關(guān)于涵洞設(shè)計要點的探索

李鋒

摘要：涵洞主要是為宣泄地面水流(包括小河溝)而設(shè)置的橫穿路基的小型排水構(gòu)造物，其數(shù)量眾多，尤其是山區(qū)高速公路，對線形指標(biāo)要求較高，高填深挖和跨越溝河路段較多，為此，涵洞工程量占公路工程比重較大，涵洞設(shè)計的妥當(dāng)與否，不僅對工程造價有重大影響，而且直接關(guān)系到公路的整體質(zhì)量和使用效果，本文特對涵洞設(shè)計中遇到的問題做一簡要總結(jié)。

關(guān)鍵詞：涵洞 設(shè)計要點

中圖分類號：U448文獻標(biāo)識碼： A

一、涵洞的概述

涵洞是指為渲泄地面水流而設(shè)置的橫穿路基的小型排水構(gòu)造物。用于跨越天然溝谷洼地排泄洪水，或用于橫跨大小道路作為人、畜和車輛的立交通道，或用于農(nóng)田灌溉作為水渠。按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》〔JTJ01—88〕〔以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》〕規(guī)定：單孔標(biāo)準(zhǔn)跨徑L0＜5m或多孔跨徑總長L＜8m〔圓管涵及箱涵不論管徑或跨徑大小、孔數(shù)多少〕均稱為涵洞。

涵洞主要由洞身、基礎(chǔ)、端和冀墻組成。

涵洞按建筑材料可分為磚涵、石涵、混凝土涵、鋼筋混凝土涵；按構(gòu)造可分為圓管涵、蓋板涵、箱涵、拱涵等。

按洞頂填土高度情況可把涵洞分為明涵和暗涵兩類。明涵是指洞頂填土高度小于0.5m的涵洞，暗涵是指洞頂填土高度大于0.5m的涵洞。

涵洞按孔數(shù)可分為單孔、雙孔、多孔等，孔徑為0.75～6m。

按水利性質(zhì)，涵洞水力計算圖式可分為無壓力式、半壓力式和壓力式三種。另外，當(dāng)路基頂面標(biāo)高低于橫穿溝渠的水面標(biāo)高時，也可設(shè)置倒虹吸管涵洞。

二、涵洞的適用性和優(yōu)缺點

石涵適用于產(chǎn)石地區(qū)，可做成石蓋板涵或石拱涵。其不僅節(jié)省鋼筋、水泥，而且經(jīng)久耐用，造價、養(yǎng)護費用低。

混凝土涵可現(xiàn)場澆注或預(yù)制成拱涵、圓管涵和小跨徑蓋板涵，這樣就節(jié)省鋼筋，便于預(yù)制，但損壞后修理和養(yǎng)護較困難。

鋼筋混凝土涵可用于管涵、蓋板涵、拱涵；軟土地基上可用箱涵。用鋼筋混凝土做成涵洞涵身堅固，經(jīng)久耐用，養(yǎng)護費用少，管涵、蓋板涵安裝運輸便利，但耗鋼量較多，預(yù)制工序多，造價較高。

磚涵適用于平原或缺少石料地區(qū)?？勺龀纱u拱涵，有時可做成磚管，這樣就便于就地取材。但強度較低；當(dāng)水流含堿量大或冰凍地區(qū)易損壞。

管涵適用于有足夠填土高度的小跨徑暗涵。其對基礎(chǔ)的適應(yīng)性及受力性能較好，不需墩臺，圬工數(shù)量少，造價低。

蓋板涵適用于要求過水面積較大的路段，低路堤上的明涵或一般路堤的暗涵。其構(gòu)造簡單，維修容易，跨徑較小時可用石蓋板，而跨徑較大時可用鋼筋混凝土蓋板。

拱涵在跨越深溝或高路堤時設(shè)置。山區(qū)石料資源豐富可用石拱涵。其跨徑較大，承載潛力較大，但自重引起的恒載也較大，施工工序較繁多。

箱涵常用在軟土地基上。其整體性強，但用鋼量多，造價高，施工較困難。

三、涵洞型式的選擇

1、設(shè)計選用的原則

涵洞設(shè)計應(yīng)根據(jù)所在公路的使用任務(wù)、性質(zhì)和將來的發(fā)展需要，并結(jié)合實際綜合考慮各方面的要求，按照適用、經(jīng)濟、安全和美觀的原則進行設(shè)計。

2、決定涵洞型式的主要因素

2.1地形地質(zhì)水文和水力條件

根據(jù)流量的大小來選擇涵洞還是小橋，可依據(jù)設(shè)計流量大小來選擇是用無壓力式、半壓力式或壓力式涵洞，同時，可根據(jù)設(shè)計流量，填土高度和地基承載力來考慮用圓管涵、蓋板涵、拱涵、還是箱涵。

