关于涵洞设计要点的探索

李锋

摘要：涵洞主要是为宣泄地面水流(包括小河沟)而设置的横穿路基的小型排水构造物，其数量众多，尤其是山区高速公路，对线形指标要求较高，高填深挖和跨越沟河路段较多，为此，涵洞工程量占公路工程比重较大，涵洞设计的妥当与否，不仅对工程造价有重大影响，而且直接关系到公路的整体质量和使用效果，本文特对涵洞设计中遇到的问题做一简要总结。

关键词：涵洞 设计要点

中图分类号：U448文献标识码： A

一、涵洞的概述

涵洞是指为渲泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物。用于跨越天然沟谷洼地排泄洪水，或用于横跨大小道路作为人、畜和车辆的立交通道，或用于农田灌溉作为水渠。按《公路工程技术标准》〔JTJ01—88〕〔以下简称《标准》〕规定：单孔标准跨径L0＜5m或多孔跨径总长L＜8m〔圆管涵及箱涵不论管径或跨径大小、孔数多少〕均称为涵洞。

涵洞主要由洞身、基础、端和冀墙组成。

涵洞按建筑材料可分为砖涵、石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵；按构造可分为圆管涵、盖板涵、箱涵、拱涵等。

按洞顶填土高度情况可把涵洞分为明涵和暗涵两类。明涵是指洞顶填土高度小于0.5m的涵洞，暗涵是指洞顶填土高度大于0.5m的涵洞。

涵洞按孔数可分为单孔、双孔、多孔等，孔径为0.75～6m。

按水利性质，涵洞水力计算图式可分为无压力式、半压力式和压力式三种。另外，当路基顶面标高低于横穿沟渠的水面标高时，也可设置倒虹吸管涵洞。

二、涵洞的适用性和优缺点

石涵适用于产石地区，可做成石盖板涵或石拱涵。其不仅节省钢筋、水泥，而且经久耐用，造价、养护费用低。

混凝土涵可现场浇注或预制成拱涵、圆管涵和小跨径盖板涵，这样就节省钢筋，便于预制，但损坏后修理和养护较困难。

钢筋混凝土涵可用于管涵、盖板涵、拱涵；软土地基上可用箱涵。用钢筋混凝土做成涵洞涵身坚固，经久耐用，养护费用少，管涵、盖板涵安装运输便利，但耗钢量较多，预制工序多，造价较高。

砖涵适用于平原或缺少石料地区。可做成砖拱涵，有时可做成砖管，这样就便于就地取材。但强度较低；当水流含碱量大或冰冻地区易损坏。

管涵适用于有足够填土高度的小跨径暗涵。其对基础的适应性及受力性能较好，不需墩台，圬工数量少，造价低。

盖板涵适用于要求过水面积较大的路段，低路堤上的明涵或一般路堤的暗涵。其构造简单，维修容易，跨径较小时可用石盖板，而跨径较大时可用钢筋混凝土盖板。

拱涵在跨越深沟或高路堤时设置。山区石料资源丰富可用石拱涵。其跨径较大，承载潜力较大，但自重引起的恒载也较大，施工工序较繁多。

箱涵常用在软土地基上。其整体性强，但用钢量多，造价高，施工较困难。

三、涵洞型式的选择

1、设计选用的原则

涵洞设计应根据所在公路的使用任务、性质和将来的发展需要，并结合实际综合考虑各方面的要求，按照适用、经济、安全和美观的原则进行设计。

2、决定涵洞型式的主要因素

2.1地形地质水文和水力条件

根据流量的大小来选择涵洞还是小桥，可依据设计流量大小来选择是用无压力式、半压力式或压力式涵洞，同时，可根据设计流量，填土高度和地基承载力来考虑用圆管涵、盖板涵、拱涵、还是箱涵。

