵管过长,施工中回填不稳定也可以造成不均匀沉降,G109高速东胜至大饭铺段,金属波纹圆管涵长341米φ1.5米,填土高度50米,建成后将为亚洲第一沟。
        7、 特殊管型:在高填方及一侧傍山的公路施工中,由于现场往沟底倒卸建成困难以及无法修建临时便道,可利用波纹涵管半幅施工,具有安装速度快,施工工期短等特点,同时也可避免由于回填造成的不均匀沉降等问题。
        8、 低填方:内蒙省际通道一级公路乌巴线φ1.5米填土0.74米,低填方采用钢波纹管是根据钢材的强度好,耐破坏,以及钢波纹管涵洞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,避免涵洞破坏以及路面破损。
        9、 水毁应用:有些地区阵发性暴雨比较多,对桥涵构造物容易造成破坏。混凝土构造物冲毁后不能被再次利用,必须修建新的涵洞,施工时间长,道路断交影响人们的生产生活,而波纹管水毁后可重复利用,施工处理又简单。
        10、 旧涵洞修复:由于不均匀沉降对涵洞产生不同程度的破坏,如石拱涵,在高填方地段挖出重新修复工期长,断交或者便道均增加费用,内套水泥圆管不好施工,圆管涵与旧拱涵中间填充水泥砂浆困难。采用波纹涵管可在涵洞外连接好后推进,连接处无缝隙;在管侧开孔,以便填充片石和喷筑砂浆增加管涵和原涵洞的整体性;另外波纹涵管管体轻,便于施工;在施工中边推进边清理地基,保证施工人员的安全。
        11、 可替代小桥,内蒙古省际通道乌兰浩特段,该处使用直径4米金属波纹管涵并排四道,管顶填土高度0.96m,洞口构造挡墙八字墙。使用时间在2005年9月,属于后增加的涵洞,原设计此处无涵洞,雨季时公路两侧的水不通畅,导致水浸过了路面,路面结构已作好,主体已通车,修建小桥涵所用时间长,采用波纹管后,安装及回填等工序用时10天,保证了通车时间,调查发现,路面行车舒适,无路面沉降,直径最大变形4cm,沥青涂层涂刷质量不高,但管壁镀锌层良好,其螺栓紧固力符合要求,无松动现象。两条道路立体十字相交时,可采用波纹板通道。

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