淺談山區(qū)涵洞設(shè)計(jì)

胡艷霞

河南省新開(kāi)元路橋工程咨詢有限公司，河南 鄭州 450016

山區(qū)涵洞是山區(qū)公路排水的重要組成部分，主要是溝通路基兩側(cè)水流，宣泄山區(qū)雨水的人工構(gòu)造物。山區(qū)涵洞設(shè)置是否合理，能否滿足排水需求，對(duì)保證公路運(yùn)輸暢通起著重要作用。山區(qū)公路根據(jù)地形不同設(shè)置涵洞的數(shù)量也各不相同，據(jù)統(tǒng)計(jì)一般每公里約有3座～6座。可見(jiàn)涵洞在整條山區(qū)公路中重要性。

1 涵洞位置的確定

因山區(qū)地形復(fù)雜、山勢(shì)險(xiǎn)峻，坡陡溝深、山石散落、溝壑多變等特點(diǎn)，在山區(qū)公路建設(shè)中，原則上逢溝壑設(shè)涵，涵洞軸線應(yīng)盡量與水流方向一致，不宜減短涵長(zhǎng)強(qiáng)行正交。

1）在地勢(shì)起伏較大的地區(qū)，河溝密集，但匯水面積較小，逢溝設(shè)涵并不現(xiàn)實(shí)，可利用山坡截水溝、邊溝、排水溝等將相鄰幾條山溝的水導(dǎo)向同一方向，并在最低處設(shè)置涵洞；

2）對(duì)一側(cè)坡面匯水面積較大，以及具有像雞爪形山面的路段，雖無(wú)無(wú)明顯溝谷，因山區(qū)暴雨洪水匯集快，流速大，水勢(shì)較猛，為了確保路基的安全，也需每隔200m～400m布設(shè)涵洞，以免路基內(nèi)側(cè)邊溝積水過(guò)深過(guò)大漫路沖毀外側(cè)邊坡而產(chǎn)生水毀；

3）當(dāng)山區(qū)溝深且路基填土較高時(shí)，若按原溝設(shè)涵，其涵長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)考慮：（1）采用上游設(shè)攔水墻（壩），將洪水導(dǎo)流至地質(zhì)條件較好的坡岸上，并在坡岸上設(shè)置涵洞，以縮短涵長(zhǎng)；（2）原河溝地質(zhì)條件較好，可就地取材，在原河溝上做填石路基，并將涵底標(biāo)高上抬設(shè)置在填石路基上，涵洞進(jìn)水口盡量設(shè)置在與原地面邊坡相順接處，出水口設(shè)置邊坡急流槽，同時(shí)設(shè)置消力檻以降低路基坡腳處的水流沖力。

新晉高速塊村營(yíng)至營(yíng)盤(pán)(省界)段，大多填土較高的涵洞為兼通道涵，如采用第（1）種方式設(shè)涵，側(cè)對(duì)行人出入極其的不便，故不采用；在涵洞功能僅為排洪涵時(shí)，且其地質(zhì)條件較好的路段，則采用第（2）種方式設(shè)涵，如圖1（原河溝縱坡較陡，其涵底標(biāo)高無(wú)法抬至過(guò)高，側(cè)在進(jìn)口設(shè)置跌水井，出口設(shè)置邊坡急流槽，同時(shí)每2m左右設(shè)置消力檻。）。

圖1 填石路基涵

2 涵洞形式的選擇

涵洞按其構(gòu)造可分為管涵、蓋板涵、拱涵、箱涵。

管涵適用于缺少石料地區(qū)有足夠填土高度的小跨徑暗涵，過(guò)水?dāng)嗝孑^小，且涵底呈圓弧形，對(duì)水流順暢有一定的影響；蓋板涵過(guò)水能力較大，建筑凈空低，適用于路基填土較低的情況，可設(shè)明涵，也可設(shè)暗涵，但填土不宜過(guò)高，當(dāng)涵頂填土高大于6m時(shí)，應(yīng)考慮采用拱涵；拱涵受壓潛力大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適用于跨越深溝或高路堤；箱涵適用于軟土地基，但造價(jià)就會(huì)高。

