淺談山區(qū)涵洞設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

王玲

摘 要：涵洞是用于公路排水的構(gòu)造物，在山區(qū)道路建設(shè)中應(yīng)用比較普遍。盡量單個(gè)涵洞施工量不大，費(fèi)用也不高，但因數(shù)量較大，工程總造價(jià)往往較高。為了進(jìn)一步控制涵洞施工的工程造價(jià)，該文從經(jīng)濟(jì)性的角度探討了山區(qū)道路涵洞設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：涵洞 設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)性

中圖分類(lèi)號(hào)：U449 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-0-01

涵洞是公路跨越溝谷、溪溝、河流、人工渠道及排除路基內(nèi)側(cè)邊溝水流的橫向排水構(gòu)造物，作為道路設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的小型排水構(gòu)造物，其單個(gè)工程量不大，費(fèi)用也不高，但因其密布公路全線，按山區(qū)公路每公里3～5道來(lái)統(tǒng)計(jì)，其工程總造價(jià)往往并不低。因此，在滿足涵洞排水功能的基礎(chǔ)上，如何因地制宜、綜合考慮各種因素，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的前提下合理確定涵位，使全線的涵洞工程量最小，從而減少全線的工程造價(jià)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用是設(shè)計(jì)人員的著力點(diǎn)。依此，筆者就設(shè)計(jì)心得對(duì)山區(qū)公路涵位選擇的經(jīng)濟(jì)性作一簡(jiǎn)單梳理。

1 涵位選擇應(yīng)滿足最基本的排水功能需求

根據(jù)公路使用任務(wù)、性質(zhì)及未來(lái)發(fā)展的需求，涵洞設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循適用、經(jīng)濟(jì)、安全和美觀的原則。確定涵位時(shí)，首先考慮的當(dāng)然是滿足涵洞作為排水構(gòu)造物的基本功能，如順溝設(shè)涵和路基排水涵等。只有在基本功能滿足的前提下，才可能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性。

2 平縱橫多方結(jié)合，使涵位與路基排水系統(tǒng)有機(jī)配合

確定涵位時(shí)務(wù)必要結(jié)合路線的平面、縱斷面和橫斷面，尤其是山區(qū)公路。涵位的平面位置考慮。對(duì)于山坡溝谷，基本沿溝心設(shè)涵結(jié)合加以適當(dāng)?shù)母臏霞纯?。?duì)于山區(qū)丘陵地帶出現(xiàn)的低洼坪壩，如果非順溝設(shè)涵，最好選擇設(shè)置在低洼帶的端頭，因?yàn)檫@樣的位置地基承載力通常較中部高，可以減少基礎(chǔ)處治工作量從而降低施工難度和工程造價(jià)，同時(shí)可以避免占用優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。涵位的縱面位置考慮。在縱面布置中，如果單純地關(guān)注縱斷面，機(jī)械地套用一溝一涵的原則來(lái)確定涵位，可能會(huì)犯如下錯(cuò)誤：（1）縱斷面上有一個(gè)凹處就設(shè)一個(gè)涵洞，這樣的見(jiàn)坑設(shè)涵難免犯下設(shè)置了干涵洞、通風(fēng)涵的初級(jí)錯(cuò)誤。因?yàn)槁肪€經(jīng)過(guò)埡口時(shí)，也可能在縱面圖上產(chǎn)生凹處。（2）縱斷面上挖方路段一律不設(shè)涵洞也是常見(jiàn)錯(cuò)誤之一。實(shí)際情況是，雖然有時(shí)縱斷面上是挖方，但縱斷面往往只反映了路中線的標(biāo)高，中心挖方并不代表路中線兩側(cè)都是挖方。在凹形豎曲線上，如果橫斷面兩側(cè)都是挖方，由于排水要求的存在，仍需設(shè)置涵洞或者進(jìn)行縱向排水設(shè)計(jì)。因此，除了結(jié)合路線的縱面布置圖、平面布置圖和橫斷面圖等綜合考慮進(jìn)行了紙上定位之外，更要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況進(jìn)行涵位的最終確定，尤其是人行通道或車(chē)行通道等的設(shè)置更是要通過(guò)實(shí)地調(diào)查來(lái)最終確定。