2.2经济造价

可根据不同的地区，不同的设计流量，以及路堤高低不同来选择涵洞的用料、孔径等。

2.3材料选择和施工条件

涵洞选材应因地制宜，尽可能的就地取材，且要方便施工，即一段路线上不宜采用过多的涵洞类型。

2.4养护维修

为了便于养护，选择涵洞类型时，孔径不宜过小，洞身不宜过长。

四、涵洞的设置原则

1、满足公路排水的需要

涵洞是路基排水的主要设施之，边沟排水最终要通过涵洞引离路基范围涵洞间距、进出口标高应与边沟结合，同时们意与周围河沟的衔接与协调在附近没有自然沟渠的情况下，必要时应设置供公路自身排水的的涵洞，配合配套的线外工程，将水排出路基，但要注意不要对周边环境及居民造成危害

2、衔接排水及灌溉沟渠

公路的修建小可避免地会对沿线周边排水及灌溉系统产生影响为了保证沿线沟渠的安全与畅通，必须对沿线的地形地貌、水文、水利设施及农田分布进行详细的调查。

3、考虑非排水因素

对线路跨越的重要管道、光缆、电缆等进行保护，般也设置简易涵洞2涵洞布设应注意事项。

3.1涵洞内经或净高不小于0.75m;涵洞长度大于15m但小于30m时，其内径或净高不宜小于1.0m;涵洞长度大于30m且小于60m ,其内径或净高不宜小于1.25m;涵洞长度大于60m时，其内径或净高不宜小于1.5m当旧路改建、拓宽时，如原涵洞状态良好，其孔径和长度可视具体情况而定。

3.2涵洞出入口处应设端培或翼培其样式和尺寸应使涵洞具有相应的过水能力和保证涵洞处路堤的稳定端墙或翼墙与洞身应设缝隔开，缝内填以不透水材料。

3.3高速公路、级公路、一级公路路堤与涵洞连接处应设置过渡段，过渡段长度宜按2-3倍路基填土高度确定。

3.4当河沟纵坡≤3%，且涵长≤15m时，涵洞基底可水平设置，涵底铺砌纵坡可采用1 %-3%当河沟纵坡>3%,但≤6%时，涵底铺砌可采用与天然河沟相同的纵坡涵洞基础底而当河沟纵坡较小时，可设置为平置式;河沟纵坡较大时，可设置为斜置式3涵洞设计。

3.5设计要点涵洞的孔径(涵洞过水截面上的最大水平尺寸)根据通过水流的流量和流速确定影响流量和流速的主要因素是暴雨强度、覆盖面积和持续时间，因此，涵洞孔径般是根据50年内可能出现的最大洪水流量而确定的。

涵洞的孔数是根据流量和水位确定的涵洞般采用单孔或双孔，很少超过四孔，在流量稳定的河沟可设置多孔。一些地质水文条件复杂的沟谷，当采取治沟措施不经济或采用涵洞不能保证水流畅通时，可采用桥梁跨越。涵洞走向应尽量与路、堤正交，并与原水道流向致，以缩短洞身长度和使水流顺畅衔接洞底高程应等于或接近原水道底部高程纵坡应等于或稍大于原水道的底坡。

3.6 涵洞的基础设计

盖板涵的基础形式主要有整体式和分离式两种。涵洞基础形式的确定要结合基础应力计算结果和涵位处的地质情况综合考虑。涵洞基础，在无冲刷处(岩石地基除外)，应设在地面或河床底以下埋深≮1m处；如有冲刷，基底埋深应在局部冲刷线以下≮1m；如河床上有铺砌层时，基础底面宜设置在铺砌层顶面以下≮1m。在软弱地基或软土上修建涵洞基础时，可采用砂砾垫层或粉砂桩处理。砂砾垫层适用于淤泥、淤泥质土、冲填土、素填土、杂填土的浅层处理。不含植物残体等杂质，其中黏粒含量应≯5％，粉粒含量≮25％，砾料粒径以≯50mm为宜。砂砾垫层的变形模量和强度比软弱地基或软土大，基础底面的压应力通过砂砾垫层的扩散作用分布到较大的实体面积上。砂砾垫层顶面尺寸应为基底尺寸每边加宽≮0.3m，垫层厚度宜≮0.5m，且≯3m。