新晉高速塊村營(yíng)至營(yíng)盤(pán)（省界）段山區(qū)段，因石料豐富，容易就地取材，故當(dāng)涵頂填土小于6m時(shí)，原則上采用鋼筋混凝土蓋板涵，當(dāng)涵頂填土大于6m時(shí)，原則上采用鋼筋混凝土拱涵。

由于新晉高速部分路基為分離式路基，且上下行相距較近，同時(shí)內(nèi)側(cè)邊坡坡率較緩（1：4），故同一位置的上下游涵洞連通成一道，雖上游填土高度小于6m，但為了上下游的一致性，故按最大的填土高度選擇拱涵結(jié)構(gòu)，如圖1。

3 涵洞孔徑的確定

涵洞孔徑應(yīng)根據(jù)匯水面積、河床地質(zhì)、天然河道縱坡等資料進(jìn)行水力水文計(jì)算，并綜合考慮涵洞凈空、過(guò)水面積、河溝斷面來(lái)確定涵洞的孔徑。

在確定涵洞凈跨徑時(shí)，應(yīng)和涵下凈高綜合考慮，根據(jù)計(jì)算的涵洞凈跨徑選用標(biāo)準(zhǔn)跨徑，以便設(shè)計(jì)和施工。一般所采用的涵洞凈空不宜大于涵洞的跨徑。新晉高速山區(qū)段一般采用3m、4m、6m的跨徑。

4 涵底坡度及基礎(chǔ)的確定

涵底縱坡最好選用臨界坡度，此時(shí)涵洞的排洪能力最大，但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，涵洞的縱破應(yīng)根據(jù)溝底坡度確定。涵洞最小縱坡不小于0.4%，以防淤積；同時(shí)也不大于最大縱坡，以防涵底鋪砌被沖毀。

新晉高速塊村營(yíng)至營(yíng)盤(pán)(省界)段山區(qū)段涵洞縱坡根據(jù)原河溝的縱坡設(shè)計(jì)，當(dāng)縱坡大于5%時(shí)，涵底均采用倒坡齒狀基礎(chǔ)，并在拱頂設(shè)置防滑塊；當(dāng)涵底縱坡大于10%時(shí)，根據(jù)實(shí)際地形，部分涵身及基礎(chǔ)進(jìn)行分段做成階梯形，并在出口處設(shè)置消力檻；兼通道的涵洞在涵底縱坡較大時(shí)，設(shè)置人行踏步。

5 洞口設(shè)計(jì)

山坡涵洞的洞口設(shè)施視地形地質(zhì)和水文條件的不同有以下幾種形式：

1）當(dāng)?shù)貏?shì)較為平坦，河溝較寬，河溝縱斷面高差不大時(shí)，可選用八字墻式洞口；當(dāng)河溝有明顯溝渠，且涵洞孔徑能滿足泄洪要求的情況下，可將八字墻的水流擴(kuò)大散角設(shè)為0°，做成直墻式洞口，以減少工程量，降低造價(jià)；當(dāng)涵洞高度大于5m時(shí)，八字墻容易因土壓力的影響而傾斜，而錐坡的穩(wěn)定性較高，可與端墻結(jié)合使用，或通過(guò)計(jì)算適當(dāng)增大八字墻尺寸及背坡的坡比，以達(dá)到八字墻自身的穩(wěn)定；

2）上游路基邊溝坡度較大，水流夾帶泥砂較多時(shí)，可在進(jìn)水口設(shè)置深于涵底的蓄水井，使其起到消耗和沉淀泥砂的作用；

3）涵前的天然河溝縱坡為10%～40%時(shí)，可開(kāi)挖溝槽，其縱坡率縱坡值可取4～10。溝底和溝槽邊坡以及路基邊溝均需鋪砌加工；

4）涵前的天然河溝縱坡大于50%時(shí)，水流速度很大，進(jìn)水口處需做跌水井，以減緩流速，削弱水能。上游溝槽開(kāi)挖縱坡率因根據(jù)河溝地質(zhì)情況決定，以保證土體不致滑移。為上游溝槽鋪砌加固成梯形截面；為上游溝槽鋪砌加固成矩形截面，槽底每隔1.5m～2m設(shè)防滑墻一道；

