浅谈高速公路中的涵洞设计

摘要：近年来，为了满足不断发展的经济建设需要，各地掀起了大规模公路建设的热潮，其中，高等级公路以路况好、速度快、通行能力强、流通量大的优点倍受重视。 而高速公路在跨越小河沟、人工渠道以及排除路基内侧边沟水流时，常常需要修建各种排水构造物，涵洞正是满足路基连续，水流畅通要求而应用广泛的一种横穿路基的小型排水构造物。其工程量占高速公路整个工程的比重较大。因此，涵洞设计得是否合理，对整条公路的造价和使用质量有很大影响。文章将针对高速公路中涵洞的设计进行一些探讨。

关键词：高速公路；涵洞设计；外业勘测；流量

中图分类号：U412.36+6文献标识码： A 文章编号：

1 外业勘测时应注意的问题

涵洞的外业勘测是所有后继工作的基础和依据，因此, 涵洞的外业勘测必须做到准确、详细、清楚，除了积极、主动的向当地居民了解有关情况外，还应使用全站仪、钢尺或其他可以确保精度要求的测量工具进行测量，以保证涵洞方向、偏角、高程和距离的标准。[1]一般来讲，在涵洞外业勘测时是无法准确确定涵位处的填挖高度的。因此在测量时要注意量取足够的数据，另外，由于正交涵洞的工程量最少，施工也便于控制，因而在相同条件下尽量使涵洞布置成正交。而从以往的情况看来,涵洞布置成正交还是斜交，除了排水要求外，在很多时候与添土高度有关。因此在外业勘测时，可以在不同的位置，不同的斜交角多测几组数据，在进行内业时在根据填挖高度进行选择。涵位选定后，接着进行涵位地质情况的调查，主要采用挖探或用麻花钻钻探。[2]只有弄清地质情况，才能在内业设计中采取相应措施确保涵洞的稳定及安全。

2 涵洞流量的计算

在流量计算前，应首先确定涵洞的汇水面积，一般应在地图上描绘。[3]此时须注意汇水区域内是否存在池塘、水库及引、排水设施等地物，以便对它们的存在所引起的流量计算偏差进行修正。涵洞的流量计算公式有好几类,如暴雨推理法、径流形成法、形态调查法、直接类比法等，可根据不同情况选用，目前大多数采用以下的径流公式：

Q=φ( h- Z)3/2F4/5。

式中：Q―――流量

φ―――地貌系数。根据地形特征, 汇水面积, 主河沟的平均坡长确定。

h―――径流厚度。根据暴风分区, 设计洪水频率, 汇水区域的土壤吸水类属, 以及汇流时间确定。

Z―――滞留的径流厚度。根据地形、植被截留雨水的能力确定。

F―――汇水面积。

由上述公式可以看出，在外业勘测过程中收集的地形、地貌、植被、土壤的资料主要就是为了计算流量。这里需要特别指出的是汇水区域内的植被问题。由于公路一旦建成通车，在其未来的十几年内不会有大的变动，而在这段时间里，汇流区域内的植被情况有可能发生重大变化，这势必影响到流量的计算，这时可以采用不同的植被参数计算出不同的流量进行比较，对上游地势狭窄，主河沟较陡的，可以取大值。

3 结构类型的选择

3.1 涵洞类型选择

从构造形式涵洞可划分为：圆管涵、盖板涵、箱涵及石拱涵四种。[4]其中：圆管涵是一种在缺石料地区常采用的涵洞，其力学性能好，对地基的适应性较强，构造简单，圬工数量少，施工方便，适用于工厂预制，因此适用于有足够填土高度的小跨径涵洞；盖板涵宜采用钢筋混凝土盖板涵，当跨径在1m 以下的盖板涵且石料丰富时，可采用石盖板，且石盖板的石料质量必须严格选择，一般应采用具有较高的强度等级的石料；箱涵为整体闭合式钢筋混凝土框架结构，具有良好的整体性和抗震性能，但由于箱涵施工较困难、造价高，常常在软土基上采用；石拱涵是山区公路常采用的一种类型，其施工技术简单，跨径较大，承载潜力较大，且结构坚固，使用寿命长，但其对基础要求较高，因此在使用范围上受到限制。综上所述，设计时需综合考虑多方面因素，结合当地筑路材料、填土高度、施工条件、工程费用和造价、养护维修条件等因素，最终选择合适桥型以满足排水功能。

