水利工程涵洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

肖鵬

（黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計(jì)研究院 黑龍江省哈爾濱市 150090）

水利工程中涉及到的涵洞工程多是為了引水或是排水所需，在引水涵洞設(shè)計(jì)時(shí)，只需要清楚水力參數(shù)和明確荷載要素即能夠完成具體的設(shè)計(jì)。相較于引水涵洞，防洪泄水涵洞設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，需要通過對水力條件進(jìn)行對比分析，并對相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行明確，做好標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定工作，針對洪水頻次和季節(jié)特點(diǎn)來選擇適宜的涵洞結(jié)構(gòu)和形式，合理進(jìn)行斷面尺寸設(shè)計(jì)，確保能夠滿足當(dāng)?shù)丶竟?jié)性排洪需要。

1 水利工程中涵洞的基本情況概述

涵洞作為水利工程中非常關(guān)鍵的組成部分，其長期的暴露在自然環(huán)境下，而且當(dāng)前車輛數(shù)量的增加也對涵洞的安全性和耐久性提出了更高的要求。對于涵洞設(shè)計(jì)時(shí)的安全系數(shù)，需要確保其在惡劣自然環(huán)境能夠保持良好的性能。因此需要確保涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣就不會出現(xiàn)移位或是被壓壞的情況。在具體設(shè)計(jì)和施工過程中，需要針對于當(dāng)?shù)氐木唧w特點(diǎn)來及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)和施工方案，以便于更好的發(fā)揮出涵洞的重要作用。

2 水利工程中涵洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 箱涵設(shè)計(jì)

箱涵作為普遍使用的一種涵洞，在水利工程中發(fā)揮著重要的作用。箱涵作為引水建筑物，其結(jié)構(gòu)相對簡單，施工難度也不大，適宜在不同類型環(huán)境和地質(zhì)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行建設(shè)，具有較好的地區(qū)適應(yīng)性。作為無壓引水建筑物，箱涵設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)水理體積進(jìn)行箱涵平面布置和斷面尺寸設(shè)計(jì)即可。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)場情況，并考慮到底坡與建筑物連接，以此來保證水面轉(zhuǎn)角和緊密性，利用結(jié)構(gòu)受力公式進(jìn)行計(jì)算，以此來保證承受力的均勻性。

2.2 圓管涵設(shè)計(jì)

為了提高排洪泄水能力，可以設(shè)計(jì)圓管涵。由于對涵管承受水力荷載具有較高的要求，因此需要科學(xué)進(jìn)行測算，確保計(jì)算荷載選取的科學(xué)性，在具體設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)需要針對影響使用能力的各種因素進(jìn)行綜合考慮。針對于使用功能可以將圓管涵劃分了三種類型，即壓力過水涵、半壓力過水涵及無壓力過水涵。因此在具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對水位變化是否會出現(xiàn)負(fù)壓的情況來對圓管涵的承載量進(jìn)行全面考慮，并采用科學(xué)合理的計(jì)處，準(zhǔn)確的把握整體和局部的荷載，確保涵洞結(jié)構(gòu)尺寸的合理性。另外，還要考慮圓管涵地基基礎(chǔ)對涵管承載量的影響，即在考慮各種工況下圓管涵水平面荷載的承受力標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 蓋板涵設(shè)計(jì)

蓋板涵在水利工程中應(yīng)用較廣泛，在具體進(jìn)行蓋板涵設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮到鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力的情況，同時(shí)還要計(jì)算涵臺情況，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。蓋板涵屬于無壓涵洞，豎向壓力要按涵洞以上地面面積邊緣向上外斜30°分布的，按照各向擴(kuò)散面積進(jìn)行計(jì)算。涵臺內(nèi)力是通過涵洞和涵底重心落點(diǎn)計(jì)算的，上下簡支豎梁承受上部簡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。

2.4 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)：①計(jì)算拱涵涵頂填土對涵洞豎向壓力大小，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)；②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)力問題，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要把握好計(jì)算過程，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。

3 水利工程涵洞設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 涵洞的洞口設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在水利工程涵洞洞口結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分的意識到涵洞洞口施工設(shè)計(jì)的重要性，針對水利工程涵洞洞口的不同類型來選擇適宜的涵洞洞口設(shè)計(jì)類型，并與水利工程與涵洞的設(shè)計(jì)要求相結(jié)合，并參照洞口類型在實(shí)際涵洞設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況來開展具體的設(shè)計(jì)。當(dāng)前水利工程建設(shè)中常見的涵洞洞口類型主要以急流坡、跌水井及倒虹吸等為主，其中急流坡和跌水井形式的洞口在當(dāng)前水利工程施工中較為常見，通常會應(yīng)用在河流下游河床位置較低或是基礎(chǔ)縱斷面無法滿足涵洞施工設(shè)計(jì)高度要求的情況。在公路涵洞設(shè)計(jì)時(shí)多會采用倒虹吸形式的洞口，而且以八字墻和直擋墻作為涵洞洞中設(shè)計(jì)時(shí)選用的坡形結(jié)構(gòu)。

3.2 涵洞洞身與長度設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在進(jìn)行水利工程涵洞的洞身的設(shè)計(jì)過程中，比較重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容就是對于涵洞洞身以及涵洞長度的確定設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。涵洞的洞身是整個(gè)涵洞孔道的主體部分，在進(jìn)行涵洞洞身的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中，最重要的部分就是對于水流流量與涵洞洞身孔徑大小的計(jì)算設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以能夠保證對于洞身孔徑大小的設(shè)計(jì)，能夠滿足水流流量通過時(shí)對于孔徑的需求。此外，在進(jìn)行涵洞洞身的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中，還要保證對于涵洞洞身的堅(jiān)固性以及穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足水利工程涵洞結(jié)構(gòu)部分的需求，保證涵洞本身的堅(jiān)固性與穩(wěn)定性。涵洞洞身在實(shí)際應(yīng)用過程中需要滿足水流通過的需求，同時(shí)還要對涵洞結(jié)構(gòu)起到重要支撐作用。在具體設(shè)計(jì)涵洞洞身長度時(shí)，需要參照具體的洞身斷面，當(dāng)洞身斷面較小時(shí)，則洞身長度要大一些，相反，洞身長度則宜小一些。而且涵洞洞身長度設(shè)計(jì)還會直接關(guān)系到涵洞的施工成本和水利工程的整體造價(jià)，因此要綜合考慮各種因素，確保涵洞洞身與長度設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

4 結(jié)束語

由于涵洞對于水利工程具有非常重要的作用，因此在具體設(shè)計(jì)時(shí)要做到科學(xué)笥和合理性，并對設(shè)計(jì)過程中一些關(guān)鍵點(diǎn)要進(jìn)行掌控，確保設(shè)計(jì)的質(zhì)量，為后續(xù)施工和涵洞具體使用性能的發(fā)揮奠定良好的基礎(chǔ)。

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