水利工程涵洞设计要点探讨

菅薇薇 李枫

摘 要：涵洞作为水利施工项目中的一个重要组成部分，作为主要承担着快速排除公路表面和地表积水，保护公路路基安全的重要作用。另外，还有通过在涵洞设计过程中增加闸门部分，这种情况下的涵洞还能起到调节水量的作用。所以，对于水利工程来说涵洞的设计问题至关重要。因此，笔者通过在本文中归纳总结水利工程中涵洞的功能、分类，以及关于涵洞的设计方面的几个方面展开了分析探讨。希望能够对于从事相关工作的人员，提供参考和帮助。

关键词：水利工程；涵洞设计；相关问题；分析研究

涵洞作为水利施工项目中的一个重要组成部分，作为主要承担着快速排除公路表面和地表积水，保护公路路基安全的重要作用。另外，还有通过在涵洞设计过程中增加闸门部分，这种情况下的涵洞还能起到调节水量的作用。在水利工程项目中涉及涵洞的设计直接决定了水利工程的安全，以及水利工程项目的施工进程。所以，对于水利工程来说涵洞的设计问题至关重要。因此，笔者通过在本文中归纳总结水利工程中涵洞的功能、分类，以及关于涵洞的设计方面的几个方面展开了分析探讨。

1 涵洞的用处和功能

涵洞的设计和施工对于水利工程建筑来说，是非常关键而且重要的环节。在水利工程建筑中涵洞主要起着排除公路路面积水，以及公路路基内侧的积水的作用。另外，还有将涵洞设计中添加闸门的，这类涵洞除了排水功能还具有调节水量的作用。由于其所起的作用的特点，决定了涵洞设计过程中位置、结构、类型等因素的重要性。除此之外，涵洞设计的安全性也是关键性的因素之一。因此，设计合理、安全可靠的涵洞对于公路的正常使用以及路基的安全和整个施工项目的成本，都起着至关重要的作用。

2 涵洞的分类

2.1 按构造形式

涵洞按照其构造形式，一般情况下可以分为四种，即管涵、拱涵、箱涵和盖板涵。其中管涵由于主要依靠采取直径在半米到一米之间的灌装涵冬，所以具有在受力和适应性好的特性，而且具有成本低的优势。但是由于其管道特性，因此受位置因素影响较大。比较常用的是拱涵构造的涵洞形式，其具有超载潜力大，而且施工容易的优势。箱涵因为造价成本高，通常不被选用。盖板涵主要适用于地势低的填土路基。

2.2 按水力性能

涵洞按照水力性能可以分为倒虹吸管、压力式涵洞、半压力式涵洞、无压力式涵洞四大类。其中倒虹吸管涵洞的形式是涵洞两侧水深高于涵洞进出口的情况，这类涵洞通常需要在涵洞的进出水口设置竖井。其次，压力式涵洞和半压力式涵洞都是涵洞的入水口高于涵洞的洞口的情况，区别之处在于水流是否充满涵洞。其中压力式涵洞的整个涵洞内都充满水流，而半压力式涵洞则只有进水口出有水流。而无压力式涵洞则是涵洞口高于入水口深度的形式。

另外，按涵洞洞顶的填土情况，还可以将涵洞分为明涵和暗涵两大类。

3 涵洞的设计要点

在水利工程中建设涵洞主要是为了引水或排洪。引水涵洞的水力参数明确，荷载要素清晰，比较好把握；排洪泄水涵需要对比分析水力条件，确定洪水标准。排洪泄水涵受洪水侵袭程度较大，容易给工程造成严重的破坏，涵洞结构形式的选择和断面尺寸的设计必须满足相应洪水标准，结合建筑物级别，保证遇超标准洪水时工程能安全运行。在水利工程中建设涵洞最重要的环节之一是涵洞设计。水利工程中的涵洞设计是根据实际情况进行分析计算，以下将具体的分析各种不同类型的涵洞设计的几个要点：

3.1 涵洞位置的选择

涵洞选择位置时应遵循的主要原则：

涵洞位置的选择对于涵洞的设计及其使用性能来说，都是非常关键的影响因素之一。首先，涵洞位置在受路线分布影响的情况下，必须要选择与路线的设计极其走向相一致。除此之外要考虑的就是地形、地址的因素，以及地基的承载力和沟床的稳定性等因素。在考虑了这些因素之后，需要考虑的就是施工技术的难易、施工成本的高低等问题。要在保证涵洞有效使用的前提下，控制施工及后期养护和维修的成本。

