说 明
1 任务依据
根据[交设经〔2010〕170号]文 下达关于编制钢波纹管涵通用图任务书。 2 设计标准
本设计遵照中华人民共和国行业标准、规范及细则：
农产品网络营销策略《公路涵洞通道用波纹钢管(板)》JT/T791—2010；
《公路工程技术标准》JTG B01—2003；
《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30—2002；
《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004；
《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61—2005；
《公路钢筋混凝土砼及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004；
《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007； 《公路涵洞设计细则》JTG/T D65—04—2007；
《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041—2000。
3 技术指标
1、设计荷载：公路－Ⅰ级
2、涵洞孔径：Φ150cm、Φ200cm
3、涵洞交角：0°、15°、30°、45°（交角为路线设计线的法线与涵洞轴线之间的夹角）。
不同填土类别、高度壁厚选择(mm)
表-1
波纹管 内径cm | 填土高度 填土类别 | 1.2～8m | 8～10m | 10～12m | 13～14m | 15m | 16m | 17m | 18m |
150 | 粘土 | 4 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | | |
200 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | | | |
150 | 砂泥岩 互层 | 4 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 6.5 | |
200 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 6.5 | | |
150 | 砂砾石土 | 4 pxe | 4 | 4.5 | 4.5 | 5 | 5 | 5.5 | 5.5 |
200 | 4.5 | 4.5 | 4.5 | 4.5 | 5 | 5 | 5.5 | 5.5 |
| | | | | | | | | |
注：波纹管波距为150mm，波高为50mm。波纹管涵洞最小填土高度要求大于1.2m。
4 主要材料
1、管身：采用Q235-A热轧钢板制作，钢板屈服强度不应小于235Mpa，抗拉强度不应小于375 Mpa；钢板、钢带应符合GB/T 912或GB/T3274的规定，其尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T 709的规定。 2、洞口墙墙身、翼墙墙身：C20片石混凝土。
3、洞口墙基础、翼墙基础：C20片石混凝土。
abp-146
4、河床铺砌、隔水墙：C20片石混凝土。
5、帽石：C20混凝土预制块。
6、片石强度：石材强度等级不小于MU30。
7、高强度螺栓、螺母规格为M20，螺栓长度宜为30mm~60mm；法兰盘的材料采用碳素
结构钢，其性能应符合GB/T 700要求，抗拉强度不小于350MPa。法兰盘用角钢尺寸、重量及允许偏差应符合GB/T 9787的规定。
8、管节之间、法兰盘之间、翻边结合面之间以及搭接的波纹钢板件之间应采取密封措施。密封料应具有弹性和不透水性，并应填塞紧密。低温条件下密封材料应具有良好的抗冻、耐寒性能。密封料可采用天然橡胶、氯丁橡胶、聚乙烯泡沫或耐候密封胶。
5 设计要点
5.1设计计算：
1、本设计假定钢波纹管和土体均为弹性体。
2、本次设计采用两种方法计算并互相校核，一种是按照公路设计手册建议方法计算，一种是采用有限元理论分析计算。
3、公路设计手册建议方法：涵顶填土对涵洞的竖向压力按土柱重力计算，车辆荷载采用角度分布法计算，以车轮着地面积的边缘向下按30°角度分布，填土容重取γ=21KN/m3。土
体荷载分布模式采用公路设计手册的建议模式，不考虑涵洞顶土柱和周围填土间的摩擦力。
4、采用有限元理论分析：采用ANSYS有限元程序进行计算。模型采用2D平面模型，波纹管采用梁单元模拟，土体采用面单元模拟。假定波纹管和土体在界面上没有滑移，波纹管和土体之间的接触以共节点方式模拟。
5.2 构造要求：
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1、Φ150cm、Φ200cm跨径波纹管分为圆形整体管，和分片拼装两种。整体管采用整管拼装、法兰螺栓连接，分片拼装管由多片波形钢板片用高强螺栓拼接而成。
