鐵路框架式涵洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

李思聰

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁設(shè)計(jì)研究院， 湖北 武漢 430000）

0 引言

在整個(gè)鐵路項(xiàng)目建設(shè)的全壽命周期過(guò)程中，設(shè)計(jì)者一直扮演著重要角色，一張張藍(lán)圖代表著他們對(duì)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的理解與運(yùn)用。只有正確的分析勘察資料和其它相關(guān)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料，才能合理的確定設(shè)計(jì)方案，使得整個(gè)項(xiàng)目無(wú)論在進(jìn)度方面，還是施工質(zhì)量等方面有保障。因此，在設(shè)計(jì)鐵路框架式涵洞的途中，我們應(yīng)采用“安全、可靠、先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用”的技術(shù)原則，來(lái)避免后期鐵路施工途中可能出現(xiàn)的一系列問(wèn)題。

1 框架式涵洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為了使工程設(shè)計(jì)人員能更好的熟悉和掌握鐵路橋涵設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如下梳理了一些技術(shù)要求及措施， 來(lái)進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.1 一般要求

涵洞設(shè)計(jì)在結(jié)合規(guī)范與勘測(cè)等資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)水文、交通、涵址地形圖、縱、橫斷面等對(duì)涵位、孔徑、類型等進(jìn)行核實(shí)，正確確定涵洞設(shè)計(jì)流水面高程、涵洞長(zhǎng)度和基底處理措施等，同時(shí)要注意涵洞出入口順接和防護(hù)設(shè)計(jì)。

原則上應(yīng)“逢溝設(shè)涵”（或設(shè)橋），尤其山丘地區(qū)的河溝，不得輕易改移或合并設(shè)涵。對(duì)特殊情況，應(yīng)根據(jù)水文、地形及地質(zhì)條件進(jìn)行全面審慎研究比選，在技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上又合理時(shí)，方可考慮改移或合并設(shè)涵。

排洪涵的孔徑不應(yīng)小于 1.25m，灌溉涵的孔徑不宜小于 1m。位于城鎮(zhèn)、車站范圍內(nèi)和有污水流入或易淤積的涵洞孔徑可酌情增大。

交通涵的孔徑應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄐ枨蟆⒙访嬉?guī)劃寬度、排水等要求確定。通行汽車及大型農(nóng)機(jī)通道的凈寬不應(yīng)小于6m，路面以上凈高不應(yīng)小于 5m(困難時(shí)不小于4.5m)；機(jī)耕及農(nóng)用車通道的凈寬不應(yīng)小于4m，凈高不應(yīng)小于3.5m；人力車及人行通道的凈寬不宜小于4m，凈高不宜小于 2.5m（困難時(shí)不小于2.2m）。交通涵的通行凈高不足5m 時(shí)，在其出入口外設(shè)限高防護(hù)架。

涵洞頂不宜高于基床表層底面。涵洞頂控制路肩高程時(shí)，涵洞頂可與路肩齊平，但不應(yīng)高于路肩（特別困難時(shí)，可按小橋設(shè)計(jì)（設(shè)人行道及欄桿）[1]，按軌下枕底的道床厚度滿足相應(yīng)規(guī)定處理。）。

高速鐵路：填土高度＜1.5m，斜交涵洞的斜交角度不宜大于 30°；填土高度≥1.5m時(shí)，斜交涵洞的斜交角度不宜大于45°。

增建第二線或既有線改建時(shí)，既有涵改建一般可按以下原則辦理：

1.凈高（或內(nèi)徑）h＜0.6m，應(yīng)拆除重建；

2.h≥0.6m 且使用狀態(tài)良好，可接長(zhǎng)利用。接長(zhǎng)的孔徑和凈高不應(yīng)小于1.0m。

3.接長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)注意核實(shí)既有涵接長(zhǎng)側(cè)端部涵節(jié)結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足使用要求，不能滿足時(shí)應(yīng)予加固或更換[2]。

根據(jù)規(guī)范要求，涵洞應(yīng)根據(jù)其沉降量設(shè)置上拱度（巖石地基上涵洞、涵頂至軌底填方高度小于 2m 的涵洞和陡坡涵洞可不設(shè)上拱度），設(shè)置上拱度后，涵內(nèi)流水槽面最高點(diǎn)高程不得高于入口流水槽面高程。不需進(jìn)行沉降檢算的涵洞，其上拱度可視地基土的類別參照以下規(guī)定設(shè)置：

