箱涵在小型水利工程中的應(yīng)用

林治鑫 吳有坤

(本溪市水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧本溪 117000)

箱涵在小型水利工程中的應(yīng)用

林治鑫 吳有坤

(本溪市水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧本溪 117000)

箱涵在小型水利工程中應(yīng)用廣泛，可以作為堤防、排水溝和小橋涵等建筑物。箱涵在小型水利工程中，具有過流能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力高、基礎(chǔ)處理簡單等特點(diǎn)。本文對(duì)小型箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、過流量計(jì)算、清淤等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，供同類工程參考。

涵箱;小型水利工程;過流能力;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);施工;清淤

箱涵在小型水利工程中應(yīng)用廣泛。在小型水利工程中，箱涵可以作為堤防、排水溝(穿堤建筑物)和小橋涵等建筑物。箱涵在小型水利工程中，具有過流能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力高，基礎(chǔ)處理簡單等特點(diǎn)。

1 過流能力計(jì)算

箱涵的過流能力計(jì)算可分為無壓流和有壓流，有壓流計(jì)算時(shí)和管道流相同，本文主要討論無壓流過流能力計(jì)算。

1.1 箱涵作為堤防和排水溝時(shí)過流能力計(jì)算

箱涵作為堤防和排水溝時(shí)，過流能力計(jì)算一般按無壓流計(jì)算，過流能力計(jì)算時(shí)按明渠均勻流計(jì)算，計(jì)算采用公式:

式中 Q——設(shè)計(jì)流量，m3/s;

A——過水?dāng)嗝婷娣e，m2;

R——水力半徑，R=A/X;

X——濕周，m。

式中 C——謝才系數(shù);

n——糙率系數(shù)，0.017;

i——水力坡降。

因?yàn)閿嗝鏋榛炷翑嗝?，糙率較小，相對(duì)于土渠，過流能力強(qiáng)。

1.2 箱涵作為小橋涵時(shí)過流能力計(jì)算

箱涵作為小橋涵時(shí)，底坡一般做成平坡，此時(shí)箱涵

的過流能力計(jì)算采用寬頂堰過流計(jì)算，采用公式:

式中 Q——設(shè)計(jì)流量，m3/s;

σs——淹沒系數(shù);

m——流量系數(shù);

H——堰上水頭，m。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 箱涵的尺寸

根據(jù)箱涵的用途、地質(zhì)條件、環(huán)境條件和頂進(jìn)條件等，橫斷面可以做成單孔或者多孔的。在小型水利工程中，箱涵一般布置為1～3孔，單孔箱涵的斷面形式以正方形和矩形為主。為方便施工時(shí)模板的安裝，箱涵的高度一般應(yīng)高于1.8m且不超過3m。單孔箱涵的跨度一般為3m左右，跨度太小在洪水期箱涵進(jìn)口容易被浪材、樹木等洪水中的攜帶物堵塞，失去行洪的功能，大于3m時(shí)箱涵的壁厚將增加，不經(jīng)濟(jì)。橫斷面形狀一般為平板直墻的箱型結(jié)構(gòu)，在大跨度箱涵板的端部一般都加腋。

2.2 作用荷載及組合

2.2.1 作用荷載

作用在箱涵上的荷載分為永久荷載、可變荷載和偶然作用荷載。永久作用的荷載稱為固定荷載，包括:結(jié)構(gòu)自重、頂板上全部材料重、土壓力、水壓力;可變作用的荷載稱為可變荷載，包括:車荷載;偶然荷載主要是地震荷載。

2.2.2 荷載組合

箱涵結(jié)構(gòu)應(yīng)按可能出現(xiàn)的不利荷載組合而產(chǎn)生的最大內(nèi)力來設(shè)計(jì)。

作為箱涵結(jié)構(gòu)的基本荷載主要包括:結(jié)構(gòu)自重及上覆材料重量、水壓力、土壓力。如果箱涵作為小橋涵使用時(shí)，基本荷載還應(yīng)有車荷載。

地震發(fā)生時(shí)，不考慮車荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的作用。

2.3 內(nèi)力計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)

2.3.1 內(nèi)力計(jì)算

箱涵結(jié)構(gòu)在各個(gè)荷載作用下，沿長度方向取1m為計(jì)算單元，作為單跨或多跨框架結(jié)構(gòu)計(jì)算其內(nèi)力，桿件計(jì)算取軸線桿件的中心線，然后根據(jù)不同的荷載組合，求出各主要控制截面的內(nèi)力。

