谈公路涵洞通道的分布与设计

朱鹏翔 龚毅

摘要：涵洞、通道作为高速公路的主要结构物之一，是高速公路各种结构物中数量较多的，同时它作为小型结构物将排水和通行兼顾，与当地居民生活出行息息相关。公路建设中,涵洞通道布置缺乏合理考虑,施工中对基础处理轻率,使得涵洞容易产生下沉,开裂等质量事故。对此应根据不同的地质排水或通行要求选用不同的涵洞结构及软土地基上涵洞基础处理等手段,确保工程质量。

关键词：公路涵洞通道分布设计

中图分类号：U412.36文献标识码：A 文章编号：

Talk about highway tunnels, the channel of distribution and design

Zhu Peng Xiang

（Changsha in hunan university of science and technology HuaGang planning design institute Co., LTD, hunan changsha 410076, P.R.China;）

Abstract：Culvert and channel as the main highway structures, and one that highway all kinds of structures in the quantity, at the same time it as a small structures will both drainage and traffic, and local residents living travel is closely linked. Highway construction, the lack of reasonable arrangement culverts channel to consider, in the construction of basic processing thoughtless, makes the culvert easy to produce the sink, cracking and other quality accident. This should be based on the different geological drainage or traffic demand choose different tunnels structure and on soft soil foundation treatment means culverts, ensure the quality of the project.

Keywords：Highway tunnels channel distribution design

小型构造物对于高速公路纵断面线形,路基稳定,行车安全,及对沿线农田排灌系统,居民出行等许多方面起着重要的作用和影响。因此小型构造物的总体分布和细部设计应引起我们足够的重视。

一、涵洞及通道分布的原则

1）满足高速公路排水的需要

涵洞是路基排水的主要设施。全线贯通的边沟排水最终通过涵洞引离路基，使高速公路排水自成体系。边沟的一般设计指标是纵向不小于0.3%，边沟坡长不超过300m，极限值为500m。布设排水涵洞时．涵洞间距、进出口底标高应与边沟结合，同时注意与周围排水河沟综合考虑。在没有自然河沟的情况下、如果必要，也应设置供公路自身排水的涵洞．同时设置配套的线外工程，将公路排水引入河流和沟塘。

2）沟通原有农田排灌系统

高速公路的建设，对沿线带状区域内的水系将不可避免地有所影响。为了尽量减少矛盾，必须对沿线的水文、地貌、水利设施与规划、行政区划及农田分布进行详尽的调查．以确定涵洞的位置、水流方向、河渠断面、纵坡、水文地质情况以及必要的防护措施等。必要时可征询当地相关部门意见，为减小工程造价对原有河渠进行改河、改渠等线外工程进行局部调整。

3）非排水涵洞

为对路线跨越的自来水管、光缆、电缆等的保护而修筑的涵洞,以便对其进行保护和维护。

4）设置通道解决公路、乡村道路交叉的问题

高速公路与乡村道路交叉必须设置通道或者天桥。地形条件有利，人口稠密的学校或公路交通量大时等地区宜设置通道。人行通道净高应≥2.20m，通行拖拉机、蓄力车时≥2.70m；通行农用汽车时应≥3.20m。通道净宽应不小于4.0m。

二、高填方涵洞的设计问题

1）土压力的计算

高填方涵洞结构设计的控制荷载是垂直土压力。垂直土压力国内外采用的公式较多，且计算过程较为复杂.而利用有限元分析时参数选取的合理与准确程度将对计算结果产生较大影响。公路桥涵设计规范规定涵洞上垂直土压力按面内土柱重量计算但此公式不能准确反映具体工况下涵洞的真实土压力，因此工程实际中希望找到一个简便的计算方法能够简化不同工况下涵洞土压力的影响因素。影响涵洞土压力的因素很多，但各种因素变化最终都将引起涵顶平面内土柱与平面外土柱间的沉降差。各种土压力的计算推导.实质上归结为对土柱沉降的分析与研究。若以土压力集中系数表示，不同计算公式最终可简化为:

