淺析公路橋涵設(shè)計(jì)若干思考

黃佐民

（廣東城建達(dá)設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528200）

一、橋涵洞類(lèi)型設(shè)計(jì)的選擇

1.鋼筋混凝土圓管涵。鋼筋混凝土圓管涵一般在農(nóng)田灌溉區(qū)采用的比較多。構(gòu)造簡(jiǎn)單,受力情況和適應(yīng)基礎(chǔ)性能較好。不需墩臺(tái),圬工數(shù)量少,造價(jià)低,而且便于工廠預(yù)制,有利于裝配運(yùn)輸。但是圓管涵過(guò)水能力小,而且施工過(guò)程中接縫的處理和防水層的設(shè)置(倒虹吸)不易保證其質(zhì)量,常常因漏水問(wèn)題而影響路基的穩(wěn)定。

2.石拱涵。石拱涵一般是山區(qū)公路常采用的類(lèi)型之一。凈空較大,能通過(guò)較大的洪水流量,石料豐富的地區(qū)便于就地取材,而且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,跨徑較大,承載潛力較大。但是石拱涵的缺點(diǎn)也比較明顯:由于自重引起的恒載較大,所以對(duì)地基承載能力要求較高,施工工序繁多,工期長(zhǎng),遭受破壞后修復(fù)困難,費(fèi)用高。

3.蓋板涵。相對(duì)于圓管涵和石拱涵而言,既具有就地取材、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固等特點(diǎn)外,對(duì)洞頂填土高度要求較低,甚至可以不填土(明蓋板),而且對(duì)地基承載力要求不高,施工簡(jiǎn)單,利于修復(fù),因此蓋板涵的應(yīng)用更為廣泛,在高速公路橋涵設(shè)計(jì)中的使用頻率也最高。

4.箱涵。箱涵的應(yīng)用相對(duì)前三種形式來(lái)講較少,雖然它對(duì)地基要求小,但是它的鋼材數(shù)量需求大,造價(jià)高,施工較困難。所以箱涵的使用一般適用于軟土地基路段。

5.涵式橋結(jié)構(gòu)。在山嶺重丘區(qū)高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)中,受地形影響路線線位需穿越地勢(shì)較為開(kāi)闊的河谷地帶,河谷間或有常年流水,或有鄉(xiāng)間道路(等級(jí)不高),而受路線縱坡控制,若采用高架橋跨越,易導(dǎo)致廢棄土石方無(wú)法處理,并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞,且工程造價(jià)較高;而通過(guò)設(shè)置涵洞(L<5m)雖滿足排水要求,但隨著農(nóng)村農(nóng)用生產(chǎn)設(shè)備通行要求的提高,其凈高、凈寬又不能滿足車(chē)輛的通行標(biāo)準(zhǔn),因此提出了涵式橋(通道、小橋,單孔跨徑不小于6m)這種新型結(jié)構(gòu)形式。涵式橋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):

