钢制波纹涵管又称金属波纹管涵、金属波纹涵管、钢波纹板通道、金属波纹板通道、波纹钢管,由普通热轧碳钢板、不锈钢板、耐候钢板或者热镀锌热轧/冷轧钢板(国内通常用厚度为2mm~6mm的Q235或SS400热轧薄板)加工而成,带有波纹外形并经过耐腐蚀处理(表面镀锌、镀铝或喷涂复合物涂层)。
钢质波纹管在国外有100多年的制造历史,美国、加拿大、韩国、日本、中国、印度和欧洲一些国家均有企业生产。美国和加拿大还设有专门的行业协会,1980年以来,美国和加拿大等国加强了对其应用环境、腐蚀机理、设计和制造等方面的研究,建立了一整套制造、加工、设计、使用、检测规范。2002年美国钢铁协会(AISI)和加拿大波纹管协会联合出台了一系列钢标准,见表1。近两年,美国波纹钢管协会(NCSPA)综合近几年的波纹管使用情况,又出版了一系列的波纹管相关手册,用于波纹管设计、制造和使用。
波纹钢管制造工艺分为先镀锌后成型和先成型后镀锌两种工艺。前者是用镀锌钢板直接辗轧成型(简称CSP),后者是先辗轧钢板,然后进行喷涂镀层,装配并用镀锌螺栓和螺母栓固在一起形成一个圆管、拱形管或其它形状波纹管(简称SPCSP)。当前,后喷涂的涂料已由过去的仅镀锌发展到根据寿命要求分别喷涂镀锌(锌层厚度600g/m2以上)、镀铝和喷涂聚合物涂层等,寿命保证分别达到50年~100年。
美国和加拿大已经形成了完整的产业链,对专用钢板制造和供应、钢板涂镀层加工、涂镀层材料生产、波纹管设计、波纹管制造、波纹管设备制造等进行专业化分工。根据NCSPA统计,高峰时期,其旗下会员单位超过140家。
当前,钢质波纹管的应用从最初的公路涵管逐步推广到高速公路、市政公路、铁路、桥梁、农业、港口、机场、市政管道、工业、商业建筑、民用住宅、矿山、旧基础设施修复、新能源领域。根据美国有关机构调查统计,近几年,钢质波纹管占美国大口径管路市场的30%以上,美国波纹钢管的年销售额达到150亿美元。此外,日本、韩国等东亚国家自20世纪末也开始使用波纹管涵。
钢质波纹管在工程应用上具有很多优势,如结构强度高,是钢筋混凝土强度的1倍~3倍;使用寿命长,可达100年以上;重量轻、施工便捷,重量只有水泥制品的10%~20%,且土建与管体拼装可分开同时实施,施工期短,工期可缩短一半;轴向具有柔性,可适用于复杂地质条件和沉降比较严重的地区;在施工条件比较恶劣的地区或者特殊地质条件下,工程实际造价比同类跨径的钢筋混凝土桥、涵洞低;几乎不用维护,运行维护成本低;可进行工厂集中化生产,不受环境影响,有利于降低成本和质量控制;现场安装方便,无须使用大型设备;环保低碳,减少或根本舍弃了常规建材,如水泥、黄沙、石子、木材的使用,有利于环境保护。
随着环保意识增强、劳动力成本上升以及对施工要求提高,美国和加拿大等国家将钢质波纹管的应用领域不断扩大,几乎涵盖了所有过去以混凝土、普通钢板为建构筑材料的领域,主要包括:公路、铁路和矿山隧道类,河流、污水、排水的沟渠和管道类,地下基础保护类,雨水、油类等液体储罐或井类,固体仓类,简易仓库和厂房类。
尤其值得注意的是,在面对暴雨导致的城市内涝问题时,美国的解决方案就是采取由CSP材料建成的地下雨水收集和释放系统。这种系统在美国作为停车场、公园、体育场馆、路堤、雨水淤积带、洪泛区、排水渠、洼地等商业、公共和民用建筑、公路设施的辅助系统,得到了大范围推广。