浅谈杭瑞高速小桥涵的设计

摘要：本文结合杭瑞高速山岭重丘区的复杂地形、地质状况，及工程实践经验，对设计过程中小桥涵位置的布设、测量和结构型式的选择进行论述。

关键词：山岭；高速公路；小桥涵；勘测设计中图分类号：U412.36 文献标识码：A

0 引言

杭瑞高速大兴至思南段起点位于松桃县大兴镇洞脑壳，终点位于思南县鹦鹉溪镇双龙，全长151.4公里，主线采用双向四车道，设计时速为80公里/小时，路基宽24.5米。全线有桥梁95座、隧道23座。

在公路勘测设计中，小桥涵设置恰当与否，是公路排水设计的重要环节。而对于山岭重丘区来说，山谷河沟数量多，坡陡沟深，山势险峻，水流流速大，地形地质变化复杂，小桥涵的正确布设就显得更为重要。本人结合参加杭瑞高速公路勘测设计工作中的体会，对有关问题进行探讨。

1 确定小桥涵位置的步骤

1.1在野外勘测之前，可先在路线所在地的小比例尺等高线地形图上勾绘好分水线，根据勾绘出的分水区，大致地确定桥涵位置。

1.2根据勘察前初定的桥涵位置，在勘测时，就地校核桥涵位置是否合理。

1.3根据勘察资料，在内业整理时，参考外业所绘的汇水区草图勾出各分水线而形成汇水区综合平面图，以检查确定桥涵位置是否正确、数量是否足够。

1.4高速公路小桥涵的外业调查要从长远规划出发，在设计和技术标准允许的条件下尽量满足当地政府和人民群众的要求和建议。

2 小桥涵位置的选定

2.1小桥涵平面布设

小桥涵平面位置一般应服从路线走向，应布设在地质条件较好，地基稳定的位置，以确保桥涵基础的稳定。

2.1.1顺沟设置一沟一涵

小桥涵布设时一般应顺应河沟水流方向设置，不宜改沟强求正交。如果路线与河沟夹角过小，也可进行调整使其夹角适当增大，以减少工程量。

2.1.2改沟合并减少工程量

在汇水不大的分散小河沟亦可改沟合并；若两条河沟相距不远，汇水面积不大，可在两沟之间设置排水沟使之连结，在保证不影响上游河沟泄洪情况下，合并二沟修建一个小桥涵。

2.1.3平纵排水结合选择小桥涵址

2.1.3.1凹向竖曲线底部小桥涵的设置

山区公路较易出现小半径竖曲线，纵坡大时，由反坡形成的凹向竖曲线底部极易积水，此处应考虑涵洞的设置。

2.1.3.2路线陡坡急弯处宜设小桥涵

当路线处于急弯处，且平曲线半径较小，路线进入弯道以前纵坡大于4%等情况时，边沟急流会直接冲刷路基内侧。此时在弯道起点附近应考虑设边沟横向排水涵引水分流。

2.1.3.3挖方边沟的横向排水涵

挖方路堑的边沟长度一般视降雨量大小宜控制在200～400m内，如在此长度内一侧边沟水无同侧横向排出口时，应考虑在路基的横向设排水涵洞，将边沟水在另侧适当位置排出。

2.1.4与实际地形、地质条件结合布置小桥涵

2.1.4.1鸡爪沟的涵洞设置

遇连续鸡爪沟，可与路线纵坡结合考虑，在沿路线纵坡方向边沟汇水可行的情况下，将两沟合设一处小桥涵。

2.1.4.2沟底软基处桥涵设置

从杭瑞高速公路勘测来看，山区内存在较多汇水面积比较大的冲沟，地基承载力较低，许多沟内还种有水稻田，地基承载力较低，一般小于100Kpa。此时应将涵址移设于山坡坡脚附近，此处少淤积，地质条件较好。

2.1.4.3不良地段小桥涵设置

小桥涵址尽量避免设置在有可能错动的断层地带及崩坍、滑坡等不良地质现象的地段上。当无法避免时，亦应选择设置在岩层风化破碎较轻上。当这些路段有溶洞或山泉涌出时，亦应考虑设涵及时排出，以防危及路基的稳定。