2.2經(jīng)濟造價

可根據(jù)不同的地區(qū)，不同的設(shè)計流量，以及路堤高低不同來選擇涵洞的用料、孔徑等。

2.3材料選擇和施工條件

涵洞選材應(yīng)因地制宜，盡可能的就地取材，且要方便施工，即一段路線上不宜采用過多的涵洞類型。

2.4養(yǎng)護維修

為了便于養(yǎng)護，選擇涵洞類型時，孔徑不宜過小，洞身不宜過長。

四、涵洞的設(shè)置原則

1、滿足公路排水的需要

涵洞是路基排水的主要設(shè)施之，邊溝排水最終要通過涵洞引離路基范圍涵洞間距、進出口標(biāo)高應(yīng)與邊溝結(jié)合，同時們意與周圍河溝的銜接與協(xié)調(diào)在附近沒有自然溝渠的情況下，必要時應(yīng)設(shè)置供公路自身排水的的涵洞，配合配套的線外工程，將水排出路基，但要注意不要對周邊環(huán)境及居民造成危害

2、銜接排水及灌溉溝渠

公路的修建小可避免地會對沿線周邊排水及灌溉系統(tǒng)產(chǎn)生影響為了保證沿線溝渠的安全與暢通，必須對沿線的地形地貌、水文、水利設(shè)施及農(nóng)田分布進行詳細的調(diào)查。

3、考慮非排水因素

對線路跨越的重要管道、光纜、電纜等進行保護，般也設(shè)置簡易涵洞2涵洞布設(shè)應(yīng)注意事項。

3.1涵洞內(nèi)經(jīng)或凈高不小于0.75m;涵洞長度大于15m但小于30m時，其內(nèi)徑或凈高不宜小于1.0m;涵洞長度大于30m且小于60m ,其內(nèi)徑或凈高不宜小于1.25m;涵洞長度大于60m時，其內(nèi)徑或凈高不宜小于1.5m當(dāng)舊路改建、拓寬時，如原涵洞狀態(tài)良好，其孔徑和長度可視具體情況而定。

3.2涵洞出入口處應(yīng)設(shè)端培或翼培其樣式和尺寸應(yīng)使涵洞具有相應(yīng)的過水能力和保證涵洞處路堤的穩(wěn)定端墻或翼墻與洞身應(yīng)設(shè)縫隔開，縫內(nèi)填以不透水材料。

3.3高速公路、級公路、一級公路路堤與涵洞連接處應(yīng)設(shè)置過渡段，過渡段長度宜按2-3倍路基填土高度確定。

3.4當(dāng)河溝縱坡≤3%，且涵長≤15m時，涵洞基底可水平設(shè)置，涵底鋪砌縱坡可采用1 %-3%當(dāng)河溝縱坡>3%,但≤6%時，涵底鋪砌可采用與天然河溝相同的縱坡涵洞基礎(chǔ)底而當(dāng)河溝縱坡較小時，可設(shè)置為平置式;河溝縱坡較大時，可設(shè)置為斜置式3涵洞設(shè)計。

3.5設(shè)計要點涵洞的孔徑(涵洞過水截面上的最大水平尺寸)根據(jù)通過水流的流量和流速確定影響流量和流速的主要因素是暴雨強度、覆蓋面積和持續(xù)時間，因此，涵洞孔徑般是根據(jù)50年內(nèi)可能出現(xiàn)的最大洪水流量而確定的。

涵洞的孔數(shù)是根據(jù)流量和水位確定的涵洞般采用單孔或雙孔，很少超過四孔，在流量穩(wěn)定的河溝可設(shè)置多孔。一些地質(zhì)水文條件復(fù)雜的溝谷，當(dāng)采取治溝措施不經(jīng)濟或采用涵洞不能保證水流暢通時，可采用橋梁跨越。涵洞走向應(yīng)盡量與路、堤正交，并與原水道流向致，以縮短洞身長度和使水流順暢銜接洞底高程應(yīng)等于或接近原水道底部高程縱坡應(yīng)等于或稍大于原水道的底坡。

3.6 涵洞的基礎(chǔ)設(shè)計

蓋板涵的基礎(chǔ)形式主要有整體式和分離式兩種。涵洞基礎(chǔ)形式的確定要結(jié)合基礎(chǔ)應(yīng)力計算結(jié)果和涵位處的地質(zhì)情況綜合考慮。涵洞基礎(chǔ)，在無沖刷處(巖石地基除外)，應(yīng)設(shè)在地面或河床底以下埋深≮1m處；如有沖刷，基底埋深應(yīng)在局部沖刷線以下≮1m；如河床上有鋪砌層時，基礎(chǔ)底面宜設(shè)置在鋪砌層頂面以下≮1m。在軟弱地基或軟土上修建涵洞基礎(chǔ)時，可采用砂礫墊層或粉砂樁處理。砂礫墊層適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、素填土、雜填土的淺層處理。不含植物殘體等雜質(zhì)，其中黏粒含量應(yīng)≯5％，粉粒含量≮25％，礫料粒徑以≯50mm為宜。砂礫墊層的變形模量和強度比軟弱地基或軟土大，基礎(chǔ)底面的壓應(yīng)力通過砂礫墊層的擴散作用分布到較大的實體面積上。砂礫墊層頂面尺寸應(yīng)為基底尺寸每邊加寬≮0.3m，墊層厚度宜≮0.5m，且≯3m。

