波纹钢管涵洞设计说明 2014年8月7日.doc

一、 波纹钢管涵洞适用范围1、 高填方路段：采用拱涵或盖板涵地基承载力不满足要求，或施工质量难以保证且费用较高时；2、 山区公路：浇筑混凝土使用的原材料缺乏，施工用水困难，或水泥、钢材等材料运输不便时；3、 不良地质条件：常年冻土、膨胀土、软土、湿陷性黄土等特殊地区，地基不均匀沉降可能对刚性涵洞造成破坏时；4、 北方地区：受工期影响或季节气候制约，采用混凝土结构难以满足质量及工期要求时；5、 快修工程：应急抢险、救灾等对工期要求较紧的涵洞；6、 一般公路工程：与同等跨度的常规混凝土管涵、盖板涵和箱涵相比，波纹钢管涵洞在受力性能、施工工期、使用寿命、行车舒适度、养护成本、综合造价等综合因素具有可比性时。二、 采用与参照的标准与规范 本设计图主要依据以下标准进行编制：1、 交通部颁公路工程技术标准（JTG B01-203）2、 交通部颁公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）3、 交通部颁公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）4、 交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）5、 交通部颁公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）6、 交通部颁公路桥涵设计细则（JTG/T D65-04-2007）7、 交通部颁公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）8、 交通部颁公路涵洞通道用波纹钢管（板）（JT/T 791-2010）9、 交通部颁公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）10、建设部颁钢筋结构设计规范（GB 50017-2003）11、加拿大规范Canadian Highway Bridge Design Code （CAN/CSA-S6-06）12、美国规范AASHTO LRFD Bridge Design Specification，4th Edition 三、 主要技术指标1、 设计荷载：公路-级、级（以车辆荷载控制设计）2、 涵洞孔径：0.75、1.0、1.25、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0m3、 涵洞斜度：0454、 管顶填土高度：0.855m5、 地震动力峰值加速度：0.05g6、 设计基准期：100年7、填土容重：四、 主要材料1、管身：采用Q235或Q345热轧钢板制作，Q235钢板应满足碳素结构钢（GB/T 700-2006）和热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差（GB/T 709-2006）的要求，屈服强度不应小于235MPa，抗拉强度不应小于370MPa。Q345钢板应满足低合金高强的结构钢（GB/T 1591-2008）和热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差（GB/T 709-2006）的要求，屈服强度不应小于345MPa，抗拉强度不应小于470MPa。2、洞口端墙墙身、八字墙墙身：C20混凝土3、洞口端墙墙身、八字墙基础：C20混凝土4、截水墙：C20混凝土5、河床铺砌、洞口护坡：M10浆砌片石6、勾缝：M10砂浆7、缘石：C20混凝土8、片石强度：石材强度等级不小于MU509、钢筋：HPB300光圆钢筋：满足钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB 1499.1-2008）规定，抗拉强度标准值，抗拉强度设计值。凡直径12mm者，应采用HPB300光圆钢筋。 HRB400螺纹钢筋：满足钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB 1499.2-2007）规定，抗拉强度标准值，抗拉强度设计值。凡直径者，应采用HRB400热轧螺纹钢筋。 10、基础与管侧回填： 基础：上层采用级配砂砾或均匀粗砂，下层采用砂砾或级配碎石。 