浅谈山区涵洞设计

胡艳霞

河南省新开元路桥工程咨询有限公司，河南 郑州 450016

山区涵洞是山区公路排水的重要组成部分，主要是沟通路基两侧水流，宣泄山区雨水的人工构造物。山区涵洞设置是否合理，能否满足排水需求，对保证公路运输畅通起着重要作用。山区公路根据地形不同设置涵洞的数量也各不相同，据统计一般每公里约有3座～6座。可见涵洞在整条山区公路中重要性。

1 涵洞位置的确定

因山区地形复杂、山势险峻，坡陡沟深、山石散落、沟壑多变等特点，在山区公路建设中，原则上逢沟壑设涵，涵洞轴线应尽量与水流方向一致，不宜减短涵长强行正交。

1）在地势起伏较大的地区，河沟密集，但汇水面积较小，逢沟设涵并不现实，可利用山坡截水沟、边沟、排水沟等将相邻几条山沟的水导向同一方向，并在最低处设置涵洞；

2）对一侧坡面汇水面积较大，以及具有像鸡爪形山面的路段，虽无无明显沟谷，因山区暴雨洪水汇集快，流速大，水势较猛，为了确保路基的安全，也需每隔200m～400m布设涵洞，以免路基内侧边沟积水过深过大漫路冲毁外侧边坡而产生水毁；

3）当山区沟深且路基填土较高时，若按原沟设涵，其涵长过长，应考虑：（1）采用上游设拦水墙（坝），将洪水导流至地质条件较好的坡岸上，并在坡岸上设置涵洞，以缩短涵长；（2）原河沟地质条件较好，可就地取材，在原河沟上做填石路基，并将涵底标高上抬设置在填石路基上，涵洞进水口尽量设置在与原地面边坡相顺接处，出水口设置边坡急流槽，同时设置消力槛以降低路基坡脚处的水流冲力。

新晋高速块村营至营盘(省界)段，大多填土较高的涵洞为兼通道涵，如采用第（1）种方式设涵，侧对行人出入极其的不便，故不采用；在涵洞功能仅为排洪涵时，且其地质条件较好的路段，则采用第（2）种方式设涵，如图1（原河沟纵坡较陡，其涵底标高无法抬至过高，侧在进口设置跌水井，出口设置边坡急流槽，同时每2m左右设置消力槛。）。

图1 填石路基涵

2 涵洞形式的选择

涵洞按其构造可分为管涵、盖板涵、拱涵、箱涵。

管涵适用于缺少石料地区有足够填土高度的小跨径暗涵，过水断面较小，且涵底呈圆弧形，对水流顺畅有一定的影响；盖板涵过水能力较大，建筑净空低，适用于路基填土较低的情况，可设明涵，也可设暗涵，但填土不宜过高，当涵顶填土高大于6m时，应考虑采用拱涵；拱涵受压潜力大，结构稳定，适用于跨越深沟或高路堤；箱涵适用于软土地基，但造价就会高。

新晋高速块村营至营盘（省界）段山区段，因石料丰富，容易就地取材，故当涵顶填土小于6m时，原则上采用钢筋混凝土盖板涵，当涵顶填土大于6m时，原则上采用钢筋混凝土拱涵。

由于新晋高速部分路基为分离式路基，且上下行相距较近，同时内侧边坡坡率较缓（1：4），故同一位置的上下游涵洞连通成一道，虽上游填土高度小于6m，但为了上下游的一致性，故按最大的填土高度选择拱涵结构，如图1。

3 涵洞孔径的确定

涵洞孔径应根据汇水面积、河床地质、天然河道纵坡等资料进行水力水文计算，并综合考虑涵洞净空、过水面积、河沟断面来确定涵洞的孔径。

在确定涵洞净跨径时，应和涵下净高综合考虑，根据计算的涵洞净跨径选用标准跨径，以便设计和施工。一般所采用的涵洞净空不宜大于涵洞的跨径。新晋高速山区段一般采用3m、4m、6m的跨径。

4 涵底坡度及基础的确定

涵底纵坡最好选用临界坡度，此时涵洞的排洪能力最大，但实际设计时，涵洞的纵破应根据沟底坡度确定。涵洞最小纵坡不小于0.4%，以防淤积；同时也不大于最大纵坡，以防涵底铺砌被冲毁。

新晋高速块村营至营盘(省界)段山区段涵洞纵坡根据原河沟的纵坡设计，当纵坡大于5%时，涵底均采用倒坡齿状基础，并在拱顶设置防滑块；当涵底纵坡大于10%时，根据实际地形，部分涵身及基础进行分段做成阶梯形，并在出口处设置消力槛；兼通道的涵洞在涵底纵坡较大时，设置人行踏步。