五、涵洞在勘測設(shè)計中的細則

1、涵洞內(nèi)徑或凈高不宜小于0.75m；涵洞長度大于15m但小于30m時，其內(nèi)徑或凈高不宜小于1.0m；涵洞長度大于30m且小于60m時，其內(nèi)徑或凈高不宜小于1.25m；涵洞長度大于60m時其內(nèi)徑或凈高不宜小于1.5m。〔設(shè)計中涵洞內(nèi)徑或凈高一般都是≥1.5m〕

當(dāng)舊路改建、拓寬時，如原涵洞狀態(tài)良好，其孔徑和長度可視具體情況而定。

2、涵洞位置應(yīng)符合沿線線形布設(shè)要求，當(dāng)不受線形布設(shè)限制時，宜將涵洞位置選擇在地形有利地質(zhì)條件良好，地基承載力較高〔可見涵洞設(shè)計中要求的地基承載力一般是≥［0.25］MPa〕、溝床穩(wěn)定的河〔溝〕段上。

3、涵洞出入口處應(yīng)設(shè)端墻或翼墻，其式樣和尺寸應(yīng)使涵洞具有相應(yīng)的過水能力和保證涵洞處路堤的穩(wěn)定。端墻或翼墻與洞身應(yīng)設(shè)縫隔開，縫內(nèi)填以不透水的材料。

4、涵洞的洞身和出入口一定范圍內(nèi)的溝床、路基坡面、錐體填方均應(yīng)鋪砌加固。出入口鋪砌的平面形式應(yīng)根據(jù)溝形確定〔一般鋪砌至溝底〕，對于無明顯溝槽者，出口平面宜采用等腰梯形，其鋪砌角可取為20°；鋪砌材料應(yīng)按鋪砌層上最大流速確定，鋪砌末端必須設(shè)截水墻。

當(dāng)溝床為巖石或不被洪水沖移的大塊石、漂石所覆蓋時，溝床可不作鋪砌。在縱坡陡、流速大的河溝，必要時還需設(shè)置急流槽、跌水及相應(yīng)的消能措施，并應(yīng)在端墻外端底部設(shè)置截水墻。在溝床鋪砌的端部，亦應(yīng)設(shè)置截水墻。

5、斜坡上的涵洞涵底縱坡不宜大于5%，圓管涵的縱坡不宜大于3%。當(dāng)涵底縱坡大于5%時，涵底宜采用齒狀基礎(chǔ)，或者出口設(shè)置為扶壁式。當(dāng)涵底縱坡大于10%時，洞身及基礎(chǔ)分段作成階梯形，前后兩節(jié)涵洞蓋板或拱圈的搭接高度不小于其厚度的1/4。

6、沉降縫設(shè)置。置于非巖石地基上的涵洞，根據(jù)涵洞的涵底縱坡及地基土情況，每隔4—6m設(shè)置一道沉降縫；高路堤路基邊緣以下的洞身及基礎(chǔ)每隔適當(dāng)距離設(shè)置沉降縫；舊涵接長時，在新舊接頭處設(shè)置沉降縫。沉降縫采用彈性不透水材料填塞。巖石地基上的涵洞可不設(shè)沉降縫。

7、涵洞的基礎(chǔ)按涵洞的構(gòu)造、地質(zhì)條件及地基處理的情況，可設(shè)計為整體式或非整體式。在土質(zhì)條件較好，沉降較均勻的地段一般就設(shè)分離式基礎(chǔ)；而在地質(zhì)條件較差或沉降不均勻的地段一般設(shè)整體式基礎(chǔ)?；蛳蠕伷鏊槭瘔|層或混凝土。

冰凍地區(qū)，端墻與端管節(jié)采用整體的剛性基礎(chǔ)。

8、有水壓涵洞應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)，管節(jié)〔涵節(jié)〕接縫應(yīng)密不透水，避免水壓滲透，保證路堤及基底的穩(wěn)定性。

9、設(shè)置排水涵兼通道時，可根據(jù)實際情況來作一些設(shè)計如設(shè)置邊溝蓋板等，同時需采取必要的防洪安全措施，確保人、畜和車輛的通行安全。

結(jié)語：

總而言之，涵洞的設(shè)計跟其他構(gòu)造物一樣，也有其自身的特點和規(guī)律。不管是涵位的確定、涵洞洞口的布置，還是涵洞孔徑設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計均應(yīng)適應(yīng)地形、地質(zhì)條件的變化，綜合考慮各種影響因素，做到因地制宜、因勢利導(dǎo)。筆者相信，在涵洞設(shè)計上，只有本著“安全、適用、經(jīng)濟、美觀”的設(shè)計原則，不斷提高細部設(shè)計的質(zhì)量，這樣才能滿足高性能、高質(zhì)量的公路發(fā)展趨勢。

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