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摘要：钢波纹管涵作为一种典型的空间薄壳钢结构，它不仅充分发挥钢结构所具有的良好延性、抗拉、抗剪强度较高、大跨径等性能，因轴向波纹的设计使荷载效应分散让其具有较强的抗变形能力，降低特殊地质地区超大直径管涵地基由于产生不均匀沉降造成的涵洞管身破坏变形，而且拼装钢波纹管管片结构断面小、自重轻、施工速度快、成本低、保护环境等优点，在今后如湿陷性黄土、软土、膨胀土特殊地质地区施工超大直径波纹管涵具有较广泛的应用前景。
本文通过湿陷性黄土地区的工程实体，对超高路堤填方区超大直径拼装钢波纹管连接施工操作要点进行详细介绍，为今后特殊地区施工超大直径波纹管涵提供技术参考。
关键词：Ⅳ级湿陷性黄土，高路堤，超大直径，钢波纹管连接施工
1工程概况
1.1工程概况
兰州榆中县和平T732#道路新建工程EPC总承包项目是兰州市榆中县和平镇规划的东西向主干道，道路全长937.358米，路幅宽度34米。在设计桩号K0+480～K0+560段道路跨越泉子沟凹地，此段路堤标高变化于1731.090-1759.218米之间，高差约28米。在道路桩号K0+520高填方路段处，设置一道管径3.0m钢波纹管管涵，与道路夹角为100°，涵长129.4米。管壁钢板材质Q235，厚度为7mm，波高55mm，波距200mm，采用拼装式连接安装，基础采用200cm天然砂砾。
涵管设计平面图涵管设计洞身断面图
1.2地质及主要的技术标准
1.2.1地质情况
根据《岩土工程勘察报告》，道路全线处于Ⅳ级（严重）自重湿陷性场地，道路场地范围内黄土状粉土层湿陷系数最大值为0.066，最小值为0.015；自重湿陷系数最大值为0.036，最小值为0.002，湿陷程度中等。
勘察期间，泉子沟中有少量地表径流，横穿道路路堤基底，据调查了解泉子沟为季节性排洪沟，沟中平时少量地表径流为上游居民生活污水及少量工业污水排放。本次勘探深度范围内，所有钻孔未发现有地下水，可不考虑地下水的影响。
工程场地标准冻土深度为1.18m。
1.2.2管涵主要技术标准
涵洞孔径：3.0m
设计流量：12m3/s
涵洞轴线与路中线法向夹角：100º
设计荷载：城-A级
地震动峰值加速度系数：0.2g
设计抗震设防烈度：8度，抗震设防类别为丁类，抗震设防措施等级为8级
地基容许承载力：250KPa以上
填土容重：γ=19KN/m
路基容许工后沉降：≤0.2m
设计涵底纵坡：2%
管涵安全等级：二级
设计使用年限：30年
1.3施工重、难点
1.3.1本次施工过程中重点是超大直径钢波纹管连接要紧密，本工程采用双重密封和双重防腐方式，即先采用8.8级M20高强度螺栓将管片间进行定位连接，管片与管片接缝处用聚乙烯胶密封条密封，采用中性酮密封胶将管身内外侧接缝及所有连接螺栓进行密封完成双密封处理；进场管片外表面用热浸镀锌进行防腐，对组装完成的环状管涵内外侧再均匀喷涂沥青防腐完成双重防腐处理。
1.3.2本次施工过程难点是钢波纹管涵两侧及顶部回填土施工质量的把控，若回填土不密实，或回填土中有超过规范规定的石块等杂物，这些就会对管身直接受力，将对钢波纹这样的柔性管材产生较大的变形，因此在施工回填土时要严把质量关。
1.4技术特点
1.4.1经查钢波纹管涵属于一种典型的空间薄壳钢结构，其刚性强，轴向波纹的设计更大程度的分散荷载效应，使之轴向和径向具有较大的抗变形和抗沉降能力，对于湿陷性黄土区域使用可以补偿结构上横向和竖向的管道位移。
1.4.2在湿陷性黄土地区，应用钢波纹管涵可以解决因地基变形导致的涵洞破坏、使用寿命短问题。
1.4.3超大直径的管涵采用钢波纹管拼装施工，施工时拼装速度快、缩短工期，由于进场管片均经热浸镀锌防腐处理，运输储存均方便，对于工期要求紧的工程特别适用。
1.4.4对于超大直径的管节，施工现场拼装仅使用小型机械设备，需用劳动力较少，拼装方便，省人省工省力。
2工艺流程及操作要点
2.1高填方路堤管涵施工工艺流程
施工准备→测量放样→场地平整→检测地基压实度、含水量→砂砾垫层施工→拼装管节→涵管就位→两侧分层回填→试验检测→管顶分层回填→试验检测→进出口一字墙砌筑