管侧与管顶：级配良好的粗砂或碎石。 结构性回填区：级配良好的砂砾或粗砂。五、 设计要点1、 设计计算：(1) 本图参照加拿大规范Canadian Highway Bridge Design Code （CAN/CSA-S6-06）进行设计计算。(2) 荷载计算：恒载计算：涵上填土按土柱重理论计算，考虑涵洞起拱线以上的所有土体，内摩擦角，土容重。活荷载计算：按中国公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）规范中的车辆荷载，考虑车道折减，不考虑涵洞顶土柱和周围填土间的摩擦力，采用角度分布法计算，半无限弹性体理论核算。(3) 涵底纵坡：本通用图适用于涵底纵坡不大于5%的涵洞。涵底纵坡更大时，应进行水力计算，并考虑水流冲刷对洞身产生的下拉力可能引起的涵身管节位移和拉裂。(4) 图纸中管径D为波纹钢管内径，管顶填土高度h为波纹管顶的管壁中心线距填土顶的高度。2、 斜交涵洞：按斜涵正处理洞身壁厚与正交涵洞一致。3、构造要求：(1) 直径小于或等于2.0m的波纹管通常为圆形整体管，管节长度为2-6m，采用法兰螺栓连接；直径大于2.0m波纹管通常采用圆弧形波纹钢板分片拼装。(2) 洞口形式分八字式与倾斜式。八字式洞口水流条件较好，造价亦较低，一般情况下宜采用八字式；当采用倾斜式时，应保证路基边坡稳定。为防止钢波纹管发生顺路线方向位移，并保证与八字墙的顺接，在涵洞洞口设置侧墙。(3) 整体管连接法兰及管箍采用角钢、钢板制作。整体管与分片拼装管的紧固件采用国标中的标准紧固件，其强度和规格应满足力学要求，且不低于管材强度要求。垫片与紧固件相配。(4) 法兰连接的密封材料采用方形耐久性能较好的橡胶密封圈或方形石棉盘根密封条，管箍连接的密封圈应使用耐久性较好的橡胶材料，如丁基橡胶、氯丁橡胶和橡胶海绵等。4、耐久性设计： 波纹钢管防腐设计波形钢板内、外表面均须进行热浸镀锌处理。热浸镀锌采用GB/T 470规定的1号或0号锌，钢板表面处理的最低等级为Sa2.5，热浸镀锌层技术质量应符合下表规定：项目要求单面附着量强腐蚀性环境：波纹钢圆管、波纹钢板件、法兰盘和管箍600；中等腐蚀性和弱腐蚀性环境：波纹钢圆管、波纹钢板件、法兰盘和管箍300镀锌层附着性镀锌层应与钢板结合牢固，经锤击试验不剥离，不凸起外观质量锌层应均匀完整、颜色一致，无漏镀缺陷，表面光滑，无流挂、滴瘤或结块锌层均匀性锌层应均匀，无金属铜的红色沉积物锌层耐盐雾性耐盐雾性试验后，基材不出现腐蚀现象注：强腐蚀性：指金属表面均匀腐蚀大于0.5mm/年；中等腐蚀：金属表面均匀腐蚀（0.10.5）mm/年；弱腐蚀性：指金属表面均匀腐蚀小于0.1 mm/年热浸镀锌合格的波纹钢管再进行二次防腐及防磨处理：a. 用于弱腐蚀环境时：镀锌后的波纹钢管（板）现场安装完成后，在管节内外管壁均匀喷涂沥青漆或乳化沥青两遍，要求涂层厚度不小于1mm。沥青晾干后方可开始回填。b. 用于中等腐蚀环境时：在内外管壁表面高频高压热熔高密度聚乙烯板（HDPE），内层厚度0.5mm，外层厚度0.5mm，或内层根据实际情况加厚至0.7mm、1.0 mm、1.25mm、1.5mm、2.0mm、3.0mm。热熔HDPE质量应符合下表的规定：项目要求均匀性热熔HDPE层应均匀光滑、连续，无肉眼可分辨的小孔、空洞、孔隙、裂缝、脱皮及其他有害缺陷附着性热熔HDPE层附着良好，对于热熔HDPE层经剥离试验后，热熔HDPE层不断裂，无剥离，剥离强度大于30N/cm耐磨性热熔HDPE层按GB/T5478-2008塑料滚动磨损试验方法试验规定的方法，经1000转磨损试验后塑料层未磨穿耐冲击性经按GB/T9639.1-2008塑料薄膜和薄片抗冲击性能试验方法自由落标法 第1部分:阶梯法试验后，除冲击部位外，热熔HDPE层无碎裂、开裂或脱落现象耐化学药品性经GB/T11547-2008塑料耐液体化学试剂性能的测定试验后，热熔HDPE层无起泡、软化、丧失黏结等现象耐盐雾性经GB/T1771-1991色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定试验后，除划痕部位任何一侧0.5mm内，热熔HDPE层无起泡、剥离、生锈等现象耐候性经GB/T1865-2009色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射曝露 滤过的氙弧辐射试验后，热熔HDPE层不允许产生裂缝、破损等损伤现象耐湿热性经GB/T1740-2007漆膜耐湿热测定法试验后，除划痕部位任何一侧0.5mm内，热熔HDPE层无起泡、剥离、生锈等现象塑料层拉伸强度大于10MPa塑料层断裂伸长率大于300%直角撕裂强度大于100N/mmc. 