水利工程涵洞设计分析与探讨

[摘 要]近年来，水利工程涵洞设计得到了快速发展和广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对水利工程中涵洞的基本情况做了概述，从箱涵设计、圆管涵设计，以及盖板涵设计等多方面研究了水利工程中涵洞设计要点，最后结合相关实践经验，研究了涵洞的洞口设计与注意事项，以及洞身与长度设计注意事项，阐述了个人看法。

[关键词]水利工程；涵洞；设计；分析；探讨

中图分类号：TV554；U449.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0142-01

一、前言

水利工程涵洞设计的过程中必须要明确设计的具体方法和要点，同时，还应该明白设计的每一个环节需要注意什么问题，进而提升水利工程涵洞设计的效果。

二、水利工程中涵洞的基本情况概述

涵洞作为水利工程中一个关键部分，长时间地暴露在大自然之中，在风、霜、雪、雨以及河流冲击的作用之下，涵洞会逐渐出现一些问题。而且，车辆的增加也对涵洞的安全构造和耐久性能等，提出了越来越高的要求。

涵洞无论在任何恶劣的自然环境下，无论在任何人为因素的作用下，如果都还能基本保持其本身性能，不被河流冲击坏或者出现裂隙，那这时涵洞的安全系数才过关。涵洞的安全性数要求与性能结构要求，都需要工程设计人员和施工人员来精准完成，只有设计和工程各个环节都做好了，才能确保其坚固性，能够抵抗水流的巨大压力，以及不断的撞击冲刷。如果涵洞的结构设计指标不达标，就会出现走型移位和被压坏的情况，这样就会影响涵洞的使用寿命。还有一点就是，在设计和施工人员施工过程当中，还要根据当时的具体地域特点，对设计和施工进行一定的调整，比如，根据具体地域的降水量等方面情况，来设计涵洞的高度和厚度，以及涵洞的强度，这样可以更好地让涵洞发挥作用。

三、水利工程中涵洞设计要点

在水利工程中建设涵洞主要是为了引水或排洪。引水涵洞的水力参数明确，荷载要素清晰，比较好把握；排洪泄水涵需要对比分析水力条件，确定洪水标准。排洪泄水涵受洪水侵袭程度较大，容易给工程造成严重的破坏，涵洞结构形式的选择和断面尺寸的设计必须满足相应洪水标准，结合建筑物级别，保证遇超标准洪水时工程能安全运行。在水利工程中建设涵洞最重要的环节之一是涵洞设计。水利工程中的涵洞设计是根据实际情况进行分析计算，以下将具体的分析各种不同类型的涵洞设计的几个要点：

1、箱涵设计

箱涵在引水工程和公路工程中的应用都较为普遍，在水利工程中常以箱涵作为引水建筑物，其结构简单，施工方便，对地质条件的适应性强，在水利工程中得到了广泛的应用。箱涵在水利工程中主要作为无压引水建筑物使用。引水工程箱涵在设计过程中主要是进行水力设计，确定箱涵的布置及断面尺寸，同时考虑底坡以及和前后建筑物的连接，水面衔接；其结构受力分析、计算较简单。

2、圆管涵设计

水利工程中进行涵洞设计需要注意圆管涵设计，特别是排洪泄水涵，涵管承受的水力荷载复杂多变，不确定因素多，在设计计算时对荷载的选取必须谨慎，考虑影响因素必须周全。圆管涵可作为压力过水涵、半压力过水涵和无压力过水涵，设计时特别应注意水位变化时是否产生负压，以及对圆管涵的影响。通过计算各种可能工况下的局部荷载确定涵洞的结构尺寸。在此之后进行的圆管涵设计为了提高涵洞整体的承载能力。在设计圆管涵时，主要是明确地基基础的承载力和各种工况下涵管最大的承载力，进而确定圆管的侧向压力强度和荷载传递情况，圆管涵水平面以按照荷载进行计算。以各种工况下的承受力为标准设计圆管涵，才能符合水利工程的实际应用。