3.2涵洞位置选择

一般情况下，涵洞设计遵循“逢沟设涵”原则，即涵洞的位置应服从路线的走向，结合河沟位置，因此涵洞的位置在外业勘测中就必须综合考虑布置。[5]在设计中除遵循以上原则以外，还应掌握以下几点：

①顺沟设涵：涵位一般应尽量保持河沟的原有状态，与水流方向一致，这样不但有利于泄洪，并减少对下游的破坏。

②改沟合并：当路线通过地段两条河沟相距较近且流量又小，在地形上便于通过排水边沟相连，排水沟上游水流设计流量小于边沟宣泄能力，同时又不至于危害路基稳定时可以考虑改沟合并以减少涵洞数量，并减少造价。

③配合路基排水：涵洞设计与路基排水设计须密切相连，路基排水多数情况下最终是通过边沟，截水沟等排水涵引至路基以外。因此设计时需结合地形和路线平纵设计图，当排除路基内侧边沟水，涵洞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。

④结合地质勘探资料：涵洞布置应尽量避开淤泥、崩塌、断层、滑坡或泥石流发育严重等不良地质地段。如必须在此地设涵，则要采取一定的措施加固，如换填加固法，保证施工及使用安全。

3.3 涵洞孔径确定

根据设计流量，通过详细水力计算，并需进行现场考查，特别需考查附近涵洞或排水情况，结合所在河沟具体条件确定孔径尺寸。切勿单独根据理论确定孔径尺寸，这样容易造成与实际不相符的情况。

3.4 涵洞长度确定

道路的断面一定，如涵洞短，洞身的工程量小，上、下游翼墙高度减小，翼墙工程量小。涵洞长短的确定对工程造价影响较大，需要经过经济比较确定。一般说来，小断面涵洞，洞身长度宜取大值，大断面涵洞，洞身长度宜取小值。

3.5 涵洞斜交角的选取

由于受地形、地物及水流方向的限制，很多涵洞设计为斜交。除圆管涵外，石拱涵、盖板涵和箱涵斜交角度偏大时，洞口异形端施工较为麻烦，另外还常常出现以下问题：a.洞口八字墙出现裂缝。b.洞口端部涵节在沉降缝处产生变形、偏移。因此设计时对于盖板涵、洞身异形端部台身回填砂砾石侧可设计成有背坡(与箱涵原理相同)，防止涵节偏压受力。此外可适当减小斜度或正交设置，进出口适当改沟(路)顺接原沟(路)，达到设计与施工的协调。

3.6 沉降缝

为防止不均匀沉降，沉降缝是涵洞设计中不可忽略的一部分，涵洞在顺水流方向每隔4～6 米设置沉降缝一道，沉降缝贯穿整个断面，缝宽1～2厘米，缝内用沥青麻絮填满全缝，其中凡地基土质发生变化，基础埋置深度不一，或基础对地基的压力发生较大变化，以及基础挖填交界处，均应设置沉降缝；凡是采用填石抬高地基的涵洞，都应设置沉降缝，其间距不宜大于3米。

3.7 涵洞布置设计

涵洞布置设计是涵洞设计的核心内容。[6]涵洞布置设计即根据拟建涵洞原河沟及其两侧的地形、地质条件、路基高度和断面形式等来决定涵洞的平面和纵断面布置方式。纵断面布置设计(图1)指涵洞洞身和洞口基础布置成什么样的形式。平面布置设计（图 2）则需确定涵洞布置成怎样的形式，使其既有利于其泄流，也能满足结构安全和行车需求。在这个过程中，特别需要提出的是，涵洞斜交斜做与斜交正做，斜交正做的洞身与正交涵洞洞身相同，因而设计、施工比斜做洞口方便，但洞身长度较斜做时要长些，工程数量相应也有所增加，一般圆管涵和拱涵宜采用斜交正做洞口，这样洞口与洞身的衔接更紧密，更有利于排水。

参考文献：

[1]邹海萍.公路工程涵洞设计探讨[J].黑龙江科技信息.2010(22)

[2]杨锡武,张永兴.山区公路高填方涵洞的成拱效应及土压力计算理论研究[J].岩石力学与工程学报. 2005(21)

[3]谢岗.对于公路工程中通道涵洞的几点思考[J].湖南交通科技.2007(04)

[4]赵江辉.高速公路涵洞设计浅谈[J].山西建筑.2010(08)

[5]种阳.浅析高速公路涵洞设计[J].中国新技术新产品.2013(02)

[6]寇旭.谈谈公路涵洞设计[J].中国新技术新产品.2013(02)