浅谈公路涵洞设计与设置

摘要：本文简述了公路涵洞的类型、型式选择、功能等一些基本常识的同时,对一般公路涵洞的设计及设置方法提出了自己的观点,以期望与各位同行共同探讨。

关键词：涵洞类型;涵洞设计;涵洞设置;涵洞功能

涵洞的位置、规模、建设标准、与附近沟渠的衔接情况等问题,对公路行车的安全性、舒适性、路基路面的稳定性、周边灌溉系统的畅通性等密切相关。为了进一步完善公路设计理论,有必要对公路涵洞的设置及设计经验进行探讨和总结。

一、概述

涵洞是指横贯路基或路堤的小型泄水和排洪构筑物。有的涵洞可用作农田灌溉水渠的通道;有的涵洞还兼作立交桥,作为人、畜或车辆的通道。从广义上说涵洞可称为涵渠,即包括明渠和倒虹吸管等小型过水建筑物。涵洞主要由洞身、端墙或翼墙和出入口铺砌等部分组成。涵洞同桥梁的区别在于涵洞跨径较小,桥梁跨径大,如1981年制定的《公路工程技术标准》规定,单孔跨径小于5 m,多孔跨径的总长小于8 m的为涵洞。

涵洞一般用开挖法修建。在已成线路上可采用顶进法,即在涵洞的一端分节预制洞身,洞身前加钢刃,后面安装千斤顶,前方挖土,后方逐节顶进,直至就位。

根据不同的标准涵洞有多种分类型式,按其构造类型可分为拱涵、盖板式涵、箱涵、圆形涵等;按其顶上填土情况可分为顶上有填土的暗涵和无填土的明涵;按其水力性能可分为无压力式涵洞(水面都低于洞顶) 、半压力式涵洞(水面淹没入口) 、压力式涵洞(流水充满整个洞身) 。各种型式涵洞结构如下(图1至图9) 。

图1管涵结构图

二、涵洞的设置

涵洞的设置是根据地形、地质和水文情况确定的,其具

体原则如下。

图2拱涵结构图

图3盖板涵结构图

图4箱涵结构图

图5暗涵结构图

图6明涵结构图

图7半压力式涵洞结构图

图8无压力式涵洞结构图

图9压力式涵洞结构图

1 、满足公路排水的需要

涵洞是路基排水的主要设施之一,边沟排水最终要通过涵洞引离路基范围。涵洞间距、进出口标高应与边沟结合,同时注意与周围河沟的衔接与协调。在附近没有自然沟渠的情况下,必要时应设置供公路自身排水的的涵洞,配合配套的线外工程,将水排出路基,但要注意不要对周边环境及居民造成危害。

2、衔接排水及灌溉沟渠

公路的修建不可避免地会对沿线周边排水及灌溉系统产生影响。为了保证沿线沟渠的安全与畅通,必须对沿线的地形地貌、水文、水利设施及农田分布进行详细的调查。

3、考虑非排水因素

为对线路跨越的重要管道、光缆、电缆等进行保护,一般也设置简易涵洞。

三、涵洞设计

1、设计要点

涵洞的孔径(涵洞过水截面上的最大水平尺寸)根据通过水流的流量和流速确定。影响流量和流速的主要因素是暴雨强度、覆盖面积和持续时间。因此,涵洞孔径一般是根据50年内可能出现的最大洪水流量而确定的。

涵洞的孔数是根据流量和水位确定的。涵洞一般采用单孔或双孔,很少超过四孔,在流量稳定的河沟可设置多孔。一些地质水文条件复杂的沟谷,当采取治沟措施不经济或采用涵洞不能保证水流畅通时,可采用桥梁跨越。

涵洞走向应尽量与路、堤正交,并与原水道流向一致,以缩短洞身长度和使水流顺畅衔接。洞底高程应等于或接近原水道底部高程。纵坡应等于或稍大于原水道的底坡。

涵洞设计程序

（1）外业调查

主要内容是确定涵洞主体及进出口位置、涵底坡度、周围地貌、地质情况等。涵底标高根据进出口位置确定,需要注意的是确定涵底标高还要考虑沟渠的清淤问题,涵底标高确定的合适与否直接关系到涵洞功能是否可以正常发挥。

（2）涵洞形式的选择

①拱涵的洞身由拱圈、边墙和基础组成,一般用砖、石和混凝土建造。拱涵需有较高的路基和坚实的地基。在石料丰富,地质良好和流量较大的地区,涵式选择上应优先选用拱涵,其次在交通用涵洞中也较多采用拱涵。在中国公路及铁路的暗涵中拱涵应用还是比较广泛的。

②圆管涵简称圆涵或圆管, 我国常用钢筋混凝土制作,受力性能良好、施工方便、圬工量小且造价低,但它的过水能力差,一般孔径较小(1.5 m以下)的涵洞采用圆管涵居多。欧美一些国家多采用皱纹铁管,它由上下两片或数片拱形管片组合而成,一般在工厂制造,运至工地安装。公路中流量不大的沟渠其暗涵方案建议采用圆管涵。

③盖板涵分为整体式基础和分离式基础两种型式。和圆管涵相比较盖板涵的过水断面显著增大。盖板涵对基底承载力要求较高,一般要20 kPa以上,软弱地基要进行处理。在孔径较大和路堤较高时,盖板涵比拱涵造价高,但其施工技术较简单,排洪能力较大,且盖板可以集中制造。箱涵又称矩形涵或方涵,与盖板涵相似,材料多为钢筋混凝土。其作为一种框架结构,力学性能较好,整体性强,适用于各种条件,特别是对软弱地基采用箱涵较为有利。但箱涵配筋较密,施工有难度且造价高。

在盖板涵和箱涵的选择问题上总体来说一些较大的排水沟渠及交通涵洞,究竟采用盖板涵还是箱涵不可一概而论,一般地基较好的情况下首选盖板涵,而在软弱地基段则需综合比较地基处理与设置箱涵的情况,有些时候可能箱涵更加经济。

四、结语

在涵洞设计中,为了方便施工,一段道路上不宜采用多个涵洞类型。明涵或填土较少的暗涵一般选用盖板涵,对特别软弱的地基可以选用箱涵,填土较多( > 6 m)的暗涵一般选用拱涵。对排水量及冲淤较小的暗涵, 一般选用圆管涵。涵洞的的布设问题,看似简单,但它却牵涉到方方面面的利益及技术要求,具体操作中难免会遇到一些疑难问题。因此设计中必须予以注意,在充分考虑全局的基础上做好这些细部设计。

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