為簡化計(jì)算，一般忽略加腋部分對(duì)彎矩的影響。但應(yīng)該看到，節(jié)點(diǎn)彎矩是加腋的比不加腋的大，如按不加腋的彎矩來設(shè)計(jì)構(gòu)建截面，則會(huì)不安全。為消除該不安全因素，可將計(jì)算得到的桿件端部的負(fù)彎矩圖平行，將桿件軸線位置的最大負(fù)彎矩值作為腋端的設(shè)計(jì)彎矩值。

箱涵結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件除產(chǎn)生彎矩外還受軸向力和剪力的作用。

2.3.2 配筋計(jì)算

按各個(gè)控制截面可能產(chǎn)生的最不利內(nèi)力組合，按照偏心受壓構(gòu)件，以彎矩和軸力設(shè)計(jì)截面的縱向鋼筋，以剪力設(shè)計(jì)截面的橫向鋼筋。因頂板所受軸力較小，也可將頂板作為受彎構(gòu)件考慮。

當(dāng)箱涵跨度較大時(shí)，因桿件端部負(fù)彎矩較大，為節(jié)省材料，一般在桿件端加腋以增加截面高度。

3 箱涵施工

3.1 基礎(chǔ)處理

采用人工配合機(jī)械開挖，開挖前注意做好排水設(shè)施，開挖按變形縫設(shè)置跳槽開挖，必要時(shí)做好臨時(shí)支護(hù)工作。

基地須整平夯實(shí)，并做基地承載力檢測，若達(dá)不到承載力要求，則需換填基礎(chǔ)。

3.2 底板及側(cè)墻鋼筋綁扎

在墊層上測量放線并畫出鋼筋布置大樣及立模邊線，然后綁扎底板及側(cè)墻鋼筋，綁扎側(cè)墻鋼筋時(shí)在外側(cè)用鋼管搭設(shè)臨時(shí)支架以防鋼筋籠變形。

3.3 內(nèi)模支撐及內(nèi)模施工

內(nèi)支撐采用φ50搭設(shè)，縱橫向布距不大于1m，豎向布距不大于1.2m，內(nèi)支撐的橫向鋼管應(yīng)與內(nèi)側(cè)模在橫豎帶節(jié)點(diǎn)處用鋼管卡子連接(內(nèi)外模的橫豎帶均用雙根鋼管)，起到橫向內(nèi)支撐作用。內(nèi)模采用1.5m2的大平面模板制作，表面要求光潔無錯(cuò)臺(tái)，模板接縫加貼密封條。

3.4 綁扎頂板鋼筋、立外模

頂板鋼筋，嚴(yán)格按規(guī)范及設(shè)計(jì)要求綁扎，支撐箍筋應(yīng)適當(dāng)予以點(diǎn)焊，保證上層鋼筋網(wǎng)片不變形。

外模采用普通鋼模組拼，外模的固定采用φ16拉桿內(nèi)外對(duì)拉，并以圓木或鋼管輔助支頂。

3.5 混凝土澆筑

混凝土灌注入倉采用吊車配合下料漏斗進(jìn)行，振搗采用插入式振搗棒。

3.6 變形縫處理

箱涵涵身每隔10m設(shè)一沉降縫(包括基礎(chǔ))，縫寬20mm，沉降縫內(nèi)夾20mm瀝青木板，有止水要求的內(nèi)夾300mm寬的橡膠止水帶止水。為保證整個(gè)沉降縫豎直且在一個(gè)截面上，立模堵頭處須立分離式兩塊模板(夾緊止水帶)，并與內(nèi)外模板以螺絲桿連接。

3.7 箱涵兩側(cè)臺(tái)背、箱頂填土

箱涵施工完畢后，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)，方可進(jìn)行回填土?；靥钔烈腺|(zhì)量要求，填土從涵身兩側(cè)同時(shí)水平分層，對(duì)稱填筑、夯(壓)實(shí)。用機(jī)械填土?xí)r，除按照上述規(guī)定辦理外，箱涵頂上填土厚度須大于1m時(shí)才允許機(jī)械通過，且在使用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，禁止開動(dòng)振動(dòng)源。