高填方路堤管涵施工与一般管涵施工工艺流程操作方法基本相同，本节重点说明拼装钢波纹管连接施工工艺流程及操作要点。
2.2钢波纹管拼装管节施工工艺流程
检验管片及附属配件→砂砾垫层测量复核→设置预拱度→检测管底纵坡→安装管节底片→螺栓径向向上拼接管片→螺栓轴向连接管节→校正管节圆度和位置→管身内外侧拼接缝及所有螺栓密封处理→组装完成后管内外侧均匀喷涂沥青防腐→管涵两侧及顶部分层回填
2.3钢波纹管拼装管节施工操作要点
2.2.1检验管片及附属配件
每批到场波纹管片及其附属配件都要核对生产厂家、规格、外观、产品合格证和检验报告等，主要检查管片的结构尺寸及技术参数是否满足设计及规范的要求，管片是否有损坏，检验管片、连接螺栓表面防腐是否做了处理。
钢波纹管涵管节成品允许偏差
表1
2.2.2砂砾垫层测量复核
对管涵基底铺设压实的200mm厚砂砾垫层纵向中心线、纵横安装轴线、标高进行测量复核，对垫层中心线处挖凹状弧形预备安装涵管，并用级配良好的粗砂在凹弧形管座表面设置一层厚100mm的均匀垫层，使管座与管身能紧密贴合，且保证管片安装后位置准确。
2.2.3安装涵管设置预拱度
为防止涵管安装后纵向中心出现下沉变形，根据《公路钢波纹管涵洞设计与施工技术》规范要求和本工程地质条件、涵管安装地段回填预沉量（≤0.2m）、涵管的纵坡设计、安装长度做综合考虑后，给涵管安装垫层提前设置纵向预拱度0.4%。
3.2常见质量问题
3.2.1回填土时管道发生变形
主要原因：管径超大，未采取管径内部支撑措施
措施：管顶填土前，为防止超大管径的波纹管在填土过程中产生扁管变形，宜在管内设置横向十字型临时支撑，支撑间距为1m，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。
3.2.2钢波纹管涵基础产生沉降
主要原因：施工季节不符合技术要求，未设置预拱度，特殊基础未做处理
措施：钢波纹管施工宜选择在暖季，气温宜高于0℃，一般情况在我国北方宜控制在4月底以后至11月初；寒冷地区宜控制在5月底以后至10月初，局部极寒冷地区施工季节宜控制在6-9月。针对不同地区在涵管纵向应适当预留一定的预拱度，特别是较长涵洞施工中必须考虑一定的预拱度。对于湿陷性黄土特殊地基，未受水浸湿时，土质强度较高，压缩性小，但在一定压力下土质受水浸湿，土结构将会迅速破坏，并产生较大附加下沉，土质强度也将迅速降低，因此在钢波纹管施工时要做消除黄土湿陷性处理，防止地基土方受水浸湿造成波纹管竖向位移和高回填土方荷载造成的波纹管横向位移，如灰土换填、砂砾换填、冲击碾压等。
4安全及环保措施
4.1管涵施工前做好安全技术交底记录，现场设拼装指挥员一名、安全员一名，指挥员负责指挥起吊及施工人员现场操作，安全员负责施工现场的安全管理。
4.2对于管缝间用密封胶，未固化的密封胶和密封胶固化过程中都会释放出挥发性化合物，长期吸入高浓度的挥发性化合物会有损健康，因此工作场所应特别注意保持良好的通风。
4.3电动葫芦使用时应有专人检查维修，项目管理人员不定期检查。
4.4搭设活动脚手架高度不超过2米，脚手架必须搭设牢固、平稳，架设管内脚手架，注意直径两端距离，以防安装时管道变形。
5工期效益
项目部精心策划，合理安排工期，通过前期电脑排版技术应用，管涵涵身管片合理拼装排版，确保拼装有序进行，管涵整体施工从进货到拼装完成只用25天完成，比一般同直径现浇钢筋砼管涵提前30天左右。
6结束语
通过高填方区超大直径拼装钢波纹管连接施工方法在兰州榆中县和平T732#道路新建工程EPC总承包项目中的应用，很好的解决了湿陷性黄土地区路堤回填高度超高，管涵直径超大，施工工期较短，地基变形沉降较大的管涵施工难题，为工程节约了施工成本，减少了施工对环境的影响，改善了高路堤横向排水条件，提高了涵洞使用寿命，在今后同类工程中可以参考应用此法进行施工。
参考文献：
[1]李祝龙.《公路钢波纹管涵洞设计与施工技术》.人民交通出版社.2006
[2]王起龙.技术探讨.《散拼大直径钢波纹管施工技术研究》2015.7
[3]姚明.江西建材.《钢波纹管涵洞在高填方路基中的应用》2014（14）