分析公路涵洞设计的几个问题

摘要：公路是经济建设的血管，只有公路的畅通无阻，才有经济建设的飞速发展，公路在经济发展中的地位是显而易见的。而涵洞是公路的重要结构物，在保持公路畅通运行方面的重要性更是不可忽视。笔者通过多年的涵洞设计与施工工作经验对公路涵洞工程的设计方法进行了初步探讨，对不同施工阶段的新建扩建公路涵洞设计进行了一些深入分析。

关键词：公路涵洞 结构选型 涵位选择

1 引言

涵洞是公路的排水系统的重要组成部分，它与桥梁，排水沟，截水沟、边沟构成了完整的排水体系。普通公路的排水体系中，通常建设指标较低、造价预算少，所以不常应用桥梁来进行排水，所以造价低廉、简单实用的涵洞成了最重要的排水设施。当然在高速公路建设中，涵洞的应用也非常广泛。据有关资料显示，高速公路中的涵洞和排水通道数量达每公里三到五个，约占公路总造价的百分之十五。涵洞的设计建造过程中需要考虑的因素很多，相对而言，结构选型和涵位选择是最重要的两个方面，因为它们决定了涵洞的造价和耐久性。

2 外业勘察

外业勘察的主要内容是确定涵洞主体及进出口位置、涵洞设计位置周围的水文地貌地质情况等。涵底标高主要根据进出口位置确定，另外确定涵底标高还要考虑沟渠的清淤问题。涵底标高确定是否合适直接决定着涵洞是否可以正常使用。

3 结构选型

涵洞类型的选择需要综合几方面的因素，首先应根据工程地质水文水力条件考虑洞型是否安全经济、另外还要遵循便于施工和养护的原则，最后要因地制宜，综合考虑。较为常见的涵洞是盖板涵，圆管涵.箱涵和拱涵四种。从造价以及泄洪能力来讲，由低到高顺序为圆管涵.盖板涵.拱涵和箱涵施工难度来讲圆管涵最易，拱涵最难。圆管涵采用预制拼装施工.箱涵采用现浇施工.拱涵和盖板涵的基础和台身采用现浇，拱圈和盖板可以采用预制，也可以采用现浇结构。不同型式的涵洞，也有各自的适用条件和优缺点，设计时可以综合考虑，比较选择最合适的型式。高速公路相对于低等级公路来说，涵洞类型的选择要求较高，在高速公路建设中，需要保证较短建设周期和一定标准的建设质量。因此，高速公路不应采用过多的涵洞类型，应尽可能的集中使用单种型式，便于集体预制、节省模板、节省时间、保证质量。

2.1 圆管涵

常用的圆管涵是钢筋混凝土圆管涵，农作物灌溉区使用较多。其特点是构造简单、造价低廉、受力情况和适应基础性能较好、无需墩台、圬工数量少，而且可以工厂预制，装配运输方便。但是圆管涵的过水能力较小，而且施工过程中不易保证接缝和防水层的质量，会发生漏水问题从而对路基的稳定性产生影响。

2.2 石拱涵

顾名思义，石拱涵的主要建造材料可以是不同类型的岩石，因此石拱涵是山区公路常采用的类型之一。石拱涵的净空较大，所以能保证足够的过水能力。在石料丰富地区便于就地取材，减少钢材的使用量或者不使用钢材。然而，石拱涵对地基承载能力要求较高，施工工序复杂，工期通常较长，遭受破坏后修复问题很难解决，花费也高，因此其缺点也十分突出。

2.3 盖板涵

相对于圆管涵和石拱涵而言，盖板涵既可以就地取材、结构坚固，对洞顶填土高度和地基应力要求不高，有的盖板涵甚至可以不填土，而且施工简便，遭破坏后的修复也十分简单，因此盖板涵的应用相对于圆管涵和石拱涵来说更为广泛。

2.4 箱涵

箱涵虽然它整体性强、对地基条件要求小，但建造时的钢材数量需求巨大，施工难度高，造价昂贵，所以箱涵比较适用于软土地基地段。在盖板涵和箱涵的选择问题上，总体来说不可一概而论。如果地基较好则可以首选盖板涵，而在软弱地基段则需在综合比较地基处理方式以及施工条件等各种因素之后才可确定，大部分情况下使用箱涵可能更加经济。