五、涵洞在勘测设计中的细则

1、涵洞内径或净高不宜小于0.75m；涵洞长度大于15m但小于30m时，其内径或净高不宜小于1.0m；涵洞长度大于30m且小于60m时，其内径或净高不宜小于1.25m；涵洞长度大于60m时其内径或净高不宜小于1.5m。〔设计中涵洞内径或净高一般都是≥1.5m〕

当旧路改建、拓宽时，如原涵洞状态良好，其孔径和长度可视具体情况而定。

2、涵洞位置应符合沿线线形布设要求，当不受线形布设限制时，宜将涵洞位置选择在地形有利地质条件良好，地基承载力较高〔可见涵洞设计中要求的地基承载力一般是≥［0.25］MPa〕、沟床稳定的河〔沟〕段上。

3、涵洞出入口处应设端墙或翼墙，其式样和尺寸应使涵洞具有相应的过水能力和保证涵洞处路堤的稳定。端墙或翼墙与洞身应设缝隔开，缝内填以不透水的材料。

4、涵洞的洞身和出入口一定范围内的沟床、路基坡面、锥体填方均应铺砌加固。出入口铺砌的平面形式应根据沟形确定〔一般铺砌至沟底〕，对于无明显沟槽者，出口平面宜采用等腰梯形，其铺砌角可取为20°；铺砌材料应按铺砌层上最大流速确定，铺砌末端必须设截水墙。

当沟床为岩石或不被洪水冲移的大块石、漂石所覆盖时，沟床可不作铺砌。在纵坡陡、流速大的河沟，必要时还需设置急流槽、跌水及相应的消能措施，并应在端墙外端底部设置截水墙。在沟床铺砌的端部，亦应设置截水墙。

5、斜坡上的涵洞涵底纵坡不宜大于5%，圆管涵的纵坡不宜大于3%。当涵底纵坡大于5%时，涵底宜采用齿状基础，或者出口设置为扶壁式。当涵底纵坡大于10%时，洞身及基础分段作成阶梯形，前后两节涵洞盖板或拱圈的搭接高度不小于其厚度的1/4。

6、沉降缝设置。置于非岩石地基上的涵洞，根据涵洞的涵底纵坡及地基土情况，每隔4—6m设置一道沉降缝；高路堤路基边缘以下的洞身及基础每隔适当距离设置沉降缝；旧涵接长时，在新旧接头处设置沉降缝。沉降缝采用弹性不透水材料填塞。岩石地基上的涵洞可不设沉降缝。

7、涵洞的基础按涵洞的构造、地质条件及地基处理的情况，可设计为整体式或非整体式。在土质条件较好，沉降较均匀的地段一般就设分离式基础；而在地质条件较差或沉降不均匀的地段一般设整体式基础。或先铺砌碎石垫层或混凝土。

冰冻地区，端墙与端管节采用整体的刚性基础。

8、有水压涵洞应设置基础，管节〔涵节〕接缝应密不透水，避免水压渗透，保证路堤及基底的稳定性。

9、设置排水涵兼通道时，可根据实际情况来作一些设计如设置边沟盖板等，同时需采取必要的防洪安全措施，确保人、畜和车辆的通行安全。

结语：

总而言之，涵洞的设计跟其他构造物一样，也有其自身的特点和规律。不管是涵位的确定、涵洞洞口的布置，还是涵洞孔径设计、基础设计均应适应地形、地质条件的变化，综合考虑各种影响因素，做到因地制宜、因势利导。笔者相信，在涵洞设计上，只有本着“安全、适用、经济、美观”的设计原则，不断提高细部设计的质量，这样才能满足高性能、高质量的公路发展趋势。

参考文献：

[1]JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].人民交通出版社.

[2]JTJ D041-2000公路桥涵施工技术规范[S].人民交通出版社

[3] 赵江辉.高速公路涵洞设计浅谈[J].山西建筑.2010年08期

[4] 邹海萍.公路工程涵洞设计探讨[J].黑龙江科技信息.2010年第22期