摘要：通过对大孔径钢波纹管涵洞进行野外现场试验，分析了钢波纹管涵洞管外土压力的大小及变化规律，得出：填筑至管顶过程中钢波纹管由于受两侧碎石挤压，管顶周围受力变形最大；填筑至路基顶过程中管底和管顶土压力均随着填土高度增加而增加，且距路中越远值越小。为今后大孔径钢波纹管涵洞施工及预拱度设置提供一定的参考。
关键词：大孔径；钢波纹管；土压力；效益分析
中图分类号：U449.83 文献标志码：B
Abstract： According to the field test on culvert with large aperture steel corrugated pipe， the earth pressure surrounding the pipe and its change rule were analyzed， and the following conclusion was drawn： due to the squeezing of gravel from both sides， the top of corrugated pipe suffers the biggest deformation in the process of filling； earth pressure on both ends of the pipe increases along with the fill height when filling up to the top of subgrade， the smaller the farther away from road center， which provides reference for the construction of culverts with large aperture steel corrugated pipe.
Key words： large aperture； steel corrugated pipe； earth pressure； benefit analysis
0 引 言
波纹管涵是波纹状管或波纹状板通过连接、拼装成的一种涵洞形式。波纹管或波纹状板由钢、铝或塑料等材料制成，目前在公路工程中主要用于钢波纹管涵洞。相对于普通钢筋混凝土涵洞，钢波纹管涵洞易于施工，特别是在多雨季节；且应用效果良好，几乎不会出现结构变形等普通钢筋混凝土涵洞存在的问题[1-4]。
本文以万宜高速公路A5标桩号CKO+243的钢波纹管涵洞现场试验为依托。钢波纹管波长150 mm，波高50 mm，壁厚7.0 mm，采用Q235A热轧钢板制成，表面防腐采用热浸镀锌，且现场安装前内外涂刷防腐沥青。填土从管底至路基顶部，高度为12.04 m。
1 钢波纹管涵洞试验方案
在管顶和管底（离管6 cm）以3 m等距离均匀布置土压力盒，管顶和管底的压力盒位置上下对应，如图1所示，编号为①～B12。根据不同填土高度压实稳定后，分层测试管顶和管底的土压力[5-7]。
2 土压力测试结果及分析
2.1 管底土压力随填土高度的变化规律
随着填土高度的增加，管底土压力变化规律如图2所示，从图2可以看出。
（1） 从管底+0.44 m填筑至管底+12.04 m，各测点土压力逐渐上升。
（2） 从管底+0.44 m填筑至管底+4.73 m（即管直径范围内）时，距路中6 m位置的土压力与填土高度的增长斜率大于其他位置。
（3） 从管底+0.44 m填筑至管底+4.73 m（即管直径范围内）时，路中及距路中3、9、12 m位置的土压力大小有所交替；填土从管底+518 m至管底+1204 m时，除距路中6 m外，土压力从大到小的顺序为：路中、距路中3 m、距路中9 m、距路中12 m。离路中越远，管底土压力越小。
（4） 当填土至管底+1.655 m时，部分测点的土压力值略微下降，这可能是由于施工时压实不够引起的。另外，距路中15 m位置处压力盒失效，未能测出压力值。
2.2 管顶土压力随填土高度的变化规律
管顶土压力随着填土高度增加的变化规律如图3所示，从图3可以看出。
（1） 随着填土高度从管顶+0.18 m填筑至管顶+7.04 m，各测点的土压力逐渐上升。
（2） 填土高度从管顶+0.18 m填筑至管顶+153 m时，各测点的土压力值较小，数值接近；从管顶+253 m填筑至管顶+704 m时，各位置的土压力值从大到小的顺序为：路中、距路中3 m、距路中6 m、距路中9 m、距路中12 m、距路中15 m。离路中越远，管顶的土压力值越小。
2.3 管底与管顶土压力对比分析
同一填土高度下，管底与管顶的土压力对比分析如图4所示，对应工况为从管顶+018 m填土至管顶+704 m，从图4可以看出。