4 涵位选择

确定涵洞的位置不仅需要考虑河流的状态、地形及路线的平纵横设计、路基的排水等问题，还要考虑当地的地质资料。涵位的设置尽量不对河流产生改变，维持其原有状态，斜度也尽量与原有沟渠方向保持一致，如果条件允许，尽量使涵洞正交，这样不仅可以加快泄洪速度，还可以减少涡流现象的产生。为了加快洪水的排出速度，增强涵洞的过水能力，涵洞设计应遵循早进早出的原则。但在高速公路设计中，如果出现大部分沟渠与公路斜交的情况，将为涵洞设计带来很大困难。涵位选择对路基的防排洪能力有着决定性意义，实际施工中，由于正交涵洞的工程量较少，故进行外业勘察设计工作中若路线经过几条相距较近的沟渠且流量不大，可以通过边沟和改沟相连。另外涵洞设计要充分考虑到路基排水设计，路基排水一般情况下最终是通过排水渠引出路基。在保证路基稳定性和不产生边沟淤塞的前提下可以考虑将水沟合并，这样可以减少涵洞的数量，一定程度上降低了造价。涵洞位置的确定要结合地形和路线平纵设计。当排除路基内侧边沟水，位置一般设在凹形竖曲线最低洼处附近；或者在路线纵坡由陡变缓处，这些位置容易产生急流和不利冲刷。当路线通过较长的挖方地段或者低洼地段时。涵洞的位置布置时应结合涵位的地质资料。尽量避开滑坡、断层、崩塌或泥石流发育严重等不良地质地段。若无法避开不良地质时。则基础以及地基必须根据涵洞实际地质情况进行特殊的加固设计。

5 涵洞孔径的确定

涵洞孔径是指涵洞洞身过水净空的大小。涵洞的主要功能是排水，涵洞孔径大小通常由设计洪水流量、河床地质、河床及进出口加固形式所允许的平均流速等因素来确定。一般情况下，涵洞通常采用无压力式，在涵洞材料、受力体系、施工方法等因素的影响下，其常用孔径范围不同，盖板涵的常用孔径为一点五到四米，圆管涵的常用孔径为零点五到两米，箱涵的常用孔径为三到六米.拱涵的常用孔径为三到五米。但为了方便施工以及后期的维护保养，孔径通常不小于一点五米。同时在条件允许的情况下可适当增加涵洞的跨径和净高，可为当地居民的生活提供便利。在特殊的环境中，还需考虑当地特色物种的通行。

附属工程设置

涵洞的附属工程同样是不可忽视的。涵洞的洞口形式可采用锥坡、八字墙、急流槽、跌井等，具体采用何种根据不同情况来确定。上下游的急流坡或急流槽要设置为台阶性，以方便人行养护上游纵坡较大。植被较差时，还需要设置消力槛、沉淀池等；上下游洞口除设置铺砌以外还需设置隔水墙。通过完善的附属设施，使洪水快速通过涵洞，减小对主体结构的影响，合理的附属设施可以延长涵洞的使用寿命。

结语

随着公路建设的迅猛发展和交通量的不断增长，现有公路的使用性能会逐渐落后于发展速度。涵洞设计时应本着合理经济的的原则进行，这样不仅可以促进当地的经济发展，还可以为当地居民提供一些生活便利。涵洞作为公路中重要的排水构造物，也是公路排水体系中的重要组成部分，完善好涵洞的结构选型和涵位选择等工作不但可以降低施工难度、减少工程造价，同时还可以保证构造物的安全性。涵洞的设计与其他建筑设计没什么不同之处，同样有其自身的特点和规律，涵洞的设置与路线设计关系密切，并服从于路线的走向，其设置位置、结构、形式、建设规模等主要取决于路线的设计。随着社会技术的发展，会逐渐出现一些新材料、新技术、新工艺，必然会催生出一些新的结构形式，专业化程度会水涨船高。另外，涵洞的前期勘察工作要因地制宜要进行实地考察。查清施工区域内的地质水文条件，并结合当地居民的生产生活习惯，综合各种因素最终确定设计方案。

参考文献：

【1】JTG/TD65-04-2007，公路涵洞设计细则.人民交通出版社.

【2】孙家驷.公路小桥涵勘察设计[M].人民交通出版社，2004.