3、盖板涵设计

盖板涵设计时最需注意的部分是钢筋混凝土的预应力和计算涵台，这两个方面直接决定盖板涵能否有效的应用。盖板涵一般为无压式涵洞；盖板涵设计过程中，计算钢筋混凝土预制盖板按两端简支板计算内力，需要盖板自重和盖板以上的压力及分布情况，进而确定盖板涵支板需要承受的竖向压力。盖板涵的涵洞需要承受的竖向压力，是按照涵洞以上地面面积边缘向上外斜30度进行分布的，以各向扩散的面积为准进行计算，确定盖板涵涵洞的竖向压力。计算涵台内力时，是通过涵洞和涵底为支撑，将涵台的各个重心落到各个支点上，促使涵台能够作为上下两个简支的竖梁。作为上下简支的竖梁需要承受上部简支压力以及水平方向的作用力。因此在设计涵台时需要同时考虑上部与两侧之间的作用力，并对比各种可能工况，对最不利工况进行设计。

4、拱涵设计要点

水利工程以拱涵类型的涵洞作为过水、排洪的方式时，需要在设计拱涵过程中注意两个要点。其一，是计算拱涵涵顶填土对涵洞的竖向压力，按照土柱压力计算；其二是计算拱圈采用等截面拱计算。由于拱涵最大的特点是以弧形拱承担拱顶压力，在设计拱涵的弧形过程中，需要计算内力；在计算过程中不需要考虑曲率、剪切变形、弹性压缩以及温度变形对内力的影响，只需要计算填土厚度（大于最小填土厚度）的重力所产生的压力及在拱圈内的分布。确定拱圈需要承受的力，就相当于确定拱圈横截面。

四、涵洞的洞口设计要点与注意事项

在进行水利工程涵洞的洞口结构部分的施工设计中，首先，应对于洞口在涵洞施工设计中的地位与作用进行充分的认识，明白洞口对于涵洞排水调节功能作用的影响作用，重视对于涵洞洞口的设计重视。其次，应注意结合水利工程施工建设中涵洞洞口的不同类型，选择合适的涵洞洞口设计类型，结合水利工程与涵洞的施工设计要求，以及洞口类型在实际涵洞设计中的应用情况进行设计。通常情况下，在水利工程施工建设中，比较常见的涵洞洞口类型主要有以下几类，主要包括急流坡、跌水井以及倒虹吸等不同类型的涵洞洞口。其中急流坡以及跌水井形式的洞口在水利工程涵洞施工设计中以及实际应用中比较常见，多用于河流下游河床位置比较低，或者是基础纵断面对于涵洞施工设计高度要求不能满足时；而倒虹吸形式的洞口则多用于经过公路的涵洞设计中，而进行涵洞洞口施工设计应用的坡形结构主要有八字墙和直挡墙两种。

五、涵洞洞身与长度设计注意事项分析

在进行水利工程涵洞的洞身的设计过程中，比较重要的设计内容就是对于涵洞洞身以及涵洞长度的确定设计实现。涵洞的洞身是整个涵洞孔道的主体部分，在进行涵洞洞身的设计实现过程中，最重要的部分就是对于水流流量与涵洞洞身孔径大小的计算设计实现，以能够保证对于洞身孔径大小的设计，能够满足水流流量通过时对于孔径的需求。此外，在进行涵洞洞身的设计实现过程中，还要保证对于涵洞洞身的坚固性以及稳定性的设计，应满足水利工程涵洞结构部分的需求，保证涵洞本身的坚固性与稳定性。涵洞结构部分在水利工程的实际应用中，洞身不仅需要满足水流从涵洞通过的需求，还需要承受涵洞自身结构的荷载压力以及填土压力等作用力，能够对于涵洞结构起到支撑作用。其次，在进行涵洞洞身的设计过程中，对于涵洞洞身长度情况的设计，对于涵洞施工成本以及水利工程的整体造价也会有一定的影响，因此，在进行涵洞洞身部分的设计中，洞身长度的设计也是重点内容部分。通常情况下，涵洞洞身的设计以洞身断面小、长度大，或者是以洞身断面大，长度就小为合适的设计。

六、结束语

综上所述，水利工程涵洞设计和施工一定要更加的科学和合理，必须要明确设计的过程中需要关注的要点，与此同时，还应该更加的有质量，让设计的水平更加有保证。

参考文献

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