2.2小桥涵立面布设

小桥涵的立面布设应做到进口要顺，基础要稳，出口不落空，同时应满足设计流量，使水流顺畅。

2.2.1缓坡小桥涵

2.2.1.1依照实际地形设置缓坡小桥涵

若天然河沟、山谷、冲沟的坡度较缓，小桥涵设置与平原微丘区的设置基本相同。

2.2.1.2陡坡地形设置缓坡小桥涵

当天然河沟纵坡较大(10%～15%)，而桥涵基础试图以缓坡设置时，可采用以下几种方式：

(1)涵底砌石处理：在陡坡上砌石，填出一个坡度缓和的石方基底，将桥涵基础以缓坡形式设置于砌石填方基底上。但这种方式不宜广泛采用。首先，砌石基底的稳定性在施工中不易控制；其次，地质条件比较严格，若岩体破坏、地下水丰富或冲刷严重，均不可采用这种形式；再者，其上下游即使以浆砌片石封闭，长期使用后也不能完全防止底层松动或被淘刷流失而引起小桥涵破坏。

(2)进水口开挖护砌：将涵底标高适当降低，进水口开挖。注意做好进水口的集水、防冲刷设计。若涵洞进水口紧迎较陡的山坡，进水口处的路基及防护构造物易被洪水急流冲毁坏或因淘刷基础造成水毁，可在进水口处设置竖井，并在陡坡上配以急流槽。

(3)调整涵洞方向：从地形图上看，易产生涵洞方向与山坡等高线近于垂直的现象，此时根据实地情况，可以考虑将涵洞方向稍微改变，使其与等高线方向接近，以减少进出口高差。同时，需妥善选择设计诸如引水沟、导流构造物及护坡加固等工程。

(4)洞口悬空的处理：当需在陡坡上设置缓坡涵洞，而致使出水口基础高出实际地面，造成落空现象时，也可在出水口处砌以圬工，如片石混凝土等，将整个悬空部分砌实，并配以跌水设计，使水流消能流出。

2.2.2陡坡小桥涵

陡坡地形上设置陡坡小桥涵，关键要确保结构物稳定。对于涵洞纵坡

具体的形式确定应根据地形变化灵活设计，如地形变化较大时，也可以设置成陡坡与缓坡并用的平置式坡涵，二者连接段设以跌水过渡。

3 小桥涵位置的测量

小桥涵位置测量得益于GPS的广泛应用，小桥涵的测设需地形图结合GPS实地测量，GPS使得测量工作变得简便、精确。

4 结构类型的选择

桥型的选择应考虑设计标准的要求和所建公路的使用性质，符合因地制宜、就地取材、便于施工和养护的原则。

4.1石拱涵的选择

选择石拱结构型式时线位多在山丘区。填土高度在0.5～12m范围内，地基承载力满足200～500kPa以上时，均可采用石拱结构。

4.2钢筋混凝土盖板涵的选择

在地基承载力达150kPa以上，板顶填土高度≤10m时，可采用钢筋混凝土明板或暗板。在高速公路上采用明板涵结构必须在明涵两头设置搭板，以防止产生跳车现象。

4.3钢筋混凝土圆管涵的选择

高速公路中，采用此种结构不多，原因是其孔径较小，容易淤塞，而且不便维修养护。

4.4钢筋混凝土箱涵的选择

箱型结构主要应用于软土地段，箱顶填土≤3m，对净宽、净高有特殊要求的小桥涵，特别是各类通道，宜采用此种结构，造价非常高。

总之，结构型式的选择，应该根据需要，结合河沟地形特点和地质等天然条件，在保证设计水文条件，满足人民群众利益的基础上，综合分析考虑，从中筛选出最佳方案。

5 软土地基的处理

在软土地基建造小桥涵，应进行地基处理，提高承载力。常用的处理方法为换填法、强夯法、旋喷桩法、灌浆法等。在一般的软土路段软土层为1～2m时，都可采用换填灰土的方法进行地基处理。在无冲刷地段可采用砂砾垫层进行处理，但在湿陷性黄土地基中不得采用砂砾垫层或砂桩等渗水性材料进行加固，可采用强夯加换填灰土的办法处理，以减少地基土孔隙比，提高地基承载力。

6 结语

山区高速公路小桥涵的设计是一项复杂多变的工作，由于受地形、地质等条件的影响，在实地调查时给人们带来了一定的难度，这就要求在设计时要反复对比方案，多与实地相联系。小桥涵的设计应充分结合地形、地质条件，做到基础稳定，进口顺畅，水流通过不冲不淤。当然若完全避免水毁，桥涵位置选定、结构形式、泄洪能力、净孔的大小、进出口布置等一系列因素，均不可忽视，有时还需配以急流槽、消力池、消力槛等诸多设施，小桥涵运营后期的养护与加固也是其重要的部分，这些也是小桥涵布设时的考虑因素。只有全面综合考虑了各因素，才能确保路线的安全、舒适与、经济与美观。