內部跌落式蓋板涵在山區(qū)公路中的應用

呂德浩

(林口縣水電開發(fā)總公司，黑龍江 林口 157600)

1 工程概況

牡丹江下游某水電站，設計裝機100MW，庫容1.25m3，屬大型水電工程。發(fā)電機組位于大壩有右岸。右岸進廠公路長2.81km，是一條新建公路，公路起點位于壩址，終點與下游方虎公路相交，是外界進入壩址的唯一通道。距該進廠公路終點下游2.05km處是電站施工所需的主料場，供應水電站圍堰及壩體施工的土石方共計200余萬m3。因此，右岸進廠公路承擔著建設水電站所需的土石方、機電設備、金屬結構等運輸任務，是水電站工程建設的關鍵性道路。

2001年該電站開始進行前期的“四通一平”工程，其中右岸公路確定為一般二級公路，涉及涵洞六座。其中六號涵洞設計為圓管涵(雙排)，管徑1.0M，涵上填土高度平均為4.37M，涵長22.0M，坡度2%。由于該處落差較大(4.23M)，涵洞上游設消力跌水，下游設急流槽、消力池等。

經對六號涵洞進行實地勘測，該涵洞上游溝道長約2.0km，平均寬約0.4km，溝道兩側已大部分開荒種地，已形成沖刷溝；下游出口距牡丹江約100M；溝道內平時無水，根據洪痕，水位較高，經走訪當地百姓，該溝道雨季洪水裹脅著泥沙及柴草等下泄，一般土涵洞已沖毀多次。鑒于該公路工程的重要性，決定對該涵洞的型式進行修改。

2 設計選型

六號涵洞溝道平均坡度為11.3%，末端溝道較寬、較深。經探挖該段基礎較好為天然穩(wěn)定砂礫石，俗稱鐵板砂。根據因地制宜、就地取材和便于施工養(yǎng)護等原則，選取涵洞構造型式中常用的圓管涵(雙管Ф1.0)、蓋板涵、內部跌落式蓋板涵進行方案比較。

材料來源：毛石擬采用距離工地1.0km處的該路段爆破山石石方經選料后作為涵洞石料(經檢測滿足涵洞用料要求)；水泥自林口供應，距離98公路；碎石場距工地80km；施工用沙距工地5.0km。在同等材料價格的基礎上對三種涵洞的型式、施工難易程度、造價等比較如下：

1)圓管涵洞(雙管Ф1.0)：是一種常用的涵洞型式，結構簡單，施工方便，輔助當地的農民工就能完成工程，且造成價低。缺點：本工程所用管材需從廠家運送，距離較遠(約98km)，圓管安裝需吊裝設備；碎石運距較遠；穩(wěn)管墊層所需要混凝土用量較大且需現場拌制；發(fā)電機、攪拌機等一應俱全，直接增加施工成本[1]。

2)蓋板涵洞：蓋板涵主要由蓋板涵臺及基礎等部分組成，蓋板涵與簡支板梁橋的結構型式基本相同，具有受力明確，構造簡單，施工方便，排洪能力強等特點。廣泛用于公路工程中，特別是水利水電工程的前期“四通一平”山區(qū)公路工程建設中。一般情況下造價較圓管涵高，由于本工程采用的石料距離較近，減少了較多的材料成本；蓋板所需鋼筋混凝土工程量較小，可預制后運抵工地安裝；主要施工是砌筑漿砌石，輔助當地的農民工就能完成工程。

3)內部跌落式蓋板涵：是蓋板涵洞的一種改進，采用涵洞內部分層跌水，減少了上游、下游的高差，減少了上游設置跌水、下游設置急流槽的長度。同蓋板涵一樣，具有受力明確，構造簡單，施工方便，排洪能力強等特點。主要施工是砌筑漿砌石，輔助當地的農民工就能完成工程。

3種型式涵洞的工程量、造價比較見表1。

表1 3種型式工程量、經濟指標比較表

根據上述3種涵洞的特點分析，從工程量、造價等的比較看，3種涵洞造價相差不大，蓋板涵造價最高，圓管涵次之，最小的是內部跌落式蓋板涵；從施工的角度上講，蓋板涵、內部跌落式蓋板涵施工簡便、適合涵洞就地取材的原則；從運行方式上看，蓋板涵、內部跌落式蓋板涵有利于泥沙、柴草等雜物的通過，而雙排圓管涵中的兩圓管涵之間的隔墩阻礙泥沙、柴草下泄，增加水流對涵洞的沖擊，影響涵洞的穩(wěn)定性。由此看出，無論工程造價、施工難易程度、運行方式上看內部跌落式蓋板涵都優(yōu)越于蓋板涵和圓管涵(雙排)，因此選擇方案3內部跌落式蓋板涵。

3 涵洞尺寸的確定

3.1 涵洞進口尺寸確定

根據《公路工程建設標準規(guī)范定額匯編》，一般二級公路涵洞設計洪水頻率為1/50，經計算，洞徑為1.0m的涵洞可以滿足過水要求，但是考慮到上游流域內植被破壞嚴重，下泄洪水中泥沙、柴草等雜物較多，易導致涵洞口堵塞，因此將涵洞進口尺寸調整為1.5m×1.5m。

