高速公路涵洞設(shè)計淺談

趙江輝

1 涵洞在公路工程中的影響

涵洞是公路排水構(gòu)造物的重要組成部分之一,特別是在雨水較多的地區(qū)尤為重要。

涵洞在公路工程中占較大比例,是公路工程的重要組成部分之一,主要表現(xiàn)在工程數(shù)量和工程造價上。據(jù)有關(guān)資料介紹:小橋涵工程數(shù)量約占橋涵總數(shù)的60%～70%,一般平原地區(qū)每千米約有1道～3道;山區(qū)每千米平均約有3道～5道。工程投資約占公路投資的15%～20%,其影響是不容忽視的。

2 涵洞的使用要求

涵洞在使用過程中將長期處于風(fēng)、霜、雨、雪、冰凍、高溫、水流沖擊等自然荷載和行車荷載的作用下,還需要滿足交通運輸和排水的基本功能,因此涵洞在使用過程中需達(dá)到如下要求:

1)滿足排泄洪水能力,保證在100年一遇洪水的情況下,順利快捷地排泄洪水,不影響路基的穩(wěn)定和周圍的安全。

2)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,在設(shè)計荷載的作用下,構(gòu)件不產(chǎn)生影響正常使用的位移和變形,以保證行車的暢通、舒適和安全。既滿足當(dāng)前需求又考慮到遠(yuǎn)期的發(fā)展。

3)具有較好的可靠性和耐久性,能夠在合理的使用周期內(nèi)不影響正常使用。

4)在滿足安全適用的前提下要體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的合理性,盡量標(biāo)準(zhǔn)化、定型化,合理采用新材料、新工藝,要有利于施工機(jī)械化、工廠化,以求得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 涵洞設(shè)計中應(yīng)該注意的一些具體細(xì)節(jié)

為了滿足涵洞的使用要求,下面筆者將列舉一些在設(shè)計過程中應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問題:

1)涵洞位置、形式和孔徑的確定。根據(jù)實際情況確定涵洞的具體位置,選取合理的結(jié)構(gòu)形式,采用科學(xué)的方法確定涵洞孔徑,比如通過匯水面積計算出設(shè)計流量而后計算所需孔徑大小等。值得注意的是在高速公路中計算涵洞設(shè)計流量時一般采用1/100的設(shè)計頻率,斜交角度較大時應(yīng)避免采用拱涵,涵長較長時不要選擇太小孔徑的涵洞,另外涵洞孔徑的選擇還要考慮到后期維護(hù)等工作的方便性,這些都是在確定涵洞形式和跨徑時所應(yīng)注意的。

2)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時鋼筋布置要合理。如果鋼筋選取不合理,間距過密,則可能導(dǎo)致蜂窩、空洞等病害的產(chǎn)生。鋼筋保護(hù)層厚度不能太薄;當(dāng)保護(hù)層太薄時,在自然條件下,表層混凝土極易發(fā)生水化反應(yīng),出現(xiàn)碳酸鈣粉末或碳酸鈣晶體,從而失去表層的保護(hù)作用,致使保護(hù)層剝落,進(jìn)而出現(xiàn)鋼筋銹蝕現(xiàn)象。

3)為了防止不均勻沉降及基礎(chǔ)柔度過大而產(chǎn)生的影響,沿涵長方向每4 m～6 m設(shè)置一道沉降縫,在沉降縫處做好防水處理,以防漏水影響結(jié)構(gòu)的安全性。沉降縫設(shè)置位置和數(shù)量要合理,要保證洞口段落不要太短,設(shè)置太少則易造成涵洞基礎(chǔ)沿涵長方向柔度過大從而產(chǎn)生較大變形影響正常使用,當(dāng)采用整體式基礎(chǔ)時尤為明顯。在筆者所做的一個項目中由于特殊需求沉降縫設(shè)置較少,這樣整體式基礎(chǔ)沿涵長方向柔度過大,最后通過加厚基礎(chǔ)尺寸來增大剛度,減小變形。

4)基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范要求,當(dāng)?shù)鼗休d力不足時可以通過采用整體式基礎(chǔ)減小基底應(yīng)力或者采用地基處理來提高地基承載力的方法解決。筆者做的一個項目中就因為地基承載力較低,全線涵洞采用了整體式基礎(chǔ)。

5)在高速公路項目中做暗涵條件滿足時盡量采用暗涵,這樣可以保證行車的舒適性和安全性,當(dāng)采用明涵時應(yīng)設(shè)置搭板來降低橋頭跳車產(chǎn)生的影響,有的地方也通過在涵臺背4 m～6 m范圍內(nèi)填筑特殊填料來實現(xiàn)涵洞和路基的剛度過度。

6)為了防止外界環(huán)境對結(jié)構(gòu)物的侵蝕,特別是在有腐蝕的環(huán)境下,可以通過加大鋼筋保護(hù)層厚度或者在表面涂抹瀝青等防腐材料來提高結(jié)構(gòu)物的耐久性。

7)八字墻、翼墻、錐坡、截水墻等附屬設(shè)施形式和尺寸的選擇要合理,既要保證結(jié)構(gòu)的安全性,又要保證結(jié)構(gòu)的正常使用功能,同時還要考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性。

上面所提到的僅僅是我們在設(shè)計工作中一些應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問題,類似應(yīng)該注意的地方還很多,需要大家到實際工作中去慢慢體會。

4 關(guān)于設(shè)計的思考

我們可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實中涵洞存在的很多問題都是在設(shè)計過程中就可以預(yù)防和避免的。只要我們在設(shè)計過程把應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)考慮到了,工程質(zhì)量就有了進(jìn)一步的保證。同時還要合理的采用新材料、新工藝,在方案選擇時還要考慮到經(jīng)濟(jì)上的合理性。只有在設(shè)計階段把影響工程質(zhì)量的細(xì)節(jié)考慮全了,才能更有效的保證整個工程的質(zhì)量。這也是我們每個設(shè)計人員應(yīng)該努力去做的。

[1] 孫家駟.公路小橋涵勘測設(shè)計[M].第3版.北京:人民交通出版社,2004.

[2] 劉培文.公路小橋涵設(shè)計實例[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3] 顧克明.公路橋涵設(shè)計手冊(涵洞)[M].北京:人民交通出版社,1993.