3 高填方涵洞及階梯涵洞的設(shè)置

縱面上的涵位考慮的要素還有：涵洞進(jìn)出口標(biāo)高的確定，涵底縱坡的過(guò)渡方式（均勻縱坡、變換縱坡、階梯涵）等。對(duì)高填方路段的涵洞選型，在縱面布置時(shí)應(yīng)就以下情況進(jìn)行綜合考慮：一是整個(gè)路段均為緩坡橫斷面的，可以設(shè)置高填方涵洞。二是進(jìn)口段橫斷面為陡坡、出口段橫斷面為緩坡的路段，應(yīng)盡可能地以進(jìn)口能順暢進(jìn)水為制約條件確定進(jìn)口標(biāo)高，采用緩坡鋪底，而在出口處設(shè)置出口急流槽，這樣能顯著降低涵長(zhǎng)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，在這類(lèi)涵洞的選型上，選擇除拱涵以外的對(duì)基礎(chǔ)沉降不太敏感的涵洞形式為首選，而應(yīng)盡量避免設(shè)置拱涵，因?yàn)楣昂墓叭?duì)基礎(chǔ)沉降比較敏感，基礎(chǔ)的不均勻沉降有可能導(dǎo)致拱圈拉裂甚至垮塌。三是整個(gè)路段都是陡坡橫斷面的，應(yīng)當(dāng)設(shè)置階梯涵洞。此時(shí)之所以不選擇填方涵洞，主要是基于安全考慮，因?yàn)檎麄€(gè)斷面的陡坡涵洞容易出現(xiàn)基礎(chǔ)滑移，采用階梯涵可以使基礎(chǔ)盡量放置在原始地基上，再結(jié)合基底的反坡處理，從而有效抑制基礎(chǔ)滑移。以上情形二和和情形三，之所以選用不同的方案，是因?yàn)榍樾味隹诙蔚木徠碌鼗苡行У亟档突A(chǔ)滑移的風(fēng)險(xiǎn)，采用在填方路基上放置基礎(chǔ)沒(méi)有太大的安全隱患，而情形三如果采用同樣方案則存在較大的安全隱患。

4 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的涵洞斜交角度，降低施工難度

設(shè)計(jì)中，因?yàn)椴⒎敲織l自然沖溝都與路線正交，為確保水流順暢往往采用斜交涵位布置的方式。確定涵洞斜交角度時(shí)，應(yīng)先實(shí)測(cè)出河溝水流與路線的夾角，但設(shè)計(jì)中無(wú)需精確地去滿足自然沖溝的斜交角度，而應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)的涵洞斜交角度（通用圖的涵軸斜度為0 o～45 o，一般按5 o一級(jí)設(shè)計(jì)），如實(shí)測(cè)17.5 o的涵洞可按15 o或20 o來(lái)設(shè)計(jì)，因?yàn)閹锥鹊慕唤钦`差對(duì)涵洞流并沒(méi)有太大影響，但對(duì)于需要預(yù)制的蓋板涵、圓管涵，如果采用特殊角度，預(yù)制時(shí)會(huì)因鋼筋放樣規(guī)格過(guò)多而加大施工難度。當(dāng)然，對(duì)高速公路而言，若涵洞斜交角度的變化可能帶來(lái)較大的改溝數(shù)量時(shí)，就應(yīng)據(jù)實(shí)際情況決定對(duì)策：或因受地形限制，調(diào)整涵洞斜交角度較困難時(shí)，可少量采用特殊角度；若無(wú)地形限制，則應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)角度。當(dāng)然，通過(guò)同一合同段內(nèi)的涵洞類(lèi)型盡量保持一致從而降低施工難度也是提高經(jīng)濟(jì)性的有效措施之一。

5 采用較小的涵洞斜交角度縮短涵長(zhǎng)

