水利工程涵洞設(shè)計(jì)探析

摘 要：我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，離不開(kāi)各類水利工程建設(shè)，水利建設(shè)全面促進(jìn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。在各類水利項(xiàng)目中，涵洞是必不可少的內(nèi)容，良好科學(xué)的設(shè)計(jì)，能夠確保涵洞發(fā)揮效能，提高水利通過(guò)能力。涵洞在水利工程中的應(yīng)用較為普遍，不同的水利工程有不同的設(shè)計(jì)理念與思路，需要根據(jù)水利工程需求、地質(zhì)和環(huán)境等情況做好調(diào)研，用不同結(jié)構(gòu)和樣式的涵洞體現(xiàn)功能。只有全面保證水利工程中涵洞建設(shè)質(zhì)量，才能確保實(shí)際應(yīng)用科學(xué)合理。文章主要針對(duì)水利工程中涵洞設(shè)計(jì)重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析，全面提出優(yōu)化方案，進(jìn)一步提升水利應(yīng)用能力和水平。

關(guān)鍵詞：水利工程；涵洞；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

農(nóng)業(yè)發(fā)展離不開(kāi)水利工程，良好的水利工程能夠進(jìn)一步提高興水利除水害能力，是我國(guó)治理水害的重要措施，水利工程設(shè)計(jì)關(guān)系到百年大計(jì)，設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)導(dǎo)致安全事故，減少工程使用年限，只有全面保證水利工程施工質(zhì)量，才能確保整體工程質(zhì)量滿足使用需求，達(dá)到設(shè)計(jì)和使用的良好目的。要想長(zhǎng)期保持水利工程穩(wěn)定運(yùn)行，就一定要從設(shè)計(jì)源頭把好關(guān)，使水利建筑物設(shè)計(jì)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。涵洞在水利工程建設(shè)中，必不可少，任何水利工程均會(huì)出現(xiàn)涵洞建筑，涵洞是水工建筑物的一種，是泄水建筑物，也叫引水建筑物，涵洞的設(shè)計(jì)一定要滿足水利工程需要，其不是獨(dú)立結(jié)構(gòu)，是要與整體工程相協(xié)調(diào)一致的，不論是結(jié)構(gòu)還是尺寸，均需要做好合理科學(xué)的構(gòu)思，通過(guò)平面布置形成專門的設(shè)計(jì)方案，使涵洞發(fā)揮其應(yīng)有的功能。各類水利工程性質(zhì)功能不一樣，就需要在涵洞建設(shè)中做好整體規(guī)劃，涵洞的建設(shè)數(shù)量要按水利工程量做好規(guī)劃，涵洞工程要想實(shí)現(xiàn)其使用功能，就要科學(xué)全面的考慮水利工程當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，通過(guò)對(duì)地質(zhì)的掌握，確保涵洞建筑物級(jí)別和類型。當(dāng)一切確認(rèn)后，則需要通過(guò)設(shè)計(jì)，完成整體構(gòu)思，把握好各個(gè)點(diǎn)位的關(guān)系，確保涵洞建筑與水利工程能夠形成緊密結(jié)合的整體。

1 涵洞

1.1 涵洞的概念

涵洞主要是指橫貫路基或路堤的小型過(guò)水建筑物，也叫引水建筑物、泄水建筑物或者排洪構(gòu)建物。大的泛圍看，涵洞也可以當(dāng)做涵渠來(lái)理解。涵洞有自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般由洞身、端墻、翼墻、出入口鋪墻等部分構(gòu)成。

