高速公路涵洞设计浅谈

赵江辉

1 涵洞在公路工程中的影响

涵洞是公路排水构造物的重要组成部分之一,特别是在雨水较多的地区尤为重要。

涵洞在公路工程中占较大比例,是公路工程的重要组成部分之一,主要表现在工程数量和工程造价上。据有关资料介绍:小桥涵工程数量约占桥涵总数的60%～70%,一般平原地区每千米约有1道～3道;山区每千米平均约有3道～5道。工程投资约占公路投资的15%～20%,其影响是不容忽视的。

2 涵洞的使用要求

涵洞在使用过程中将长期处于风、霜、雨、雪、冰冻、高温、水流冲击等自然荷载和行车荷载的作用下,还需要满足交通运输和排水的基本功能,因此涵洞在使用过程中需达到如下要求:

1)满足排泄洪水能力,保证在100年一遇洪水的情况下,顺利快捷地排泄洪水,不影响路基的稳定和周围的安全。

2)具有足够的强度和稳定性,在设计荷载的作用下,构件不产生影响正常使用的位移和变形,以保证行车的畅通、舒适和安全。既满足当前需求又考虑到远期的发展。

3)具有较好的可靠性和耐久性,能够在合理的使用周期内不影响正常使用。

4)在满足安全适用的前提下要体现经济上的合理性,尽量标准化、定型化,合理采用新材料、新工艺,要有利于施工机械化、工厂化,以求得最大的经济效益。

3 涵洞设计中应该注意的一些具体细节

为了满足涵洞的使用要求,下面笔者将列举一些在设计过程中应该注意的细节问题:

1)涵洞位置、形式和孔径的确定。根据实际情况确定涵洞的具体位置,选取合理的结构形式,采用科学的方法确定涵洞孔径,比如通过汇水面积计算出设计流量而后计算所需孔径大小等。值得注意的是在高速公路中计算涵洞设计流量时一般采用1/100的设计频率,斜交角度较大时应避免采用拱涵,涵长较长时不要选择太小孔径的涵洞,另外涵洞孔径的选择还要考虑到后期维护等工作的方便性,这些都是在确定涵洞形式和跨径时所应注意的。

2)在结构设计时钢筋布置要合理。如果钢筋选取不合理,间距过密,则可能导致蜂窝、空洞等病害的产生。钢筋保护层厚度不能太薄;当保护层太薄时,在自然条件下,表层混凝土极易发生水化反应,出现碳酸钙粉末或碳酸钙晶体,从而失去表层的保护作用,致使保护层剥落,进而出现钢筋锈蚀现象。

3)为了防止不均匀沉降及基础柔度过大而产生的影响,沿涵长方向每4 m～6 m设置一道沉降缝,在沉降缝处做好防水处理,以防漏水影响结构的安全性。沉降缝设置位置和数量要合理,要保证洞口段落不要太短,设置太少则易造成涵洞基础沿涵长方向柔度过大从而产生较大变形影响正常使用,当采用整体式基础时尤为明显。在笔者所做的一个项目中由于特殊需求沉降缝设置较少,这样整体式基础沿涵长方向柔度过大,最后通过加厚基础尺寸来增大刚度,减小变形。

4)基础埋置深度应符合设计规范要求,当地基承载力不足时可以通过采用整体式基础减小基底应力或者采用地基处理来提高地基承载力的方法解决。笔者做的一个项目中就因为地基承载力较低,全线涵洞采用了整体式基础。

5)在高速公路项目中做暗涵条件满足时尽量采用暗涵,这样可以保证行车的舒适性和安全性,当采用明涵时应设置搭板来降低桥头跳车产生的影响,有的地方也通过在涵台背4 m～6 m范围内填筑特殊填料来实现涵洞和路基的刚度过度。

6)为了防止外界环境对结构物的侵蚀,特别是在有腐蚀的环境下,可以通过加大钢筋保护层厚度或者在表面涂抹沥青等防腐材料来提高结构物的耐久性。

7)八字墙、翼墙、锥坡、截水墙等附属设施形式和尺寸的选择要合理,既要保证结构的安全性,又要保证结构的正常使用功能,同时还要考虑经济上的合理性。

上面所提到的仅仅是我们在设计工作中一些应注意的细节问题,类似应该注意的地方还很多,需要大家到实际工作中去慢慢体会。

4 关于设计的思考

我们可以发现现实中涵洞存在的很多问题都是在设计过程中就可以预防和避免的。只要我们在设计过程把应该注意的细节考虑到了,工程质量就有了进一步的保证。同时还要合理的采用新材料、新工艺,在方案选择时还要考虑到经济上的合理性。只有在设计阶段把影响工程质量的细节考虑全了,才能更有效的保证整个工程的质量。这也是我们每个设计人员应该努力去做的。

[1] 孙家驷.公路小桥涵勘测设计[M].第3版.北京:人民交通出版社,2004.

[2] 刘培文.公路小桥涵设计实例[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3] 顾克明.公路桥涵设计手册(涵洞)[M].北京:人民交通出版社,1993.