設(shè)計(jì)中會(huì)遇到這樣的情形，自然沖溝的軸線和路線方向之間交角較大，如果僅從功能上考慮，順溝設(shè)涵最有利于排水，但機(jī)械地采用這一原則會(huì)導(dǎo)致路線沿途眾多異型斜交涵洞的出現(xiàn)，此時(shí)，應(yīng)當(dāng)本著降低造價(jià)和便于施工的思路對(duì)涵位及其斜交角做適當(dāng)變換。在涵洞標(biāo)高一定的情況下，減少涵長(zhǎng)對(duì)降低造價(jià)效果是最明顯的，因此，設(shè)計(jì)中可盡量采用較小的斜交角度（按涵洞與路線法向夾角計(jì)），比如0 o、15 o、30 o等等，此時(shí)，為保證涵洞的進(jìn)、出口排水通暢，只需在進(jìn)、出口做適當(dāng)?shù)母臏辖禹樇纯伞４送?，?duì)涵位和斜交角度的調(diào)整也能將陡坡涵洞改為緩坡涵洞，這樣既增加了安全性也降低了施工難度。

6 岸坡設(shè)涵縮短涵長(zhǎng)

設(shè)計(jì)中，通過(guò)實(shí)地調(diào)查，較深的河溝，若其邊坡穩(wěn)定性較好，土壤密實(shí)，則可將涵位從溝底適當(dāng)上移到岸坡上，以縮短涵長(zhǎng)，降低造價(jià)。當(dāng)然，此時(shí)應(yīng)做好上下游的防護(hù)加固措施，合理設(shè)置引水溝、截水壩等，避免水流沿著原沖溝毀壞路堤和農(nóng)田。

7 改溝整流減少涵洞數(shù)量

通常情況下，涵位布設(shè)均依照符合自然水流方向的原則，但如果兩條河溝相距不超過(guò)100 m，河溝較淺，且溝底縱坡小于3%，水流不大，含沙量較小時(shí)，可依據(jù)實(shí)際情況靈活采用如填平次溝并入涵洞、用排水溝并入涵洞、同時(shí)改溝并入涵洞、改溝取消涵洞等多種形式對(duì)原溝進(jìn)行整流以減少涵洞數(shù)量，從而降低工程造價(jià)。當(dāng)然，如果改溝工程量過(guò)大或改溝合并后，河溝產(chǎn)生過(guò)大的沖刷和淤積，甚至影響到路基的穩(wěn)定性時(shí)，則不宜改溝合并設(shè)涵。

8 合理利用不同地區(qū)的建筑材料，有效降低涵洞造價(jià)

涵位選擇的經(jīng)濟(jì)性還應(yīng)充分考慮建筑材料的影響。設(shè)計(jì)中，不能只追求出圖效率而忽略業(yè)主提供的不同地區(qū)的建筑材料方案。比如對(duì)于山區(qū)，如果可用于建筑的石料豐富且價(jià)格便宜，就應(yīng)該多選用石料。同時(shí)，不同建筑材料的強(qiáng)度不一樣，在開(kāi)始新的項(xiàng)目設(shè)計(jì)之前，應(yīng)充分調(diào)查當(dāng)?shù)亟ㄖ牧系牧W(xué)特性，如果其材料強(qiáng)度不能滿足現(xiàn)有通用圖的設(shè)計(jì)參數(shù)，則應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算為采用這種建筑材料提供相應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸的通用圖，待通用圖完成之后再展開(kāi)下一步的設(shè)計(jì)工作。

9 利用端墻縮短涵長(zhǎng)降低造價(jià)

在涵洞設(shè)計(jì)中，還可以適當(dāng)?shù)乩枚藟?lái)縮短涵長(zhǎng)，以有效地降低涵洞的造價(jià)。綜上所述，一份好的涵洞設(shè)計(jì)文件，應(yīng)當(dāng)于細(xì)微之中見(jiàn)其獨(dú)到之處，以體現(xiàn)不同設(shè)計(jì)者、設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)風(fēng)格。