摘要：多角度論述波紋鋼板橋涵的優點并介紹其設計與施工基本過程，為該新型結構在國內公路及市政工程的進一步推廣和應用提供參考。
　　關鍵詞：波紋鋼板橋涵，設計，施工，應用
　　1.概述
　　2005年我國粗鋼產量占全世界三分之一，達到3.5億噸，2007年，我國鋼產量突破4億噸。鋼產量的增長和科學技術水平的不斷提高，為發展我國建筑鋼結構建設事業創造了極好的時機。波紋鋼板橋涵結構作為彌補目前普遍使用的混凝土結構缺陷的替代產品，是將4.0mm~8.0mm厚度的板材通過波紋成型增加其強度并通過組裝施工的新型結構物。波紋鋼板是一種典型的空間鋼結構，不僅具有適應地基與基礎變形的能力，可以解決因地基基礎不均勻沉降導致的橋涵破壞問題。而且波紋鋼板由于軸向波紋的存在，使其具有優良的受力特征，軸向和徑向同時分布因荷載引起的應力應變，可以更大程度上分散荷載的應力集中。并且造價低、設計簡單、施工工期短、減少工后養護成本、用材少、有利于環保。尤其在多年凍土、軟土、膨脹土、濕陷性黃土等不良工程巖土地區，利用波紋鋼板結構修筑橋涵更具有優勢。因此具有廣闊的應用前景。
　　波紋鋼板結構的應用已有近百年歷史，起源于1896年美國一家發明專利公司。自十九世紀末起，美國、加拿大、英國、日本等國家就開始研制、開發和應用波紋鋼板橋涵，并制定了專門的設計、制造、施工安裝手冊和規范標準。日本在1980年的《日本高等級公路設計規范》中對波紋鋼板橋涵有較為詳細的論述。韓國在2002年發行了《波紋鋼板結構物設計及施工指南》。加拿大于2002年發布并于2007年更新了《HandbookofSteelDrainage&HighwayConstruction》，對波紋鋼板結構的設計與施工等方面作了較為詳細的規定。
　　2.波紋鋼板的優點
　　相對其它材料，波紋鋼板具有明顯的優勢，具體表現在強重比，抗破壞性，耐火性，耐腐蝕性，安裝便利性，無需養護，對各種環境的適應性。運用多層復合板技術，波紋鋼管可以廣泛地使用在各種尺寸與形狀的結構物中。在工廠中，特定的波紋鋼被加工成結構板，再經過成形與鍍漆。便利的整捆分發方式，鋼板很容易被聯接成一個整管，拱橋，橫向橢圓與管涵。
　　(1) 耐久性：通過采用適當的防腐措施，波紋鋼板具有很長的使用年限。
　　(2) 施工便捷性，工期短：可將多張鋼板疊放，即使是在狹小的施工現場，將施工空間最小化進行保管及運輸，組裝方便，施工速度快，質量好控制，不需要無需高級專業技術施工人員，甚至無需大型機械設備。與混凝土結構相比較，工期平均可縮短40%。
　　(3) 環境親和性：減少天然骨料的使用，拆除時的鋼材100%可重新利用；工程影響范圍小，是柔性結構物，適用于軟土、膨脹土地、濕陷性土地等地基承載力較低地區。壁面施工賦予出入口兩端秀麗的外觀，給人寬闊的開放感。減少對周邊環境的破壞，節約修復費用，鋼材的重新回收利用，不產生建設廢棄物。
　　(4) 卓越的經濟性：與混凝土結構相比較其低廉的工程費用可有效降低客戶及施工方的預算。簡便的施工方式可顯著縮短施工工期，進而可使整個工程早期竣工并能節約養護及維修費用及減少因施工而引發的民怨。與混凝土結構相比較竣工后其開放感非常突出，由于降低天然骨料的使用，拆除時不產生建設廢棄物可100%重新回收利用。
　　3.波紋鋼板橋涵的設計要點
　　波紋鋼板橋涵的設計過程就是通過公路路線總體設計要求及現場勘察確定涵洞的布設地點，根據凈空要求或水力計算確定跨徑（孔徑），交角，出入口型式，再通過計算作用于波紋鋼板荷載，確定出允許壓應力，然后選擇能滿足此要求的涵洞的參數，參數包括波長、波高、板厚等。設計時應考慮的因素可歸納為以下幾點：
　　(1) 根據凈空或水文學、水力學和其他服務要求，確定出涵洞的結構、大小、形狀、線形和坡度；
　　(2) 結構的強度能足夠滿足路堤和活載產生的壓力，同時能抵制水流的沖刷；
　　(3) 選擇合適的材料，使涵洞避免大的磨耗和腐蝕；
　　(4) 初期的材料和安裝、維護費用，以及每年的附加費用。
　　波紋鋼板橋涵的截面形狀有十種之多，如圓形、橢圓形（橫、豎）、梨形、拱形（一般拱、管拱、高拱、低拱）、箱型等，根據現場要求可選用合適形狀滿足各種跨徑及凈空需求，有特殊形狀要求也可工廠定制。