1.碎石土、卵石土、圓礫土、角礫土、砂礫、粗砂、中砂、細(xì)砂：H/80（H 為線路中心處涵洞流水面至軌底的高度）；

2.半干硬、硬塑黏性土和老黃土：H/50（軟塑黏性土、新黃土宜適當(dāng)加大）

3.按保持凍結(jié)原則設(shè)計(jì)的多年凍土地基：弱融沉土為 H/100；融沉土為H/80；強(qiáng)融沉土為 H/50[3]。

1.2 平面及縱斷面布置

排洪涵洞應(yīng)據(jù)河溝水流的天然趨勢(shì)，設(shè)于河溝洪水的主流處，上下游應(yīng)與原溝順接。無(wú)明顯溝槽時(shí)，宜設(shè)于路基上游側(cè)坡地的最低處，山丘谷地為平川或梯田時(shí)，涵位宜設(shè)在谷地較低一側(cè)的山坡坡腳附近，并注意避免涵洞基礎(chǔ)吊空及其出入口水流對(duì)農(nóng)田等沖淤。

在水塘或其淤積區(qū)設(shè)涵時(shí)，在滿足涵洞使用要求的前提下，為改善涵位的地基條件及方便施工，可將涵洞設(shè)在塘岸上，并盡可能抬高涵洞的流水面高程，以避免涵洞常年浸水。

排洪涵出入口流水面高程應(yīng)與上下游溝床順接，入口不得高于溝床底（宜略低 5～10cm），出口宜與溝床底持平或略高，高出時(shí)，出口鋪砌應(yīng)順坡與溝床相接，高出較大時(shí)，應(yīng)視高差與流速采取必要的消能及防護(hù)措施。當(dāng)路基兩側(cè)有低洼積水時(shí)，出入口高程應(yīng)視下游積水的排水條件確定，以免因出入口高程設(shè)置不當(dāng)而造成涵內(nèi)長(zhǎng)期積水或上游低洼處積水不能排除。

應(yīng)盡量避免因路基高度不足而下挖設(shè)涵，不可避免時(shí)，宜適當(dāng)加大孔徑，壓低涵洞高度，盡量提高流水面高程，以減小下游引排的困難。涵洞縱坡宜根據(jù)出口排泄通道的縱坡確定。下挖涵洞入口應(yīng)設(shè)跌水井或匯流井。涵洞出口的引排溝渠應(yīng)確保順暢下泄，溝渠內(nèi)水深不宜大于涵洞凈髙，防止出現(xiàn)涵內(nèi)長(zhǎng)期積水現(xiàn)象。

路塹上方凹地的匯水，在路基側(cè)溝排泄能力不足，而加大側(cè)溝困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可在路塹吊溝的下方設(shè)置下挖排洪涵洞。涵洞的入口宜設(shè)跌水井，井內(nèi)設(shè)計(jì)洪水頻率水位應(yīng)低于路肩不小于 0.25m，出口視地形可采用挖溝引排或自然排泄[3]。

1.3 出入口鋪砌

為防止水流沖刷，確保涵洞及路基的安全，涵洞出入口及路基邊坡應(yīng)進(jìn)行鋪砌防護(hù)。分離式基礎(chǔ)的涵洞，基礎(chǔ)間應(yīng)設(shè)泄床（鋪砌），泄床應(yīng)與基礎(chǔ)頂緊。

涵洞鋪砌宜采用漿砌片石，流速大于6m/s 時(shí)可采用混凝土鋪砌。漿砌片石的厚度不宜小于 0.35m，下設(shè) 0.1m 厚碎石或砂卵石墊層。

排洪、灌溉涵洞出入口在錐體坡腳處的鋪砌寬度，均應(yīng)為兩側(cè)錐體外各加寬 0.5m，尚應(yīng)注意鋪砌與溝形的匹配和銜接。路基邊坡的防護(hù)寬度與錐體坡腳處溝床鋪砌寬度相同；入口和出口路基邊坡防護(hù)高度應(yīng)分別為設(shè)計(jì)洪水頻率時(shí)相應(yīng)的涵前積水位和洞內(nèi)臨界水深水位線以上0.25m，且不得低于其錐體的頂點(diǎn)。