用于强腐蚀环境时：宜适当增加管壁厚度（按0.5mm模数增加），并相应增加热浸镀锌厚度及防腐涂层厚度。 连接件防腐设计在强腐蚀性环境下，螺栓、螺母的热浸镀锌量；在中等腐蚀性和弱腐蚀性环境下，螺栓、螺母的热浸镀锌量； 波纹钢管抗冲刷设计本通用图给出以下两种方案，设计时视情况选择使用：a. 管身内壁下150度范围内采用10cm厚热镀锌钢丝网混凝土护壁，钢丝直径5.5mm，间距15cm，混凝土采用C30，并布置M52型螺栓以便浇筑混凝土，螺栓间距不大于600mm。本设计不与热熔高密度聚乙烯板同时使用。b. 管身内壁下90180范围内安装工程塑料衬垫，衬垫波形与涵管波形吻合。采用M30螺栓连接，只在最外侧塑料衬垫距外边缘50mm处设置两排螺栓限制横向移动，内边缘和其它塑料衬垫不设置螺栓，而由衬垫自身的弧形及管身的波纹形状分别限制竖向及纵向移动，螺栓沿涵洞纵向的间距不大于600mm，衬垫根据管径及铺设范围分片。六、 安装操作规范 1、施工前准备 备齐安装工具、起吊设备。 备足脚手架、跳板。 施工现场准备电源。2、安装操作方法 安装前工作：检查波纹钢板管涵底部平整度、水平、标高；核对土建基准，确定涵管的位置、中心轴线、中点。 拼装底板：以中心轴线，中点为基准，第一张波纹板定位，以此为起点向两侧延伸，直至两端。轴向搭接长度为50mm，第二张板叠在（搭接部分）第一张板上面，对正连接孔。螺栓的螺纹部涂上润滑剂，套上垫圈由内向外插入孔位，对面套上垫圈旋上螺母，用套筒扳手预紧螺母。 拼装环形圈：由下向上顺次拼装。圆周向搭接长度为90mm，搭接部分上板覆盖下板（见上图），圆周向连接采用阶梯形，即上面二块板的连接叠缝与下面二块板的叠缝错位，连接孔对正后，用涂上润滑剂的螺栓，套上垫圈（遇谷用凸垫，遇峰用凹垫，不得装反）由内向外插入孔位，用套筒扳手预紧螺母。 圆周向拼装满三波纹板时，要测定一次截面形状，达到标准再继续拼装，达不到标准应及时调整。圆周向拼装到环形圈合拢时，测定截面形状，采用定位拉杆固定，调整预紧螺栓，拼装顶部第一块波纹板。 管涵拼装全部完成，用定扭电动扳手，按预紧力扭矩340N.m70N.m紧固所有螺栓，依次序，不得遗漏，紧固后底螺栓用红漆标示。所有螺栓（包括纵向和环向接缝）应在回填之前拧紧，保证波纹的重叠部分紧密地嵌套在一起。 为了保证达到螺栓扭矩的要求值，在回填之前随机抽取结构上纵向接缝上2%的螺栓，用定扭扳手，定预紧力扭矩340Nm70Nm，进行抽检试验。如果有任一试验值超出了给定的扭矩范围，则应抽检纵向和环向接缝所有螺栓的5%。如果上述试验90%以上满足要求，则认为安装是合格的。否则应重新紧固所有螺栓，直至满足要求。 波纹钢板管涵外圈搭接处用预紧力扭矩符合要求后，可用专用密封胶或环氧树脂砂浆封填，以防波纹板连接处渗水。3、 注意事项 设拼装指挥员一名，负责指挥起吊及施工人员现场操作。 脚手架必须牢固、平稳。 架设内脚手架时，注意直径两端距离，以防安装时涵洞变形。七、 函基施工技术要求 1、挖基(1) 沟渠开挖应按设计要求进行，当基底土为淤泥等不良土层时，应予换填处理。(2) 应尽量避免超挖。如确需超挖，应将松动部分清除，其处理方案应报监理、设计单位批准。(3) 挖至标高的土质基坑不得长期暴露，扰动或浸泡，并应及时检查基坑尺寸，高程，基底承1. 载力，符合要求后，应立即进行基础施工。2、基础 结构基础必须有足够强度、稳定性和均匀性，但不必比在结构周围承受回填材料的原状土体更强。底基层一般可采用6080cm厚的中粗砂或砂砾或碎石土。应采用粗砂或级配砂砾在底基层表面设置一层3050cm厚的均匀垫层，其最大粒径为12mm。 对预计地基有一定沉降的情况，考虑到水流的要求和结构的整体性，应该设置基础的纵向预拱。基础在涵管纵向预拱度一般为0.51。3、回填 回填料回填材料应符合本图中给出的级配要求。回填料应倾倒在结构两侧1.0倍直径以外，回填料应符合设计要求。 回填施工结构两侧回填应对称施工，分层回填，每层厚度为20cm。a. 对于有端部挡墙的情况，从两端向结构的中心进行回填；b. 对于没有端部挡墙的情况，从结构的中心向两端进行回填； 压实a. 