设置涵洞的情况及地理位置大致包括以下几种。其一，当施工路面的积水面积高于规定标准时，需要在施工路线与河沟相交的位置设置涵洞。其二，在施工路线必须穿过农田灌溉区，而且存在影响农田灌溉的情况下，需要考虑通过设计和建设涵洞来解决问题，避免影响农田灌溉，造成不良后果。其三，在山区施工的的山坡面，为了保证有效的排除路基内侧边沟的积水的情况时，需要考虑通过设计涵洞解决问题。其四，当施工路线必须与其他路线或者一些重要管线交叉的情况出现时，例如公路、铁路、人行路等，都必须考虑相应的设置涵洞，避免由于施工可能带来不便或者隐患。其五，在山区施工路线时，遇到易塌方路段时，要考虑雨季的积水量大、排水需求高等因素特点，配合施工情况设计施工涵洞，为公路和水利设施的安全使用，提供保障。

3.2 确定洞身与涵洞长度

涵洞的洞身对于涵洞的设计和使用来说，是最关键的因素之一。作为保证水流畅通的排水的主要建筑，涵洞的洞身必须要保证稳定性和一定的承载力，而且必须随时保持畅通的状态。另外，涵洞在一定程度上还起着支撑路面的作用，因此就要求涵洞必须具备足够的承压能力。所以说涵洞洞身高度与涵洞的长度的设计比例，也是涵洞设计合理、正常使用的关键因素。

3.3 涵洞孔径的设计

涵洞的洞孔主要起到的是稳定涵洞使用性的作用。如何通过涵洞洞孔的设计，在利用现有资源的情况下，最大限度的节约构建成本是涵洞洞孔设计的关键。跨高比是指涵洞切面的直径与涵洞高度之间的比值，主要用于衡量涵洞洞孔的关键性数据，经过长期的实践经验总结，在涵洞洞径的该比值控制在零点七五到一点一二五之间是最佳的范围。

3.4 涵洞基础设计

涵洞基础的设计主要需要考虑是工地的地理情况，通常可以设置在地面、河床低等位置。在河床低設置涵洞时必须要将其设置在河床低一米以下的位置。在考虑将涵洞设置在地面时，要考虑其地基土质的情况，需要适当将地基进行处理。例如在遇到柔软地质的情况时，需要通过铺垫粉砂桩或者砂砾垫层来调整地基地质。

3.5 涵洞洞口布置与设计

关于涵洞的洞口设置通常情况下相对灵活，具有多种形式。在实际设计施工中比较常见的是一字型洞口和八字形洞口，以及与之相关的组合型洞口。涵洞洞口的主要作用在与进出水，以及协调和美化涵洞与周围的环境。另外，在涵洞洞口的设计和布置时，要考虑是否能够保证水流的顺畅，以及与路面、路基的顺接、是否易损坏或者腐蚀等情况。

3.6 涵洞施工的步骤

关于涵洞的施工主要包括：1）施工前准备工作；2）基坑开挖；3）浇筑基础砼；4）箱底浇筑；5）涵身浇筑；6）盖板现浇；7）涵背两侧的填筑等步骤。其中箱底浇筑和涵身浇筑是比较关键的环节，需要在施工过程中重点监管。

另外，关于涵洞投入使用后的日常养护和维修也是非常重要的，是确保涵洞的正常使用，发挥作用的关键。

4 结语

总而言之，作为水利工程建筑的关键，涵洞的设计直接影响涵洞是否能够顺利施工和正常使用。只有科学合理、符合实情的涵洞设计，才能在使用发挥真正的作用。否则不但对人力、物力、财力造成极大的浪费，甚至可能由于涵洞设计不合理导致次生灾害的发生，为群众的生产生活带来不利影响。

参考文献

[1]袁志明.水利工程涵洞设计若干问题探讨[J].水利规划与设计，2013，（11）.

[2]王晓强.水利工程涵洞设计若干问题探究[J].建筑工程技术与设计，2015，（29）.