交通涵路面鋪裝宜與道路的路面結(jié)構(gòu)一致，框架等鋼筋混凝土整體基礎(chǔ)的交通涵內(nèi)應(yīng)在其基礎(chǔ)頂面設(shè)置厚度不小于 0.1m 的路面鋪裝層，以防基礎(chǔ)被磨損。出入口錐體宜采用干砌片石護(hù)坡，路基邊坡可不作鋪砌。兼作排洪、灌溉和洪泛區(qū)淹水的交通涵仍應(yīng)按排洪涵的要求進(jìn)行鋪砌防護(hù)。

涵洞處路堤高度（路肩至溝底）大于3m 時(shí)，宜在路基邊坡上設(shè)置簡(jiǎn)易臺(tái)階， 以作檢查通道，涵內(nèi)常年流水的涵洞宜上、下游各設(shè)一座；臺(tái)階踏步的凈寬宜不小于0.5m，臺(tái)階高度宜不大于0.2m。

2 框架式涵洞設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

現(xiàn)階段鐵路建設(shè)開(kāi)展的如火如荼，要求設(shè)計(jì)方的出圖質(zhì)量和時(shí)效性也越來(lái)越高?；诖耍瑯蚝O(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)上更應(yīng)該避免生搬硬套，在追求出圖的時(shí)效性的同時(shí)，設(shè)計(jì)人員更應(yīng)該結(jié)合方案的經(jīng)濟(jì)比選和施工現(xiàn)場(chǎng)的需要來(lái)設(shè)計(jì)，在滿足鐵路橋涵設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提之下，來(lái)進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

在設(shè)計(jì)框架式涵洞基礎(chǔ)時(shí)，為防止因兩側(cè)邊墻基礎(chǔ)沉降和沉降差產(chǎn)生的涵洞病害，采用分離式基礎(chǔ)應(yīng)審慎決定。通常情況下蓋板涵分離式基礎(chǔ)的地基土應(yīng)為基本容許承載力不小于300kPa 的壓縮性較小的地層（巖石、碎石類土、礫砂、中粗砂和堅(jiān)硬狀態(tài)性土）。涵洞采用分離式基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)設(shè)置漿砌片石泄床，且泄床應(yīng)與基礎(chǔ)頂緊。出入口翼墻采用分離式基礎(chǔ)時(shí)，其前墻范圍內(nèi)泄床應(yīng)與翼墻基礎(chǔ)等厚或采用混凝土頂撐。

一般來(lái)說(shuō)，涵洞基礎(chǔ)的厚度應(yīng)符合結(jié)構(gòu)構(gòu)造和基底埋深的要求?；炷琳w基礎(chǔ)厚度宜不小于孔徑的 1/2，且應(yīng)不小于 0.6m；分離式基礎(chǔ)厚度宜不小于 1.0m；混凝土基礎(chǔ)的剛性角不應(yīng)大于 45°；出入口翼墻段及洞口兩端各 2m 范圍內(nèi)涵節(jié)基礎(chǔ)厚度：框架式涵洞不宜小于 1.25m，且不小于中間涵節(jié)的基礎(chǔ)厚度。

排洪涵需較大孔徑時(shí)，在水文等條件許可時(shí)，宜優(yōu)先采用雙孔涵洞，以降低造價(jià)。因路基高度不足或涵前不允許有較大積水深度等特殊需要，且在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上均適宜時(shí)，可采用多于兩孔的多孔涵洞。多孔涵洞不宜采用拱涵及蓋板箱涵，可采用三孔或密排雙孔、三孔框架涵。

斜交涵洞宜按“斜交斜洞口”來(lái)設(shè)計(jì)，不宜采用“斜交正洞口”設(shè)計(jì)，以免在涵洞出入口出現(xiàn)影響景觀的“釣魚(yú)臺(tái)”（突出路基邊坡外的三角形平臺(tái)）或不等高帽石和翼墻。