结构近处用机械夯实，管底下方楔形部粗砂用“水密法”震荡器振实。b. 涵洞两侧回填应采用振动压路机压实，压实底不宜过高，否则涵管两侧土压力会造成管径在竖直方向加大，管顶回填后也难以恢复原状，因此压实度应介于93%95之间。c. 涵管下方的底基层压实度不宜过大，否则涵管两侧和管底的回填材料压实度相差过大，易造成管身部分位置处应力集中，应介于85%90之间。d. 涵管下方的的砂垫层不需压实。e. 涵管上方当回填厚度小于50cm时采用手扶振动压路机压实或采用小于6t的静碾压路机压实，压实度应介于93%95之间。当涵管顶填土大于50cm后，方可采用YZ12压路机施工，每层厚度20cm，压实度应介于93%95之间。 结构形状监测在完成回填之后，最终的结构形状与组装时的形状最大不超过2%，除非实际形状与设计形状的误差在2%以内。八、 工程质量检验评定标准 1、一般规定 钢质波纹板在出厂前应严格按钢质波纹板加工验收标准进行验收，并进行必要的预拼装。 钢质波纹板涵洞现场拼装，必须严格按设计并按钢质波纹板涵洞施工安装规范的要求施工。钢质波纹板涵洞现场施工中土建部分收标准可参照交通部JTG F80/1-2004中有关标准，如钢质波纹板涵洞两侧出口处的护坡可采用JTG F80/1-2004第6.9、6.10节标准验收；钢质波纹板涵洞外回填土的验收可归入路基工程之中。2、基本要求 每座波纹钢板管涵单体出厂时，必须附有产品质量合格证书。 波纹钢板运到施工现场后，必须逐块检查，凡在运输过程中变形的钢板不得使用。 基础的地基承载力必须满足设计要求，严禁超挖回填虚土，严格控制标高。 波纹板在安装时，拼接处必须清理干净，以确保拼缝搭接紧密。 波纹钢板安装铺设应平顺、稳固，管底坡度不得出现反坡，管涵内不得有泥土、砖石等杂物。 必须采用有效措施，确保管涵外路堤回填土底质量。 高强螺栓紧固后，在二次防腐处理前，应在搭接处用密封防水材料（或热沥青）涂装。 验收表式采用JTG F80/1-2004中分项工程质量检查评定表。3、实测项目实测项目参见下表：项次检查项目规定值或允许偏差检测方法1管涵底土基压实度（%）达到设计要求波纹板管涵轴线：投影下的土基每6m测一处，但不少于二处2管涵轴线偏位（mm）20经纬仪或拉线：每6m测一处，但不少于二处3管涵内底高程（mm）水准仪：每6m测一处，但不少于二处4安装管涵内径（mm）尺量：每6m测水平，垂直各一处，但不少于二处九、 其他注意事项 1、波纹钢管管身与连接螺栓等均须做防腐处理。现场施工时如导致局部防腐涂层出现损坏，应及时采取补救措施，如增加涂层。2、如地下水位高于涵底标高，应采取锚固设施防止涵管因浮力影响在回填中上浮。3、波纹钢管涵的涵底纵坡大于5%时，应采用必要的防滑移措施。4、基础与涵管侧面、顶部的填料应分层碾压，压实度应符合前述要求，否则容易引起涵管局部应力集中、变形，承载能力下降。5、结构性回填的材料不应使用卵石，在任一横截面上管两侧结构性回填层的高差不应超过20cm，管壁两侧1.5m范围内不得使用重型机械设备。另外，靠近管壁和在冰冻深度内的结构性回填不应使用冻胀敏感性土。6、涵管在运输装卸过程中，应采取防碰撞措施，避免管节损坏或碰伤防腐涂层。涵管应采用吊具装卸，不允许采用滚板或斜板。7、管节接头盒进出口不得漏水、渗水。8、管顶填土厚度大于0.5m后，方可允许机械通过。9、管身接缝的螺栓应交错布置。10、应选择具有雄厚的技术实力、批量生产能力和大型公路项目的成功案例，并具有交通部交通认证中心颁发的交通产品认证证书的波纹钢管生产厂家为加工供应商。十、 本通用图使用方法 计单位可使用本通用图进行涵洞设计，但要注意以下几点：1、本图仅适用于管身材料采用Q235或Q345热轧钢板的波纹钢管涵洞。2、经业主和设计单位同意，拼装波纹钢板的纵向接缝可采用与本图不同的螺栓连接，但连接强度不得小于图中的连接形式，且应考虑螺栓孔对管身钢板材料的折减效应。3、本图提供了两种常用洞口形式作为参考，即八字墙圬工结构和削竹式波纹钢结构，设计中可根据实际地形情况采用跌井、直翼墙、八字墙、一字墙、挡墙等其它形式。4、本图中洞口形式只适用于6m及6m以下的管径，6m以上管径的洞口需另行设计。5、钢波纹管涵洞对基础承载力无特殊要求，参照该处路基基底承载力要求即可。对于岩石地基则必须进行一定厚度的换填处理。6、特殊条件下的涵洞设计请向标准化室咨询。其它未尽事宜，按本通用图采用的标准与规范要求执行。