(1)適應(yīng)地勢(shì)、地形,節(jié)省工程造價(jià)；

(2)適應(yīng)通行,排水要求,美觀實(shí)用；

(3)易于設(shè)計(jì)和施工；

(4)美化環(huán)境、使總體設(shè)計(jì)更加合理；

(5)計(jì)算簡(jiǎn)單、方便、快捷；

(6)解決了山區(qū)公路高填深挖的難題。

二、橋涵地基承載力設(shè)計(jì)。橋涵基底埋置深度是很重要的,地基承載力又是關(guān)鍵,常常因?yàn)檫@方面出問(wèn)題,2002年，在佛山山某公路有一座1孔4.0米斜交30的石拱涵。拱頂填土高達(dá)6米,涵長(zhǎng)34.6米。施工完畢還未通車(chē),就出現(xiàn)拱頂裂縫,最大橫向裂縫寬3厘米,貫通全拱圈。經(jīng)過(guò)多方檢查:鑒定系由于地基承載力嚴(yán)重不足引起。按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求,承載力要求達(dá)到4.0kg/cm2。實(shí)地檢驗(yàn)承載力只有1kg/cm2,再加上施工中的拱上填土等因素,出現(xiàn)了以上問(wèn)題。經(jīng)過(guò)加固方案的研究驗(yàn)算,最后采取了在拱內(nèi)再建一座鋼筋硂拱的方案。僅這一道涵洞就增加造價(jià)10多萬(wàn)元。這一問(wèn)題的出現(xiàn),給我們一個(gè)極其深刻的啟示:在勘測(cè)設(shè)計(jì)中對(duì)地基承載力應(yīng)有鑒定,提出施工措施和要求,而施工單位對(duì)這么大的涵洞,基坑開(kāi)挖后必須進(jìn)行承載力試驗(yàn)和鑒定。問(wèn)題就出在了設(shè)計(jì)圖上連承載力的要求也沒(méi)有,施工單位開(kāi)挖到基底標(biāo)高后,也不做承載力試驗(yàn),直接砌筑基礎(chǔ),最后造成損失。

三、涵洞的合理定位設(shè)計(jì)

1.順溝設(shè)涵。一般涵洞設(shè)置的位置應(yīng)盡量保持河溝的原有形狀,盡量與水流方向一致,這樣既有利于泄洪,又可減少渦流現(xiàn)象。但是當(dāng)溝形十分彎曲復(fù)雜,我們則可以考慮取直設(shè)涵,適當(dāng)改溝,來(lái)達(dá)到改善水流條件。

2.改溝合并。當(dāng)路線通過(guò)的地段兩條河溝相距較近,流量不大,且可通過(guò)排水邊溝相連,當(dāng)邊溝的宣泄能力大于河溝水流的流量,同時(shí)又不危及路基的穩(wěn)定和產(chǎn)生邊溝淤塞時(shí)可以考慮改溝合并以減少涵洞的數(shù)量從而降低整個(gè)工程造價(jià)。

3.配合路基排水系統(tǒng)。涵洞設(shè)計(jì)與路基排水設(shè)計(jì)關(guān)系密切,路基排水多數(shù)情況下最終是通過(guò)排水涵洞引至路基以外。結(jié)合地形和路線平縱設(shè)計(jì),當(dāng)排除路基內(nèi)側(cè)邊溝水,位置一般設(shè)在凹形豎曲線最低洼處附近;或者在路線縱坡由陡變緩處。當(dāng)路線通過(guò)較長(zhǎng)的挖方地段或者低洼地段時(shí),應(yīng)根據(jù)該地段的水流分布情況以及邊溝的泄洪能力并結(jié)合地形,盡量選擇在路基兩側(cè)有天然橫坡處多設(shè)涵洞,避免排水不暢或長(zhǎng)時(shí)間積水,影響路基穩(wěn)定和路面車(chē)輛的正常行駛。

4.結(jié)合地質(zhì)勘探資料。涵洞布置應(yīng)盡量避開(kāi)滑坡、斷層、崩塌、軟土等不良地質(zhì)地段。涵位通常位于溝壑地段,地下水位較高,地表沖積物較厚,或?qū)佘浲恋貙?地基承載力較低,填土比其他地段高,溝心設(shè)涵不安全又不經(jīng)濟(jì),綜合考慮,可將涵位從溝底移至岸坡上,將基礎(chǔ)設(shè)置在邊坡穩(wěn)定、土壤密實(shí)且地基承載力較高處。當(dāng)然,如果無(wú)法避開(kāi)不良地質(zhì)時(shí),則基礎(chǔ)以及地基必須進(jìn)行特殊加固處理。

