浅述钢波纹管结构在公路工程中的研究及应用

浅述钢波纹管结构在公路工程中的研究及应用

廖 鑫 何 颖 何安生

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

摘要：钢波纹管结构具有适用范围广泛，施工方便，经济环保，美观耐用等优点，在我国公路工程中已逐步得到应用。本文对钢波纹管的结构特点、性能优势及应用情况等进行了一定的阐述，对钢波纹钢管结构提供了初步认识，也对钢波纹管结构的深入研究具有一定的参考价值。

关键词：钢波纹管结构；性能优势；应用情况；发展前景

1 结构特点及优势

1.1结构特点

钢波纹管是一种典型的空间薄壳柔性结构，轴向波纹使其具有优良的受力特征（轴向和径向同时承载）和可以补偿横向位移^[2]，能充分发挥钢材抗拉/压性强、适应大变形的优点，是结构具有较大的抗变形和抗沉降能力。柔性的钢波纹管安装后与周围回填土之间发生综合的相互作用，形成一个拱形结构和弹性层组合的复合结构，该结构既柔韧又结拱成型。一方面，通过弹性层不断地均衡土压力，能够将结构的部分荷载分散到两侧的土体上，分散荷载的应力集中；另一方面，荷载作用下周围土体在钢波纹板、管四周形成若干个支撑点，提高了结构自身的承载力。

由于钢波纹管结构对承载力要求不高，容许填土高度范围宽(0.6m～60m)，因此其在新建改建和养护工程中均有广阔前景，可广泛用于各种小型桥梁、暗渠涵洞等。

图1 镀锌钢波纹管结构

1.2结构优势

相比于混凝土（圬工）结构，钢波纹管结构在使用功能上具有很多优势^[2]：

1）造价低，施工快捷

实际工程造价比较表明^[3]，钢波纹管涵直接工程造价普遍低于同等跨径的钢筋混凝土涵，当管径≥1m时，跨径越大经济效益越明显。同时，施工方便快捷，现场无需很多大型机械，大幅缩短工期，典型工程造价对比见表1。

表1 钢波纹管涵与同跨径混凝土（石）涵造价对比

2）强度高，重量轻

钢波纹管的强度为水泥管的1.5～3倍，密封性有保障。但重量仅为同规格水泥管的1/15～1/5。

3）耐久性

钢波纹管表面一般会镀锌，形成细密的镀锌保护层，抗腐蚀性能优异。如采用先进的双侧压塑膜（各3层）防腐技术，可使用寿命长达100年以上。

4）适用性强

由于对地基承载力要求低以及良好的柔性和强度，钢波纹管能够适用于各种复杂的地形和地质条件，特别适用于多年冻土、膨胀土、软土、湿陷性黄土、高填方、采空区等特殊地段和地震多发区。

5）避免错台跳车

钢波纹管很好地解决了构造物与基础刚度差异引起的不均匀沉降问题，无需设伸缩缝，有利于改善结构物与路堤交界处的“错台”现象，提高了行车的舒适度与安全性。

2 国内外应用情况

2.1 国外应用情况

钢波纹管结构物在国外使用很广泛，钢波纹管结构于1784年最早诞生于英国，现在美国、加拿大、日本、韩国、澳大利亚、非洲、西欧等一些国家每年都在大量使用，世界各地近一百年的应用及运行验证了钢波纹管涵在各种情况下的通用性，且寿命已超过了设计寿命。随着钢波纹管的不断应用和经验的积累，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚、日本、韩国等国已制定了设计、制造及施工安装手册和标准规范，积累了波纹管涵设计方法。

在美国、加拿大等分布有多年冻土的国家，钢波纹管涵已被广泛应用于公路工程，并制定了设计、制造及施工安装手册，积累了较为成熟的修建经验，特别是在高寒地区应用金属波纹管涵洞更显其优越性。韩国于1997年开始研究应用钢波纹管涵洞，随之被广泛应用于隧道、小桥涵的建设中，主要采用北美的相关技术，韩国现已相继修建了2000多例钢波纹管结构。目前非洲多数国家在基础设施建设中也大量使用钢波纹管涵洞。

2.2 国内应用情况

建国前及建国初期我国就已开始了钢波纹管结构的应用，而对钢波纹管结构的进一步研究使用，却是在20世纪90年代末。自1997-1999年在青藏公路多年冻土地区采用钢波纹管涵洞解决了多年冻土地区因融沉和冻胀而导致涵洞破坏的难题之后，青海和西藏大量使用钢波纹管涵洞；2001-2003年青海省在青康公路、宁党公路、西宁久治公路等工程中应用钢波纹管涵近418道；黑龙江的省道207为解决大兴安岭多年冻土区涵洞基础稳定性问题，修建了100余道无基钢波纹管涵洞；1998年上海四号线、浦东国际机场中采用了钢波纹管通道，之后该结构在上海市政工程中推广；2003-2005年内蒙古、河北等地区开始大量应用钢波纹管涵，并开始使用分片拼装、拱形和椭圆形钢波纹管^[4]。到目前为止，我国部分北方地区已开始大规模应用钢波纹管涵，华中、华南及西南地区也已开始尝试应用。

3 发展趋势

钢波纹管在国内作为一种新型的公路构造物，虽然在使用中也存在一些问题，比如波纹钢管到目前为止还没有设计及施工规范或指导性条文，波纹钢管的耐腐蚀性及使用寿命也只是参照国外相关资料推测等，但其优势还是显而易见的。2008年，交通部发布并实施了部颁标准JT/T710-2008《公路桥涵波形钢板》，2010年交通部发布部颁标准JT/T791-2010《公路涵洞通道用波纹钢管（板）》均为钢波纹管结构在我国的推广应用提供了更有利的条件。随着我国经济技术的快速发展，我国交通事业也经历着一个飞速发展的时期，进一步开展钢波纹管，尤其是对大跨径的波形钢管结构的研究，并将其研究成果应用于公路建设过程中，将产生巨大的经济、设计效益。

4 结术语

钢波纹管结构具有经济耐用、适用广泛等优点，目前在我国部分省份已广泛应用于小跨径的涵洞上，初步形成了一套小管径的钢波纹管涵设计与施工技术，若对大跨径结构再进行深一步的研究以及应用，钢波纹管结构在我国是具有非常广阔的应用前景的。

参考文献:

[1]朱梦良，张健仁，李海梁. 钢筋混凝土圆管涵破裂原因分析与防治[J].公路交通科技，2000，17 (1)：24-27

[2]李祝龙. 公路钢波纹管涵洞设计与施工技术 [M]. 北京:人民交通出版社, 2006.

[3]王志宏. 公路钢波纹管设计与施工技术[技术报告]. 衡水益通金属制品有限责任公司，2012.

[4] 陈昌伟. 波形钢板结构及其在公路工程中的应用[J]．公路，2000，(7)：48-54