在涵洞設(shè)計(jì)之時(shí)要注意考慮地基土的容許承載力，地基土基本容許承載力在150kPa 及以上，且其下無(wú)軟弱下臥層和涵洞工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求或兩側(cè)毗鄰路基的地基不作加固處理時(shí)，涵洞地基也可不作處理。當(dāng)基底下軟弱土層厚度較大導(dǎo)致?lián)Q填困難（一般最大換填深度最好控制在4m左右），或經(jīng)濟(jì)上不合理時(shí)，可采用CFG 樁、高壓旋噴樁等地基加固措施。

在計(jì)列數(shù)量的時(shí)候一定要注意不要忘記既有線防護(hù)、拆除工程、交通涵中的側(cè)溝及蓋板數(shù)量、防拋網(wǎng)、欄桿擋墻等。特別是在設(shè)計(jì)交通涵的欄桿件的時(shí)候，最好要考慮與橋梁段欄桿的設(shè)計(jì)形式統(tǒng)一風(fēng)格。

在編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明時(shí)，不應(yīng)生搬硬套的復(fù)制，要注意設(shè)計(jì)說(shuō)明中施工、樁基檢測(cè)等規(guī)范是否更新，進(jìn)一步核實(shí)，施工注意事項(xiàng)中規(guī)范過(guò)期。

框架式涵洞宜采用混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊墻、翼墻、基礎(chǔ)等不宜采用砌體結(jié)構(gòu)?？蚣堋⑸w板、涵管、拱圈、邊墻和基礎(chǔ)等的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于 C30，、帽石和端墻、翼墻及其基礎(chǔ)的混凝土應(yīng)不低于 C25，并應(yīng)符合《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定[4-5]。

尤其在設(shè)計(jì)山區(qū)鐵路的時(shí)候，計(jì)列基坑開(kāi)挖工程量應(yīng)按土方、石方（W4風(fēng)化巖層可按土方數(shù)量計(jì)列，W3 風(fēng)化巖層可按石方數(shù)量計(jì)列），基坑深度3m、6m、9m 以內(nèi)，有水、無(wú)水分類。

當(dāng)采用的涵洞通用參考圖有高、低邊墻之分時(shí)，在涵頂填土高度滿足有關(guān)要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先采用高邊墻涵洞，以減小涵長(zhǎng)，降低造價(jià)和改善涵洞的使用條件。

涵洞的縱坡宜與天然溝床的縱坡一致。一般情況下，應(yīng)設(shè)置為一個(gè)坡度（陡坡涵洞除外），不宜挖成上陡下緩的縱坡或強(qiáng)行按臨界坡設(shè)置，當(dāng)天然溝床縱坡接近涵洞臨界坡時(shí)，宜設(shè)置為臨界坡度；山區(qū)等水流含泥石較多的涵洞縱坡，應(yīng)據(jù)地形、地質(zhì)條件盡量加大，以利泥石渲泄，涵洞縱坡宜不大于 30‰ 。

涵洞應(yīng)每隔 2～5m（頂進(jìn)施工框架涵可適當(dāng)加大）設(shè)置寬度為 20～30mm 的沉降縫，沉降縫不宜設(shè)在軌下，無(wú)砟軌道涵洞的沉降縫不得設(shè)在底座板的下方。軌下涵節(jié)長(zhǎng)度一般不小于4m，多線時(shí)宜與線間距相近，軌下涵節(jié)中心宜盡量接近線路中心。沉降縫間涵節(jié)的長(zhǎng)度宜為 0.25m 的整數(shù)倍，涵節(jié)長(zhǎng)度為非整數(shù)米時(shí)，可采用 0.75m 單元寬度進(jìn)行調(diào)配。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)鐵路網(wǎng)的不斷蔓延，鐵路框架式涵洞也在持續(xù)增加。鐵路通道做為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和重大民生工程，產(chǎn)生了龐大的間接和直接經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，已成為國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的重要標(biāo)志性工程。為了更好的保障鐵路線的安全與穩(wěn)定，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，更應(yīng)該投入更多的時(shí)間來(lái)發(fā)總結(jié)框架式涵洞的設(shè)計(jì)，并發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，為今后的設(shè)計(jì)工作做好鋪墊，滿足設(shè)計(jì)的安全、經(jīng)濟(jì)適用性，保證涵洞長(zhǎng)期安全使用。