5）陡坡涵洞的出水口最容易遭到水毀，一般采用八字翼墻、急流槽、跌水、緩流井、消力、人工加糙等設(shè)施。但需視河溝天然坡度情況，根據(jù)水利計(jì)算,合理的選用幾種設(shè)施及彼此銜接的形式和尺寸；

6）當(dāng)路基為分離式路基，且上下行相距較近，且內(nèi)側(cè)邊坡坡率較緩（如1：4），但填土并不高，故同一位置的上下游涵洞僅上游出水口與下游進(jìn)水口相連通（如圖2）；

圖2 上游涵洞（上下游洞口相連通并兼通道）

7）山區(qū)公路，為減少路基填方量、少占河道，常設(shè)大量擋土墻。若涵洞設(shè)在擋墻路段，可將擋墻作為涵洞的出口，并在擋墻出口外側(cè)做10m左右的洞口鋪砌處理以保護(hù)擋墻。

6 涵洞材料的選用

涵洞的建筑材料應(yīng)因地制宜，盡可能選用當(dāng)?shù)剌^為普遍的建筑材料。

新晉高速塊村營(yíng)至營(yíng)盤(pán)(省界)段山區(qū)段涵洞，其地質(zhì)主要以巖石為主，但由于山區(qū)涵洞容易產(chǎn)生不均勻沉降，故蓋板及拱圈均采用鋼筋混凝土材料；而涵身及基礎(chǔ)通過(guò)計(jì)算，拱涵涵身和基礎(chǔ)采用漿砌塊石，蓋板涵涵身和基礎(chǔ)采用片石混凝土。

7 涵洞基礎(chǔ)

設(shè)計(jì)涵位的地基承載力應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)圖要求或計(jì)算得出的地基承載力。當(dāng)?shù)鼗休d力不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況，采用以下幾種措施：

1）當(dāng)滿足承載力要求的土層埋深不深時(shí)，可以加大涵臺(tái)高度，將基礎(chǔ)底放置在滿足承載力要求的土層上；

2）當(dāng)臺(tái)身較高時(shí)，可以將涵身做成帶背坡的重力式臺(tái)身，也可將涵洞基礎(chǔ)做成擴(kuò)大基礎(chǔ)，以增大基礎(chǔ)的受力面積，以減小基底應(yīng)力。對(duì)于新晉高速塊村營(yíng)至營(yíng)盤(pán)(省界)段山區(qū)段涵洞采用將涵身做成帶背坡的重力式臺(tái)身，擴(kuò)大基礎(chǔ)；

3）當(dāng)土質(zhì)不均勻時(shí)，為防止不均勻沉降和局部破壞，或者因涵洞跨徑較小基礎(chǔ)相距較近，為了施工上的便利，將涵洞基礎(chǔ)做成整體式基礎(chǔ)，這樣不但可以增加涵洞的整體性，由于基礎(chǔ)的受力面積增大，也可以減小對(duì)地基承載力的要求。對(duì)于新晉高速塊村營(yíng)至營(yíng)盤(pán)(省界)段山區(qū)段涵洞，拱涵當(dāng)填土小于12米時(shí)，在地基承載力滿足的情況下，其涵身及基礎(chǔ)的尺寸采用標(biāo)準(zhǔn)圖外，填土大于12米的拱涵，則均采用擴(kuò)大基礎(chǔ)；

4）當(dāng)?shù)鼗休d力不足時(shí)，還可以采取換填土、打粉噴樁、擠密碎石樁等方法提高地基本身的承載力以滿足涵洞對(duì)地基的要求；

5）當(dāng)涵洞位于軟土地質(zhì)上，則可考慮做成對(duì)地基承載力要求不高的鋼筋砼箱涵。

對(duì)于第4、第5條措施，其費(fèi)用較高，應(yīng)謹(jǐn)慎采用。

總之，涵洞的布設(shè)應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，取其高效低成本方。

[1]公路設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè).涵洞[M].北京：人民交通出版社，1997.

[2]葉鎮(zhèn)國(guó).水力學(xué)及橋涵水文[M].北京：人民交通出版社，1995.