1.2 涵洞的分類

按照不同的形態(tài)可以進(jìn)行多種分類，涵洞可以按使用功能、建筑材料、構(gòu)造形式、洞頂填土形式、水力性能五個(gè)方面進(jìn)行類型分類，不同的分類有不同的樣式與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。按使用功能分類主要由引水涵和排洪泄水涵兩類構(gòu)成；按建筑材料分主要由鋼筋混凝土涵、混凝土涵、石涵、磚涵構(gòu)成；按構(gòu)造形式分包括箱涵、管涵、蓋板、拱涵等；按洞頂填土情況分包括明涵和暗涵兩類；按水力性能分包括無(wú)壓式涵洞、半壓式涵洞、壓力式涵洞三種類型，根據(jù)不同類型的涵洞結(jié)構(gòu)與樣式，就會(huì)使用到不同的工程中，那么公路或者水利工程中，就要按照分類的不同，合理做好選擇與設(shè)計(jì)。水利工程或者公路交叉處，涵洞的功能則是便于公路跨越溝渠、水利工程能穿越公路，通過(guò)涵洞的建設(shè)，能夠有效保證公路與水利工程的完整性，在洪水期，保證水利工程安全。

2 涵洞設(shè)計(jì)

涵洞建設(shè)前，需要根據(jù)實(shí)際情況做好科學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從整個(gè)建筑角度看，涵洞設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣，不同的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)影響著流程與最終效果，合理科學(xué)的設(shè)計(jì)是涵洞建設(shè)的關(guān)鍵。

2.1 涵洞設(shè)計(jì)考慮因素

涵洞設(shè)計(jì)采取哪種結(jié)構(gòu)形式和斷面，直接影響到整體工程是否合理，同時(shí)也對(duì)工程工藝、材料、技術(shù)的選擇有一定的影響作用。進(jìn)行涵洞設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合性考慮到各類影響因素，避開(kāi)制約因素，使設(shè)計(jì)更加具有可操作性，確保工程順利實(shí)施。涵洞設(shè)計(jì)要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，需要按照整體工程的材料、地質(zhì)、施工等方面要求，做好類型選擇，滿足施工條件要求。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，更要全面考慮最后的使用效果，如果過(guò)于理想化，則不能滿足涵洞泄洪和過(guò)水要求。

2.2 套用標(biāo)準(zhǔn)圖把握要點(diǎn)

涵洞有一整套設(shè)計(jì)原理，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明了的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是設(shè)計(jì)人員需要參考的，一般情況下，涵洞設(shè)計(jì)時(shí)均使用的是實(shí)踐檢驗(yàn)合理的標(biāo)準(zhǔn)圖，通過(guò)實(shí)踐證明設(shè)計(jì)是標(biāo)準(zhǔn)化、合理化的模式，在此基礎(chǔ)上，還要結(jié)合不同工程特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)情況，做好適度調(diào)整與改進(jìn)，需要良好的經(jīng)驗(yàn)才能完成設(shè)計(jì)構(gòu)想，保證工程合理性科學(xué)性。采取套用標(biāo)準(zhǔn)圖的設(shè)計(jì)思路，不但節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，提升了工程進(jìn)度，更主要的是其數(shù)據(jù)與參數(shù)是合理化、實(shí)用化、規(guī)范化的。

3 水利工程中涵洞設(shè)計(jì)分析

水利工程中涉及到涵洞工程，主要目的就是為了引水或排洪需要，一般情況下，引水涵洞較好設(shè)計(jì)，因?yàn)槠渌?shù)較為清楚、荷載要素明確，在設(shè)計(jì)中相對(duì)利于科學(xué)的掌握。而排洪泄水涵則相對(duì)復(fù)雜一些，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要全面的做好水力條件對(duì)比與分析，明確相關(guān)數(shù)據(jù)與參數(shù)，做好標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，排洪泄水涵主要是洪水侵襲起到作用，如果設(shè)計(jì)不合理，參數(shù)不準(zhǔn)確，則會(huì)受到洪水破壞，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)洪水的頻次與季節(jié)特點(diǎn)，做好涵洞結(jié)構(gòu)和形式的選擇，特別是進(jìn)行斷面尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，一定要滿足當(dāng)?shù)丶竟?jié)性的排洪需要，通過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)的建筑物級(jí)別確定，確保遇到超大洪水時(shí)，能夠確保工程安全穩(wěn)固。水利工程建設(shè)涵洞有多種類型，根據(jù)常見(jiàn)功能，對(duì)不同類型進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

3.1 箱涵設(shè)計(jì)