式中: 为土体应力; 为土应力集中系数; 为填土容重为填土高度。

当涵顶面内土柱沉降大于面外土柱沉降()时.将产生土拱作用，涵洞实际承受的垂直土压力将小于土柱重量，此时反之()，则产生应力集中;当面内外土柱沉降相等()则。为此在涵洞设计时.首先应根据场地地形条件.地基的地质条件地基处理方法结构物本身特性及填土土质和施工工艺等综合因素.定性確定涵洞平面内与平面外土柱间的沉降差的正负从而判断土压力集中系数， 或.

2）减荷措施

土力学理论本身的许多假定和参数选择都带有半经验性质，随机性很大。不论如何精确的计算公式，都很难将所有实际因素考虑周全和准确。所以，在工程设计中，一方面要根据涵洞受力和变形特点，结合具体工况确定合理的土压力计算公式，更为重要的是采取正确的工程措施，使结构物处于有利的工作状况。归纳起来主要有以下几种方法：

a、充分利用沟谷地形；

b、在涵洞顶一定厚度范围内采用高压缩性填充材料或中松侧实填土法；

c、提高涵台背后填土压实度或采用低压实性材料；

d、采用合理的地基处理方法，如加固涵洞两侧地基或采用相对松软的涵洞地基，在涵洞地基设计时，保证沿涵洞轴向地基的均匀性对结构安全是十分重要的。

3）地基处理

目前，由于对高填方涵洞的涵-土相互作用机理认识不足，设计人员未能充分考虑地形和地基条件等因素对涵洞受力的影响以及高路堤下涵洞基础的埋深效应和地基承载力的修正，对地基承载力提出了过高的要求。一方面造成经济浪费，另一方面使涵顶应力集中现象加剧，给构造物带来安全隐患。高路堤下的涵洞，填土相当于使涵洞基础具有埋深效应，可以显著提高地基承载力，深刻认识埋深效应有助于指导高填方涵洞的地基承载力的确定。

三、软土地基上涵洞基础处理

公路地处沿海地区,河道纵横交错,软基较多,其常见的破坏现象有:涵洞中段沉降量比出入口两端涵节大得多,形成涵身凹陷,积水淤土,使过水断面减少,有些涵洞还同时出现进出水口两端涵节向外侧挤出,并向后仰,设计预留的沉降缝被拉宽,以致漏水冒泥,影响路基的稳定,部分或全部失去涵洞的作用。

产生上述弊病的原因,多数是由于涵洞自重、涵洞上覆盖荷载和路基填土的荷载压力互相重叠,使地基土承受的附加应力超过其极限强度而造成剪切破坏。或因地基土的压缩沉降过大,涵洞的预留拱度不能弥补基础的下沉,而造成涵身凹陷。涵洞对地基的承载力要求由计算得出的涵洞基底平均压应力大小确定,一般要求地基的容许承载力略大于涵洞基底的应力。而对容许的沉降量,不可一概而论,现行有关桥涵设计规范也未作明确规定。

处理方法。当软土层较薄(如厚度<3m),一般采用浅层换填法处理。软土地段上的涵洞,可以采用桩基,使之基本不发生沉降;也可以采用天然基础,容许发生一定量的沉降。

最合理的技术方案是采用两侧路堤相同的填土预压固结措施即先填后挖修建。预压期到后,开槽修涵洞。这样既可使地基固结强度提高,也消除了大部分沉降,使涵洞与两侧路堤的变形较好协调一致,剩下的部分沉降可通过设置预留拱来调整。涵洞若采用复合地基支承时,其桩柱形式一般选用深层搅拌桩、碎石桩或石灰桩等。