3.2 沉降縫的選擇及跌水的設置

一般情況下，非巖石地基上的涵洞每4-6m應設置沉降縫，考慮到該涵洞基底為穩(wěn)定的天然砂礫石(鐵板砂)，基礎穩(wěn)定。為便宜于施工，設置兩道沉降縫，三段長度自上而下分別為7.5m、7.0m、7.5m。涵洞底坡為2%。

涵洞內的跌水設置在兩道沉降縫處，跌檻高度為0.3m，總跌水高度為0.6m。

3.3 進、出水口的縱坡設置

進水口采用八字墻接走廊式洞口，增大了進口寬度和長度，有利于溝道內的洪水匯集。

加高隔水墻，使隔水墻距進口達1.0m，減緩上游原地面坡度，使原上游地面坡度由11.3%降為4.6%，防止上游溝道的繼續(xù)加深，減少泥沙下泄量。加高的隔水墻使涵洞進口成為跌水進口，經計算，不會對涵洞產生任何不利影響。

出口采用八字式洞口，出口與原地面的高差采用臺階平置式陡坡，臺階采用30×30階梯，八字墻角度為14°，出口總寬3.0m；臺階及八字式洞口均能消減大部分水能，使出口末端的原地面受到的水流沖擊最小，經計算不會對涵洞基礎產生影響。

3.4 涵洞結構設計

蓋板設計：按簡支梁結構設計，根據相關規(guī)范，蓋板厚度為0.2m。

擋土墻設計：涵洞的墻體設計為重力式擋土墻，考慮當地冬季凍害情況，涵底以下基礎均為2.0m，三段墻洞內凈高分別為1.5m、1.8m、2.1m；擋土墻上口取0.5m，底寬2.7m。根據承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，經土壓力、車輛荷載、填土重力、自身重力等多種不利荷載受力分析計算，該結構滿足抗壓、抗傾覆校核。

八字墻基礎取1.8m，上口0.4m，下口1.3-1.6m不等，墻高為3.3-4.4m不等，經校核，滿足設計要求。涵洞縱斷面及平面圖如圖1所示。

(a)函洞縱剖面圖

(b)函洞平面圖

4 涵洞的施工

4.1 施工放樣

根據涵洞中心線，確定涵洞的四邊位置，并定樁標記。根據水準控制網，確定基礎開挖輪廓線。注意：道路中心線與涵洞中心線并不重合。

4.2 溝槽開挖

按設計要求的沉降縫間距分段開挖，寬度為擋土墻實體工程基礎加作業(yè)面寬，采用人工配合挖掘機或人工配合推土機開挖。開挖過程中，要邊開挖、邊檢查，發(fā)現錯誤，立即給予糾正，保證開挖按設計要求進行。砌筑前，先在已經驗收合格的基底鋪一層30-50m厚的水泥砂漿，然后再向上施砌。

4.3 漿砌石施工

選料：由于使用公路爆破石料，首先要注意安全，應選擇材質堅實，無風化剝落或裂紋，石材表面無污垢、水銹等雜質，必要時，應用水沖洗。水泥、沙等均應滿足設計要求。

漿砌石施工方法：砌石施工方法采用座漿法，其砌石程序為：先砌“角石”，再砌“面石”，最后砌“腹石”。

拉結石的設置：由于墻體較厚到、較高，容易產生前后墻體塊石砌筑不均，影響墻體的整體強度，一般每間隔1-2m，高度0.5m左右，應錯縫分布“拉結石”(較長的條石)，使墻體前后能構成一個整體保證墻體的穩(wěn)定。

4.4 混凝土蓋板澆筑及安裝

混凝土蓋板采取預制方式在距工地1.0km處的江南村澆筑，養(yǎng)護后運至工地，人工配合及吊車安裝。

4.5 養(yǎng)生與回填土

由于距離牡丹江較近，取江中水草袋履蓋養(yǎng)生；養(yǎng)生完成后，墻后先作反慮層，再填路基土，人工分層夯填，超過涵頂蓋板0.5m后，按正常道路施工填筑。

5 內部跌落式蓋板涵的評價

經10余年的運行，該涵洞目前運行狀況良好，涵洞上游約50m溝道內原沖刷溝已恢復到原溝底，溝道沒有下切，達到了設計預期目的。下游涵洞出口處略有沖刷，對出口段無影響。

綜合看內部跌落式蓋板涵有以下特點：

1)優(yōu)點：內部跌落式蓋板涵結構簡單，施工方便，就地取材，技術含量較低，造價低。泄洪能力強，穩(wěn)定性強。汛期未出現洞口堵塞情況，適合牤牛大、泥沙含量高、柴草飄浮物多的山區(qū)涵洞。

2)缺點：由于是漿砌石體，對砂漿、石材、水泥等技術指標要求較高；沉降縫的處理較復雜；施工用業(yè)面較小，易出現施工干擾；大量塊石施工，易出現人員傷害事故[2]。

3)不足之處：該涵洞內跌落差為0.6m，占整個涵洞上、下游高差的14%。目前看，跌落差設置有些保守，如能多設置幾道跌檻使跌落差能達到總高差的30%-50%，消能效果能更加顯著；另外，涵底采用跌落式，涵頂蓋板未采用跌落式，仍按2%坡度下降，使涵洞出口凈高高于進口凈高0.6m(進口洞凈高1.5m，出口洞凈高2.1m)，增加了漿砌石工程量；可以通過試算，如涵頂也采用跌落式與增加涵長相比較確定合理的涵頂坡降和涵長。

以上不足之處有待在今后的工程中論證、比較、改進。