5 洞口设计

山坡涵洞的洞口设施视地形地质和水文条件的不同有以下几种形式：

1）当地势较为平坦，河沟较宽，河沟纵断面高差不大时，可选用八字墙式洞口；当河沟有明显沟渠，且涵洞孔径能满足泄洪要求的情况下，可将八字墙的水流扩大散角设为0°，做成直墙式洞口，以减少工程量，降低造价；当涵洞高度大于5m时，八字墙容易因土压力的影响而倾斜，而锥坡的稳定性较高，可与端墙结合使用，或通过计算适当增大八字墙尺寸及背坡的坡比，以达到八字墙自身的稳定；

2）上游路基边沟坡度较大，水流夹带泥砂较多时，可在进水口设置深于涵底的蓄水井，使其起到消耗和沉淀泥砂的作用；

3）涵前的天然河沟纵坡为10%～40%时，可开挖沟槽，其纵坡率纵坡值可取4～10。沟底和沟槽边坡以及路基边沟均需铺砌加工；

4）涵前的天然河沟纵坡大于50%时，水流速度很大，进水口处需做跌水井，以减缓流速，削弱水能。上游沟槽开挖纵坡率因根据河沟地质情况决定，以保证土体不致滑移。为上游沟槽铺砌加固成梯形截面；为上游沟槽铺砌加固成矩形截面，槽底每隔1.5m～2m设防滑墙一道；

5）陡坡涵洞的出水口最容易遭到水毁，一般采用八字翼墙、急流槽、跌水、缓流井、消力、人工加糙等设施。但需视河沟天然坡度情况，根据水利计算,合理的选用几种设施及彼此衔接的形式和尺寸；

6）当路基为分离式路基，且上下行相距较近，且内侧边坡坡率较缓（如1：4），但填土并不高，故同一位置的上下游涵洞仅上游出水口与下游进水口相连通（如图2）；

图2 上游涵洞（上下游洞口相连通并兼通道）

7）山区公路，为减少路基填方量、少占河道，常设大量挡土墙。若涵洞设在挡墙路段，可将挡墙作为涵洞的出口，并在挡墙出口外侧做10m左右的洞口铺砌处理以保护挡墙。

6 涵洞材料的选用

涵洞的建筑材料应因地制宜，尽可能选用当地较为普遍的建筑材料。

新晋高速块村营至营盘(省界)段山区段涵洞，其地质主要以岩石为主，但由于山区涵洞容易产生不均匀沉降，故盖板及拱圈均采用钢筋混凝土材料；而涵身及基础通过计算，拱涵涵身和基础采用浆砌块石，盖板涵涵身和基础采用片石混凝土。

7 涵洞基础

设计涵位的地基承载力应大于标准图要求或计算得出的地基承载力。当地基承载力不能满足设计要求时，可根据实际情况，采用以下几种措施：

1）当满足承载力要求的土层埋深不深时，可以加大涵台高度，将基础底放置在满足承载力要求的土层上；

2）当台身较高时，可以将涵身做成带背坡的重力式台身，也可将涵洞基础做成扩大基础，以增大基础的受力面积，以减小基底应力。对于新晋高速块村营至营盘(省界)段山区段涵洞采用将涵身做成带背坡的重力式台身，扩大基础；

3）当土质不均匀时，为防止不均匀沉降和局部破坏，或者因涵洞跨径较小基础相距较近，为了施工上的便利，将涵洞基础做成整体式基础，这样不但可以增加涵洞的整体性，由于基础的受力面积增大，也可以减小对地基承载力的要求。对于新晋高速块村营至营盘(省界)段山区段涵洞，拱涵当填土小于12米时，在地基承载力满足的情况下，其涵身及基础的尺寸采用标准图外，填土大于12米的拱涵，则均采用扩大基础；

4）当地基承载力不足时，还可以采取换填土、打粉喷桩、挤密碎石桩等方法提高地基本身的承载力以满足涵洞对地基的要求；

5）当涵洞位于软土地质上，则可考虑做成对地基承载力要求不高的钢筋砼箱涵。

对于第4、第5条措施，其费用较高，应谨慎采用。

总之，涵洞的布设应进行经济分析，取其高效低成本方。

[1]公路设计手册编写组.公路桥涵设计手册.涵洞[M].北京：人民交通出版社，1997.

[2]叶镇国.水力学及桥涵水文[M].北京：人民交通出版社，1995.