（1） 随着填土高度从管顶+018 m至管顶+704 m，各测点的土压力逐渐上升。
（2） 管顶的土压力值大于管底的土压力值，且填土越高差值越大。
3 经济效益分析
3.1 直接经济效益
江西万宜高速应用波纹管涵洞与同一标段相似尺寸的钢筋混凝土盖板涵造价进行比较，结果见表1。
从表1可看出：A1标段的1-Φ4涵长163 m的钢波纹管比4 m×4 m的钢筋混凝土盖板涵节省35.86万元，减少造价11.5%；A2标段的1-Φ3涵长138 m的钢波纹管比3 m×3 m的钢筋混凝土盖板涵节省3036万元，减少造价202%；A2标段的1-Φ4涵长123 m的钢波纹管比4 m×45 m的钢筋混凝土盖板涵节省4059万元，减少造价182%；A5标段中1-Φ4涵长985 m的钢波纹管比4 m×4 m的钢筋混凝土盖板涵节省2167万元，减少造价115%；A5标段的1-Φ5涵长1755 m的钢波纹管比6 m×5 m的钢筋混凝土盖板涵节省5441万元，减少造价114%。3个标段共节省18289万元，共减少造价135%。施工工期内每一处可缩短30～50 d，5处共可缩短150～250 d。
3.2 间接经济效益
钢波纹管涵采用钢板热浸镀锌，使用寿命可达到50年以上；在腐蚀性大的环境下采用内外表面沥青吸附层的钢波纹管，可在涵洞原使用寿命基础上提高约20年以上[8-10]。
以安全使用期为50年计算，每10年进行一次重新铺装。
（1） 跨径3 m×3 m钢筋混凝土盖板涵重新铺装一次费用约2万元；使用期内换面板费用约6万元；维修费用为16万元。直径3 m钢波纹管涵洞使用期内需喷涂2次，每次按1万元计，共需维修费用2万。能够节省维修费12万元。
（2） 跨径4 m×3 m、4 m×4.5 m钢筋混凝土盖板涵重新铺装，统一按一次费用约2.3万元计算；使用期内换面板费用约8万元；维修费用为195万元。直径4 m钢波纹管涵洞使用期内需喷涂2次，每次按2万元计，共需维修费用4万。节省维修费155万元。
（3） 跨径6 m×5 m钢筋混凝土盖板涵重新铺装一次费用约2.6万元；使用期内换面板费用约11万元；维修费用为24万元。直径5 m钢波纹管涵洞使用期内需喷涂2次，每次按3万元计，共需维修费用6万。能够节省维修费18万元。
因此，5处钢波纹管涵洞在使用期内维修费用共节省约76.5万元。按照正常施工，工期可缩短150～250 d。如考虑到混凝土施工及后期拆除对环境造成的破坏，则经济效益会更大。因此大孔径钢波纹管具有巨大的应用价值和广阔的应用前景。
4 结 语
（1） 当管周填土0～5 m时，钢波纹管由于受两侧碎石挤压，管顶周围受力变形最大。
（2） 当管顶填土0～7.04 m（路基顶）时，波峰以拉应力为主，波谷拉、压应力平衡，波侧以压应力为主，且波峰、波谷、波侧都在210°出现应力集中。
（3） 随着填土高度的增加，管顶、管底的土压力值从大到小为：路中、距路中3 m、距路中6 m、距路中9 m、距路中12 m以及大于15 m。即离路中越远，管底和管顶的土压力值越小。
（4） 同一填土高度下，实测管顶土压力值大于管底土压力值，且填土越高差值越大。直径大于3 m的钢波纹管涵洞比同尺寸的混凝土盖板涵造价要降低约10%～20%，工期可缩短30～50 d。
参考文献：
[1] 李祝龙.公路钢波纹管涵洞设计与施工技术研究[D].西安：长安大学，2006.
[2] 李祝龙，章金钊.高原多年冻土地区波纹管涵应用技术研究[J].公路，2000（2）：28-31.
[3] 明 艳.公路钢波纹管涵洞设计内容[J].黑龙江交通科技，2011（1）：101-102.
[4] 孙伯文，李祝龙，刘洪林.大孔径钢波纹涵洞在河北公路中的应用研究[J].山西建筑，2010（8）：263-264.
[5] 刘百来，李祝龙，汪双杰.钢波纹管涵洞力学性能的有限元分析[J].西安工业学院学报，2006，26（1）：83-86.
[6] 王秉勇.涵洞顶填土压力的讨论及计算[J].铁道工程学报，2002，19（2）：50-54.
[7] 赵成刚.土力学原理[M].北京：北京交通大学出版社，2009.
[8] 王 卫，张建东，段鸿杰，等.国外波形钢腹板组合桥梁的发展与现状[J].现代交通技术，2011，8（6）：31-33.
[9] 安永日，曾 嵩，王 芳，等. 波形钢腹板-PC组合箱梁矮塔斜拉桥参数分析[J].公路交通技术，2011（6）：54-57.
[10] 王军刚，刘 强.钢波纹管涵在山区高速公路中的应用[J].中外公路，2009，2（29）：165-167.
[责任编辑：杜敏浩]
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