四、涵洞的進(jìn)出水口設(shè)計(jì)處理。在設(shè)計(jì)中一般都愿采用八字墻張角度,這種辦法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但在施工中的進(jìn)出水口并不如此,筆者在多年的實(shí)踐中覺(jué)得設(shè)計(jì)人員應(yīng)該多調(diào)查、丈量時(shí)盡可能地和地形結(jié)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。而施工技術(shù)人員也不能死搬硬套,應(yīng)結(jié)合地形來(lái)做。特別是截水墻施工完畢之后,挖松了原地面出口很容易被沖刷。如果能在施工中采取一些砌片石護(hù)基則效果更好,但施工中往往沒(méi)有采取這種措施,所以設(shè)計(jì)中應(yīng)該提示一下為好。對(duì)于斜交涵洞的大八字墻張角如果也設(shè)成剛翼墻長(zhǎng)度一般情況下巧度即可這樣既能節(jié)省材料也能滿足要求如果是特殊則另外考慮了。

五、涵洞孔徑的確定設(shè)計(jì)。涵洞孔徑是指涵洞洞身過(guò)水凈空的大小,應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)洪水流量、河床地質(zhì)、河床及進(jìn)出口加固形式所允許的平均流速等條件來(lái)確定。

涵洞孔徑的大小首先要足以宣泄設(shè)計(jì)洪水流量,并保證涵前涌水不致過(guò)高,涵內(nèi)流速不致沖刷河床或結(jié)構(gòu)物。但涵洞洞身隨路基填土高度增加而增長(zhǎng),洞身斷面尺寸對(duì)工程量影響較大,因此要求跨徑與臺(tái)高有一定比例關(guān)系,其經(jīng)濟(jì)比例一般為1:1～1:1.5。對(duì)于通道式涵洞而言,其孔徑應(yīng)符合最新的交通部頒布JTGB01-2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)8.5.4規(guī)定的凈空要求。對(duì)于高等級(jí)公路,涵洞一般較長(zhǎng),孔徑不宜偏小,這是因?yàn)?

(1)不利于養(yǎng)護(hù)和清淤；

(2)當(dāng)通道式涵洞比較長(zhǎng)時(shí),易造成通道內(nèi)光線較差,行人行走不便,小型機(jī)械通行不便還有安全隱患,給當(dāng)?shù)鼐用裆?、生產(chǎn)帶來(lái)不便。對(duì)此,在滿足規(guī)范要求且條件允許前提下,可適當(dāng)加大凈高,或做天窗設(shè)計(jì)。

六、其它設(shè)計(jì)應(yīng)注意事項(xiàng)

1.根據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),小橋涵的長(zhǎng)度應(yīng)與路基同寬,橋上可設(shè)緣石或欄桿,但應(yīng)布置在路基寬度范圍內(nèi)。這樣對(duì)工程造價(jià)影響較小,而對(duì)改善線形和行車(chē)安全有利。

2.當(dāng)路線采用高填土路基時(shí),要考慮設(shè)置相應(yīng)的小橋涵作為相互通行的通道,假如取消通道,既影響道路兩旁群眾的出入,又使行人從路上跨過(guò)增加出事的可能性。

3.對(duì)于涵洞位置可高可低這種情況,是采用高位短涵還是低位長(zhǎng)涵,需結(jié)合進(jìn)口的高程以利于水流順暢為準(zhǔn),但對(duì)于水泥砼路面,為了盡量少設(shè)或不設(shè)脹縫,最好采用低位長(zhǎng)涵,以利于路面連續(xù)鋪設(shè)。

4.水泥砼路面與橋涵相接處,應(yīng)設(shè)置脹縫,采用邊緣鋼筋型或厚邊型,如涵上有填土,且構(gòu)造物在路基內(nèi)或嵌入基層內(nèi)側(cè),應(yīng)對(duì)橋涵頂部及其兩側(cè)適當(dāng)范圍內(nèi)的混凝土板,采用鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)或采用鋼筋砼板。

結(jié)束語(yǔ)

公路小橋涵的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜多變的工作,由于受地形、地質(zhì)等條件的影響,在實(shí)地調(diào)查時(shí)給人們帶來(lái)了一定的難度,這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)要反復(fù)對(duì)比方案,多與實(shí)地相聯(lián)系。只有全面綜合考慮了各因素,才能確保路線的安全、舒適與經(jīng)濟(jì)。

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