4 箱涵的清淤

箱涵作為堤防和排水溝時(shí)，將河流排水溝變成地下暗河，故箱涵應(yīng)設(shè)檢修口或者進(jìn)口，方便河道清淤。4.1 斷面尺寸小的箱涵

斷面尺寸小的箱涵，是指箱涵尺寸較小，不能滿足汽車在其內(nèi)部行駛。這種箱涵的清淤只能是人工清淤。如果箱涵的長度小于200m，可以通過箱涵的兩端進(jìn)入，箱涵中間不用設(shè)置進(jìn)人口。如果箱涵長度大于200m，箱涵每隔200m設(shè)置一處進(jìn)人口，通過檢查井通往地面。河道清淤時(shí)，人工清淤，通過檢修井將清淤物提到地面。

4.2 斷面尺寸大的箱涵

斷面尺寸大的箱涵，是指箱涵的尺寸滿足清淤時(shí)施工車輛進(jìn)入的要求。如果箱涵的長度小于200m時(shí)，可以通過箱涵的兩端進(jìn)入，箱涵中間不用設(shè)置清淤口。

如果箱涵長度大于200m，箱涵應(yīng)每隔200m設(shè)置一處清淤口。箱涵的進(jìn)口形式與地下車庫進(jìn)口相似，通過引道箱涵進(jìn)入主箱涵。

斷面尺寸大的箱涵，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意設(shè)置滿足施工車輛調(diào)頭的空間。單孔箱涵沒有設(shè)置施工車輛調(diào)頭的空間，施工車輛在箱涵中無法調(diào)頭;雙孔以上箱涵在設(shè)備調(diào)頭處可以將箱涵的中墩取消，滿足施工設(shè)備的調(diào)頭要求。

4.3 箱涵作為小橋涵

由于小橋涵比較短，一般為幾米至幾十米，故不存在清淤難的問題。

下圖所示為混凝土箱涵斷面。

混凝土箱涵斷面圖

5 箱涵的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1 優(yōu)點(diǎn)

5.1.1 結(jié)構(gòu)形式好

箱涵為兩端固結(jié)結(jié)構(gòu)，相對(duì)于蓋板的簡支結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸小，承載能力強(qiáng)，箱涵上可以滿足行車要求。箱涵上可以覆土，使堤防或者排水溝變成地下河，節(jié)約城市建設(shè)用地。

5.1.2 基礎(chǔ)條件好

箱涵基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)承載面積大，對(duì)地基條件要求不是特別嚴(yán)格，可以提高地基的承載力。

5.2 缺點(diǎn)

5.2.1 遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水

箱涵作為堤防時(shí)，在汛期遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水、箱涵滿流時(shí)無法宣泄更多的洪水，將造成人員和財(cái)產(chǎn)的損失。

5.2.2 箱涵進(jìn)口容易堵塞

箱涵進(jìn)口在汛期時(shí)一旦被樹干等雜物堵塞，沒有得到及時(shí)清理，將無法下泄洪水，使箱涵失去作用。山區(qū)型河流和來水迅猛的河流一般不建議修建箱涵。

5.2.3 清淤不方便

如果箱涵比較長，即使箱涵設(shè)置了檢修清淤口，但是由于箱涵斷面不是特別大，箱涵清淤檢修時(shí)，清淤施工車輛無法作業(yè)，缺少施工作業(yè)面。如果箱涵長時(shí)間沒有清淤，特別是對(duì)于排放生活污水的箱涵，容易產(chǎn)生甲烷等有毒氣體，將會(huì)造成施工人員有毒氣體中毒等傷害。

6 結(jié)語

箱涵一般建議作為小橋涵設(shè)計(jì)使用，作為堤防和排水溝使用時(shí)應(yīng)注意遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)的應(yīng)對(duì)措施，以及箱涵進(jìn)口和箱涵檢修清淤的設(shè)計(jì)。

Application of box culvert in small water conservancy projects

LIN Zhixin，WU Youkun
(Benxi Water Conservancy Electric Power Survey Design and Institute，Benxi 117000，China)

Box culvert is widely used in small water conservancy projects，which can be used as dyke，drainage ditch，small bridges and culverts and other buildings．Box culvert is characterized by strong overflow capability，stable structure，high bearing capacity，simple foundation treatment，etc．in small water conservancy projects．In the paper，small box culvert structure design，construction，overflow calculation，dredging，etc．a(chǎn)re introduced in detail as reference for similar projects．

box culvert;small water conservancy projects;overflow capacity;structure design;construction;dredging

U449.82

A

1005-4774(2015)06-0005-03