常见的涵洞按其构造型式可分为钢筋混凝土圆管涵、钢筋混凝土箱涵和钢筋混凝土盖板涵3类。不同构造形式的涵洞,其软基处治方法也有所不同。

对于地基承载力不符合要求，在这里提出几点设计阶段的处理措施：

（1）对于盖板涵和拱涵如地基需换填处理，超过三米则应不考虑浆砌片石；（2）盖板涵或拱涵整体式钢筋砼基础，构造钢筋应不小于 Φ12，以Φ16为宜；（3）圆管涵在土质为淤泥等较差的地质条件下应提出基础换填，以管涵基座宽度为宜、深度以不大于2 米来控制；（4）如开挖后发现需超挖1 米内才能满足涵洞地基承载力要求，则应考虑与基础同标号片石砼进行处理；（5）如开挖后发现需超挖1米~3米才能满足涵洞地基承载力要求，则考虑浆砌片石进行处理；（6）如开挖后发现需超挖3 米以上才能满足涵洞地基承载力要求，则考虑其一可改变涵洞形式或将涵洞降低标高（增长涵身），其二如地基承载力提高0.1MPa能满足设计要求则采用换填1.5~2.1 米的碎石垫层（强调要求0.2~0.3 米分层压实，压实度达 96%以上）；（7）涵洞基础较差的情况其一可考虑改变涵洞结构形式（在填土高度滿足要求的情况下，如箱涵，特殊情况下应对基础进行碎石换填处理），其二可采用钢筋砼基础+碎石垫层的处理措施。第二种方法虽然能够处理但是处理的费用较高；（8）如为拱涵（包括对地基承载力要求较高的涵洞）则基础必须加深至完整基岩。加深基础的材料应为浆砌片石或片石砼；（9）跨越输油管道的涵洞，应在说明中强调基础开挖采用冷开挖措施，既不能扰动输油管道（非爆破措施），如基岩出露则现场监理根据实际情况调整基础标高，如基础无持力层，可考虑换填或钢管桩等基础处理措施。

五、介绍一下公路涵洞与通道设计制图软件的应用。

公路工程中涵洞与通道设计制图工作的特点是结构类型明确且比较规则，在同一工程中重复率高。这正是计算机发挥作用的地方。利用涵洞的设计理论与公路计算机辅助工程(Computer Aided Engineering)相结合的公路涵洞设计和成果图绘制软件系统。PowerCulvertX公路涵洞CAD辅助设计系统（简称PCVX）。它的优势在于

（1）广泛适用于高速公路、市政工程等的涵洞辅助设计、施工。用户包括各大设计单位、科研单位、施工单位、业主单位以及各大中院校土木工程专业教学等。

（2）快速的运行速度，计细节实时更新：PCVX能够通过数据库实体，实现涵洞设计过程中设计图和细部构造图的绘制；可以根据用户的需求，对任意设计参数或环境参数实时响应，真正做到所见即所得。图形和数据分离，方便您在成果图丢失的情况下，可以找回其设计的原始数据，在维护项目组文件上特别方便和快捷。

（3）强大实用的设计功能下，完善的涵洞类型：提供盖板明涵、盖板暗涵、拱涵、管形涵（包括波纹管涵洞、圆管涵、倒虹吸涵洞）、箱涵共7种。涵洞的孔数支持任意孔（小于等于10孔）涵洞的布置；强大的路线引擎功能可以直接从设计好的路线中提取需要设计的涵洞的地面线和设计线而设计的。成果图处理，同EXCEL结合统计数量，个性的细节设计都很实用。

（4）设计专业人员很容易结合项目掌握PCVX的应用。

六、施工注意事项

1）拆除原构造物洞口八字墙时，应及时砌筑简易的侧墙封住其台背回填的透水性材料，以免台背填料流失，造成路基塌陷；2）加宽部分应尽量采用复合地基方式处理，尽可能减小新老构造物间工后差异沉降。对跨径较大的、地质情况较差的涵洞、通道，应特别注意施工期间原有结构物的正常使用。

参考文献

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作者简介：朱鹏翔（1979-），男，汉族，湖北武汉人，长沙理工大学 湖南华罡规划设计研究院有限公司。 研究方向：桥梁与隧道