　　
　　梨形     管拱形                                                                                                   高拱形    箱型
　　圖1波紋鋼板橋涵的截面形狀
　　波紋鋼板橋涵出入口型式大致分為：平面型、傾斜型、突出型、簸箕型以及混合型。
　　
　　平面型      傾斜型      突出型
　　圖2波紋鋼板橋涵出入口型式
　　波紋鋼板橋涵結構設計主要包含波紋板材和連接件材料選擇，并根據波形板厚等作總體結構計算、連接計算等。其主要受到填土、地面上車輛輪壓力和車輛動荷載沖擊力，以及經過涵管液體產生的內壓力作用。考慮填土對動荷載的減弱作用，可不考慮動荷載對波紋鋼板橋涵的影響。由于波紋鋼板橋涵結構需考慮與土的共同作用，受力較為復雜，一般用Ansys等大型有限元軟件進行整體結構分析和穩定分析。《HandbookofSteelDrainage&HighwayConstruction》中結構設計過程分9個步驟：1、確定最小容許覆土厚；2、選擇回填壓實度要求；3、計算設計承載力；4、計算板壁環壓力；5、計算允許壓應力；6、擬定板厚；7、檢查最低處理剛度；8、驗算接縫強度；9、拱的穩定性驗算。
　　公路橋涵結構的設計使用年限為100年，因此波紋鋼板橋涵的防滲、防腐不容忽視。在波紋板的搭接處采用防水密封材料，以確保拼縫搭接緊密不泌，防腐材料可根據結構所處地理位置的環境等級選用鍍鋅涂層、鍍鋁涂層等，在防腐條件惡劣的環境中選擇性的添加非金屬（聚合物）涂層，或在波紋管外側金屬涂層外加涂瀝青等。
　　4.波紋鋼板橋涵的施工要點.
　　波紋鋼板橋涵按截面可劃分為拱型截面與管（涵）型截面，拱需安置在混凝土基礎上（地基承載力高時也可在拱端加平板直接放置在地基上），管直接放置在墊層上。
　　拱的的施工工序為：施工放樣→挖地基及混凝土模板→安裝基礎溝道→基礎混凝土施工→鋼板組裝及安裝→面壁施工→回填掩埋→夯實→完工。
　　管（涵）的施工工序為：施工放樣→基坑開挖→墊層填筑→管身安裝→涵背回填→洞口鋪砌及護坡防護→完工。
　　波紋鋼板結構物是通過鋼板與周邊地形相互作用發揮其結構性能。因此結構物基礎施工及回填掩埋的材料選定和施工上應格外注意。基礎地基應能夠承受包括結構物及回填掩埋材料在內的上部荷重，不能誘發過度的地面沉降。因此施工現場無法滿足上述條件時應置換或改良使用優質的掩埋材料或予以加固。需將基礎地基進行挖掘后安裝結構物時，挖掘寬度要比結構物寬度寬3.0m以上。如果河床表面地表為巖石層的情況下，使用優質的碎石和沙子鋪設架高30cm以上。
　　回填掩埋應采用壓縮性小的材料或粒度均勻的材料，予以均勻夯實使之結構物周圍產生均等的土壓，因此基礎地基及回填掩埋施工中應使用同一材料或將相仿的材料混合使用。填筑時應分層填筑、分層壓實，松鋪厚度為20~30cm，涵背兩側的部位回填采用級配良好的天然砂礫。在管身最大直徑兩側50cm外使用18T壓路機碾壓，50cm范圍內使用小型夯實機械夯實，以避免壓路機等大型機械設備對管涵的撞擊。
　　
　　除箱型外的所有截面   并列施工時（除箱型外）    箱型截面
　　圖3結構回填掩埋范圍（圖中S為結構物跨幅，dc為最小覆土厚）
　　
　　5.結論
　　相對于圬工和鋼筋混凝土橋涵，波紋鋼板橋涵的應用,一方面節約了大量的石材、水泥，有利于環保；另一方面建設工期可以大幅度縮短,不僅加快了建設步伐，還充分體現了建設工期縮短使相對運營時間增加的經濟效益，特別是在工期短的地區，如寒冷地區一年中施工期僅5至6個月。因此，應用波紋鋼板橋涵更具有明顯的優勢。在搶險、保通工程中,應用波紋鋼板橋涵更能體現其明顯的社會效益和經濟效益，因此該新型結構值得在國內公路和市政工程上進一步推廣和應用。
　　參考文獻：
　　[1] HandbookofSteelDrainage&HighwayConstruction，Canada，2007
　　[2] 李祝龍．公路鋼波紋管涵洞設計與施工技術研究[D]．長安大學，2006．
　　[3] 公路橋涵施工技術規范[M]．北京：人民交通出版社，1999．