箱涵是較為普遍使用的一種涵洞，特別是在公路和水利工程中，發(fā)揮著巨大的作用。箱涵是引水建筑物，這種建筑結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，相對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工便利，不同類型的環(huán)境和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，均能建設(shè)，其地區(qū)適應(yīng)性非常強(qiáng)。箱涵為無(wú)壓引水建筑物，只要根據(jù)水量體積多少，做好箱涵平面布置和斷面尺寸設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，充分考慮到底坡和建筑物連接，確保水面轉(zhuǎn)角和緊密性，設(shè)計(jì)時(shí)，做好結(jié)構(gòu)受力公式的計(jì)算，確保各承受力均勻是關(guān)鍵。

3.2 圓管涵設(shè)計(jì)

圓管涵設(shè)計(jì)是為了提高排洪泄水能力建設(shè)的涵，對(duì)涵管承受水力荷載要求較高，不同的洪水流量對(duì)管道的壓力不同，具有復(fù)雜多變的不確定因素。為了保證工程質(zhì)量，就需要科學(xué)合理的進(jìn)行測(cè)算，計(jì)算荷載選取是否科學(xué)，設(shè)計(jì)人員一定要提高責(zé)任心，小心謹(jǐn)慎的考慮周全，特別是對(duì)影響使用能力的各種因素，要做到全盤綜合考慮。圓管涵按使用功能劃分，包含壓力過(guò)水涵、半壓力過(guò)水涵和無(wú)壓力過(guò)水涵三種，所以說(shuō)，進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要根據(jù)水位變化能否出現(xiàn)負(fù)壓的現(xiàn)象，全面考慮到圓管涵的承載量。通過(guò)科學(xué)合理的計(jì)算，對(duì)整體和局部荷載進(jìn)行把握，保證涵洞結(jié)構(gòu)尺寸合理。圓管涵地基基礎(chǔ)的承載力影響到最大涵管承載量，如果地基不穩(wěn)固，則會(huì)導(dǎo)致圓管壓力向側(cè)向傳遞，所以說(shuō)，圓管涵水平面荷載計(jì)算要充分考慮到各種工況下的承受力標(biāo)準(zhǔn)，不能單純計(jì)算單向壓力。

3.3 蓋板涵設(shè)計(jì)

蓋板涵在水利工程中應(yīng)用較廣泛，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮到鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力的情況和計(jì)算涵臺(tái)情況，只有做好這兩方面的設(shè)計(jì)，才能確保蓋板涵承載能力和應(yīng)用效果。蓋板涵是無(wú)壓涵洞，豎向壓力要按涵洞以上地面面積邊緣向上外斜30度分布的，按照各向擴(kuò)散面積進(jìn)行計(jì)算。涵臺(tái)內(nèi)力是通過(guò)涵洞和涵底重心落點(diǎn)計(jì)算的，上下簡(jiǎn)支豎梁承受上部簡(jiǎn)支壓力和水平方向作用力，要考慮上部與兩側(cè)作用力，避免出現(xiàn)不利工況影響。

3.4 拱涵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

拱涵在設(shè)計(jì)時(shí)，要把握好幾個(gè)重點(diǎn)，一是計(jì)算拱涵涵頂填土對(duì)涵洞豎向壓力大小，按土柱壓力進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；二是計(jì)算拱圈截面拱數(shù)值。拱涵的外型特征是以弧形拱承擔(dān)拱頂壓力，那么就需要全面考慮到內(nèi)力問(wèn)題，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要把握好計(jì)算過(guò)程，可以不考慮曲率、剪切變形、彈性壓縮和溫度變形的情況，需要把平方根精力放在填土厚度重力產(chǎn)生的壓力情況，同時(shí)還要做好拱圈內(nèi)分布情況確認(rèn)，保證拱圈橫截面壓力精確。

4 結(jié)束語(yǔ)

涵洞普遍應(yīng)用到各類水利工程中，起到引水和排洪泄水的作用，只有全面保證設(shè)計(jì)科學(xué)合理，才能確保涵洞工程質(zhì)量，滿足水利建設(shè)需要，推動(dòng)水利事業(yè)發(fā)展。