箱涵在小型水利工程中的应用

林治鑫 吴有坤

(本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁本溪 117000)

箱涵在小型水利工程中的应用

林治鑫 吴有坤

(本溪市水利电力勘测设计研究院，辽宁本溪 117000)

箱涵在小型水利工程中应用广泛，可以作为堤防、排水沟和小桥涵等建筑物。箱涵在小型水利工程中，具有过流能力强、结构稳定、承载能力高、基础处理简单等特点。本文对小型箱涵结构设计、施工、过流量计算、清淤等进行了详细介绍，供同类工程参考。

涵箱;小型水利工程;过流能力;结构设计;施工;清淤

箱涵在小型水利工程中应用广泛。在小型水利工程中，箱涵可以作为堤防、排水沟(穿堤建筑物)和小桥涵等建筑物。箱涵在小型水利工程中，具有过流能力强、结构稳定、承载能力高，基础处理简单等特点。

1 过流能力计算

箱涵的过流能力计算可分为无压流和有压流，有压流计算时和管道流相同，本文主要讨论无压流过流能力计算。

1.1 箱涵作为堤防和排水沟时过流能力计算

箱涵作为堤防和排水沟时，过流能力计算一般按无压流计算，过流能力计算时按明渠均匀流计算，计算采用公式:

式中 Q——设计流量，m3/s;

A——过水断面面积，m2;

R——水力半径，R=A/X;

X——湿周，m。

式中 C——谢才系数;

n——糙率系数，0.017;

i——水力坡降。

因为断面为混凝土断面，糙率较小，相对于土渠，过流能力强。

1.2 箱涵作为小桥涵时过流能力计算

箱涵作为小桥涵时，底坡一般做成平坡，此时箱涵

的过流能力计算采用宽顶堰过流计算，采用公式:

式中 Q——设计流量，m3/s;

σs——淹没系数;

m——流量系数;

H——堰上水头，m。

2 结构设计

2.1 箱涵的尺寸

根据箱涵的用途、地质条件、环境条件和顶进条件等，横断面可以做成单孔或者多孔的。在小型水利工程中，箱涵一般布置为1～3孔，单孔箱涵的断面形式以正方形和矩形为主。为方便施工时模板的安装，箱涵的高度一般应高于1.8m且不超过3m。单孔箱涵的跨度一般为3m左右，跨度太小在洪水期箱涵进口容易被浪材、树木等洪水中的携带物堵塞，失去行洪的功能，大于3m时箱涵的壁厚将增加，不经济。横断面形状一般为平板直墙的箱型结构，在大跨度箱涵板的端部一般都加腋。

2.2 作用荷载及组合

2.2.1 作用荷载

作用在箱涵上的荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然作用荷载。永久作用的荷载称为固定荷载，包括:结构自重、顶板上全部材料重、土压力、水压力;可变作用的荷载称为可变荷载，包括:车荷载;偶然荷载主要是地震荷载。

2.2.2 荷载组合

箱涵结构应按可能出现的不利荷载组合而产生的最大内力来设计。

作为箱涵结构的基本荷载主要包括:结构自重及上覆材料重量、水压力、土压力。如果箱涵作为小桥涵使用时，基本荷载还应有车荷载。

地震发生时，不考虑车荷载对结构的作用。

2.3 内力计算及配筋设计

2.3.1 内力计算

箱涵结构在各个荷载作用下，沿长度方向取1m为计算单元，作为单跨或多跨框架结构计算其内力，杆件计算取轴线杆件的中心线，然后根据不同的荷载组合，求出各主要控制截面的内力。

为简化计算，一般忽略加腋部分对弯矩的影响。但应该看到，节点弯矩是加腋的比不加腋的大，如按不加腋的弯矩来设计构建截面，则会不安全。为消除该不安全因素，可将计算得到的杆件端部的负弯矩图平行，将杆件轴线位置的最大负弯矩值作为腋端的设计弯矩值。

箱涵结构的各构件除产生弯矩外还受轴向力和剪力的作用。

2.3.2 配筋计算

按各个控制截面可能产生的最不利内力组合，按照偏心受压构件，以弯矩和轴力设计截面的纵向钢筋，以剪力设计截面的横向钢筋。因顶板所受轴力较小，也可将顶板作为受弯构件考虑。

当箱涵跨度较大时，因杆件端部负弯矩较大，为节省材料，一般在杆件端加腋以增加截面高度。

3 箱涵施工

3.1 基础处理

采用人工配合机械开挖，开挖前注意做好排水设施，开挖按变形缝设置跳槽开挖，必要时做好临时支护工作。

基地须整平夯实，并做基地承载力检测，若达不到承载力要求，则需换填基础。

3.2 底板及侧墙钢筋绑扎

在垫层上测量放线并画出钢筋布置大样及立模边线，然后绑扎底板及侧墙钢筋，绑扎侧墙钢筋时在外侧用钢管搭设临时支架以防钢筋笼变形。

3.3 内模支撑及内模施工

内支撑采用φ50搭设，纵横向布距不大于1m，竖向布距不大于1.2m，内支撑的横向钢管应与内侧模在横竖带节点处用钢管卡子连接(内外模的横竖带均用双根钢管)，起到横向内支撑作用。内模采用1.5m2的大平面模板制作，表面要求光洁无错台，模板接缝加贴密封条。