2、钢波纹管对地基承载力要求：
电工技术杂志表-2
填土高度(m) | 0.8＜H≤5 | 5＜H≤10 | 10＜H≤15 | 15＜H≤18 |
地基承载力(Mpa) | ≥0.15 | ≥0.18 | ≥0.20 | ≥0.25 |
| | | | |
同时应满足JTG D30-2004《公路路基设计规范》对地基处理的相关要求。
3、洞口形式应根据实际地形情况可采用跌井、直翼墙、八字墙、一字墙、挡墙。不宜采用倾斜的洞口形式。
4、采用碳素结构钢的波纹钢圆管、波纹钢板件、法兰盘及高强度螺栓、螺母，出厂前应进行热浸镀锌防腐处理。
热浸镀锌质量应满足下表要求。
表-3
项 目 | 要求 |
单面附着量，g/m2 | 强腐蚀性环境：波纹钢圆管、波纹钢板件和管箍≥600；螺栓、螺母≥350。 中等腐蚀性和弱腐蚀性环境：波纹钢圆管、波纹钢板件≥300；螺栓、螺母≥175。 |
镀锌层附着性 | 镀锌层应与金属结合牢固，经锤击实验不剥离，不凸起。 |
外观质量 | 锌层应均匀完整、颜一致，无漏镀缺陷，表面光滑，不允许有流挂、滴瘤或结块。 |
锌层均匀性 | 锌层应均匀，无金属铜的红沉积物。 |
锌层耐盐雾性 | 耐盐雾性试验后，基材不应出现腐蚀现象。 |
| |
当采用热浸镀铝、静电喷涂等其他防腐方法代替镀锌时，应有试验验证资料，确保其防腐性能
应不低于上表规定的热浸镀锌方法的相应要求。
5、整体管与分片拼装管的紧固件采用国际中的标准紧固件，其强度和规格应满足力学要求，且不低于管材强度要求，垫片与紧固相配。
6、波纹管采用螺旋波纹钢圆管、环形波纹钢圆管管节时，应具有足够的刚度。管节的刚度用柔度系数FF表示，对于本次通用图所涉及到的Φ150cm、Φ200cm的波纹管，其柔度系数不宜大于0.114mm/N。
7、波纹管构件的外观质量应符合下表的规定
表-4
序号 | 项目 | 要求 |
七彩魔方1 | 切口 | 平直，无明显锯齿状 |
2 | 颜 | 表面泽均匀、无明显缺损 |
3 | 整体外观 | 表面平整光滑、无损伤、无破裂、无孔洞，波形无明显变形 |
4 | 锌层 | 表面平滑、均匀、无滴瘤、无剥落、无漏镀、无残留的溶剂渣 |
5 | 涂塑层、沥青层 | 无破裂、无剥离、无孔洞 |
6 | 焊缝表面 | 无气孔、裂纹、夹渣及飞溅物等缺陷，焊缝处镀锌层符合本标准要求 |
7 | 机械划痕 | 不明显 |
8 | 端面错位 | ≤5mm |
| | |
8、金属钢波纹管涵的涵底纵坡不宜大于3%。
6 施工技术要求
整体管和拼装管施工顺序如下： 施工放样→挖基→基础垫层填筑→管身安装→洞口铺砌及护坡防护→涵背回填→涵顶路基填筑。
施工季节应严格控制，规避在冰冻季节施工以影响工程质量，施工时气温宜高于零摄氏度。
6.1基坑开挖
1、修建金属钢波纹管涵有两种施工方法，一种是在天然地面上挖掘填设涵管的沟槽，然后进行基础处理、涵管安装、路基填筑及管侧回填，这种施工方法称为路堤直接填筑法。另一种是先进行路堤填筑，填筑土达到一定高度(涵顶+50cm填土高)后，在经严格压实的填方上挖掘沟槽，然后进行基础处理，涵管安装，回填管侧沟槽至路基填方高度，继续路基填筑，这种方法称为开槽回填法。
施工经验表明，在填土不高、冲沟内无常流水或流量较小的路段上修建涵洞，采用开槽回填法施工较好。该施工方法路堤填筑快，涵管运输方便，对路堤填筑的施工影响小，特别适用于高速公路。
位于挖方的涵洞可直接挖掘沟槽，然后进行基础处理，涵管安装，回填管侧沟槽至路基填方高度，继续路基填筑。
2、基础沟槽开挖宽度不但应方便管侧填土的夯填，而且还应满足设计需要的基础宽度，路堤直接填筑法基础最小宽度为3倍管径，开槽回填法基础最小宽度为管径+2m。
6.2基础开挖
1、由于钢波纹管涵洞为金属结构，其适应变形能力强，所以对基础材料要求不高，一般情况下无需采用砼基础或岩石基础，因为过于刚性的支撑不但会降低管壁本身所具有的良好弹性，而且还会减小涵洞的承载能力，所以岩石地基(包括岩石风化层地基)管底必须有一定厚度换填材料。
2、不同地质条件下的基底处理：
⑴．砂砾石、碎石土地基
基底可不作处理，只在其上设置10cm厚的粗砂垫层即可。
⑵．一般地基
一般地基（指地基为粘土、轻亚粘土、亚粘土、细纱及破碎岩层时）采用具有一定级配的天然砾石换填30cm即可；但在寒冷冰冻地区，基底应采用非冻胀材料如砂砾石进行换填，换填厚度为0.8倍冻土厚度且不小于60cm。
⑶．岩石地基
超挖30～40cm(当填土高度大于5m时，填土高度每增加1m，其超挖厚度增加4cm)，然后采用砂砾石换填。
⑷．软土地基
先按路基上的软基处理方式（如塑料插板、碎石桩等）进行处理，然后再开挖基础，基底采用砂砾石材料换填，厚度为0.3～0.5倍管径，且不小于50cm。
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