3.4 绑扎顶板钢筋、立外模

顶板钢筋，严格按规范及设计要求绑扎，支撑箍筋应适当予以点焊，保证上层钢筋网片不变形。

外模采用普通钢模组拼，外模的固定采用φ16拉杆内外对拉，并以圆木或钢管辅助支顶。

3.5 混凝土浇筑

混凝土灌注入仓采用吊车配合下料漏斗进行，振捣采用插入式振捣棒。

3.6 变形缝处理

箱涵涵身每隔10m设一沉降缝(包括基础)，缝宽20mm，沉降缝内夹20mm沥青木板，有止水要求的内夹300mm宽的橡胶止水带止水。为保证整个沉降缝竖直且在一个截面上，立模堵头处须立分离式两块模板(夹紧止水带)，并与内外模板以螺丝杆连接。

3.7 箱涵两侧台背、箱顶填土

箱涵施工完毕后，当混凝土强度达到设计强度的70%时，方可进行回填土。回填土要符合质量要求，填土从涵身两侧同时水平分层，对称填筑、夯(压)实。用机械填土时，除按照上述规定办理外，箱涵顶上填土厚度须大于1m时才允许机械通过，且在使用振动压路机碾压时，禁止开动振动源。

4 箱涵的清淤

箱涵作为堤防和排水沟时，将河流排水沟变成地下暗河，故箱涵应设检修口或者进口，方便河道清淤。4.1 断面尺寸小的箱涵

断面尺寸小的箱涵，是指箱涵尺寸较小，不能满足汽车在其内部行驶。这种箱涵的清淤只能是人工清淤。如果箱涵的长度小于200m，可以通过箱涵的两端进入，箱涵中间不用设置进人口。如果箱涵长度大于200m，箱涵每隔200m设置一处进人口，通过检查井通往地面。河道清淤时，人工清淤，通过检修井将清淤物提到地面。

4.2 断面尺寸大的箱涵

断面尺寸大的箱涵，是指箱涵的尺寸满足清淤时施工车辆进入的要求。如果箱涵的长度小于200m时，可以通过箱涵的两端进入，箱涵中间不用设置清淤口。

如果箱涵长度大于200m，箱涵应每隔200m设置一处清淤口。箱涵的进口形式与地下车库进口相似，通过引道箱涵进入主箱涵。

断面尺寸大的箱涵，设计时应注意设置满足施工车辆调头的空间。单孔箱涵没有设置施工车辆调头的空间，施工车辆在箱涵中无法调头;双孔以上箱涵在设备调头处可以将箱涵的中墩取消，满足施工设备的调头要求。

4.3 箱涵作为小桥涵

由于小桥涵比较短，一般为几米至几十米，故不存在清淤难的问题。

下图所示为混凝土箱涵断面。

混凝土箱涵断面图

5 箱涵的优缺点

5.1 优点

5.1.1 结构形式好

箱涵为两端固结结构，相对于盖板的简支结构，结构尺寸小，承载能力强，箱涵上可以满足行车要求。箱涵上可以覆土，使堤防或者排水沟变成地下河，节约城市建设用地。

5.1.2 基础条件好

箱涵基础为扩大基础，基础承载面积大，对地基条件要求不是特别严格，可以提高地基的承载力。

5.2 缺点

5.2.1 遇超标准洪水

箱涵作为堤防时，在汛期遇超标准洪水、箱涵满流时无法宣泄更多的洪水，将造成人员和财产的损失。

5.2.2 箱涵进口容易堵塞

箱涵进口在汛期时一旦被树干等杂物堵塞，没有得到及时清理，将无法下泄洪水，使箱涵失去作用。山区型河流和来水迅猛的河流一般不建议修建箱涵。

5.2.3 清淤不方便

如果箱涵比较长，即使箱涵设置了检修清淤口，但是由于箱涵断面不是特别大，箱涵清淤检修时，清淤施工车辆无法作业，缺少施工作业面。如果箱涵长时间没有清淤，特别是对于排放生活污水的箱涵，容易产生甲烷等有毒气体，将会造成施工人员有毒气体中毒等伤害。

6 结语

箱涵一般建议作为小桥涵设计使用，作为堤防和排水沟使用时应注意遇到超标准洪水时的应对措施，以及箱涵进口和箱涵检修清淤的设计。

Application of box culvert in small water conservancy projects

LIN Zhixin，WU Youkun
(Benxi Water Conservancy Electric Power Survey Design and Institute，Benxi 117000，China)

Box culvert is widely used in small water conservancy projects，which can be used as dyke，drainage ditch，small bridges and culverts and other buildings．Box culvert is characterized by strong overflow capability，stable structure，high bearing capacity，simple foundation treatment，etc．in small water conservancy projects．In the paper，small box culvert structure design，construction，overflow calculation，dredging，etc．are introduced in detail as reference for similar projects．

box culvert;small water conservancy projects;overflow capacity;structure design;construction;dredging

U449.82

A

1005-4774(2015)06-0005-03