小桥涵设计相关问题探析

魏孟娇

（中交远洲交通科技集团有限公司 河北石家庄 050035）

为满足公路连续通行的需求，在跨越山谷、溪沟、河流、人工渠道、既有道路等特殊情况下，修筑小桥涵或通道作为其连续节点工程显得尤为重要。在既有规范中涵洞位于平原区时，一般设置1-3 道/公里；涵洞位于山区，一般设置3-5 道/公里，其造价约占公路工程总造价的20%。因此，准确地勘察选址、合理的确定结构形式，以为公路的建设增值。

由于小桥涵工程实际情况较为复杂，设计方案具有多样性，各个项目无法完全复制，仅参考常规设计文件无法综合全面的得出最优结构设计方案。因此本文对小桥涵多个技术标准进行了要点归纳与补充，以便快速准确地进行小桥涵方案设计。

1 设计原则

小桥涵设计要结合项目的实际情况，从设计可行性、安全性、经济性角度，本着“简单实用、可行且安全牢固、经济适用、方便施工”的原则。在遇到复杂工程地质环境时，要控制最少经济投入，首要确定最合理的桥涵结构形式。根据工程现场的地形、地貌、工程地质及河流水域，并应综合考虑路基设计、防护。为减少公路工程对周边自然环境的影响，外业调查时要注意详细了解周边现有环境情况、与人文景观的协调一致，调查并进行水文计算，合理选定小桥涵最佳方案。

在公路工程设计工作中，沿线设置构造物从降低造价的角度，一般优先考虑设置涵洞。对现场沟形明显的小河、干涸沟、路线与耕地交叉，且当路线上游计算的汇水面积大于0.1km²时；路线经过农田区域、与水渠交叉处、满足水库的排水要求；山区公路的山坡线；将挖方路基边沟积水导走，应设置涵洞、倒虹吸等。

当路线与铁道、公路、农村农用道路及天然气管道、消防通道等管线、道路交叉的情况，应设置小桥或通道。对于有通行需求的涵洞要综合当地政府和有关主管部门的意见。

2 小桥涵结构形式的选择确定

2.1 小桥涵流量计算及孔径确定

小桥涵设计中先要进行流量计算，是确定小桥涵结构尺寸的主要依据。常用的方法有暴雨推理法、径流形成、形态调查和直接类比法。在设计计算前，应结合当地的地形、地质、地貌情况来选定，据项目实际情况比较确定流量大小。另外，在实际设计工作中，由于工程影响因素较多，要想计算更为准确可行，为小桥涵方案确定提供更有效依据，则需要对构造物区域内历史洪水水位、洪水发生阶段等调查勘测，洪水参数计算，确定洪峰流量值。

涵洞一般常用跨径为：0.75m-5m。其中一般选用圆管涵时，其结构尺寸为0.75m-2m，采用钢筋混凝土盖板涵或钢波纹管涵，其结构尺寸选定为2.5m-5m。中、小桥梁跨径一般为8m，10m，13m，16 m，20m。其中8 m，10m，13m 跨径优先采用现浇钢筋混凝土结构。16m，20m 一般选用预应力钢筋混凝土小箱梁结构，当采用预制梁时应结合项目地情况，满足预制小箱梁的运输条件。

2.2 涵洞结构形式选择

结构形式选择是设计中的一项重要内容，应与孔径选定综合考虑。一般先据水利计算，对于跨线桥需控制最小桥下净空确定孔径，再进行结构形式选择。

圆管涵，在灌溉农田区域是较为常见的结构，其结构形式比较单一，属于工厂预制构件生产效率高，现场运输拼装方便，工程造价较低，一般要求地基承载力120Kpa 左右。圆管涵有一定的局限性，其泄洪能力比较小，长期以来容易造成淤塞。因此，如果对于汇水面积比较大，防水性要求比较高的位置，要尽量少采用此结构。

拱涵，能承受上部较大的土压力的作用，路线位于山区，地质条件比较好，一般优先选用拱涵结构形式。其在施工现场不仅取材方便，且其净高较高，能够通过较大流量的洪水，但施工周期较长，工艺复杂。

盖板涵，综合了圆管涵、拱涵的优点，不仅施工工艺、结构简单，且结构自重小，对地质条件要求不高，后期养护、维修方便。因此，在公路工程构造物设计中较为常见。第四，箱涵，一般采用箱涵结构形式是因为其整体性强，如果施工区域地质为软弱地基，则优先选用箱涵。缺点是施工成本高，施工工艺复杂。

洞口作为涵洞的重要组成部分，选择不同种类洞口形式直接影响构造物的协调、整体性、耐久性。洞口构造类型常见有八字墙式洞口、一字墙式、跌水井式、直墙式洞口、跌水式等。八字墙式收集、散水性能好，施工工艺较为常见，常应用于填方路基位置；一字墙式结构形式单一，成本低，但其散水性能一般；跌水井式适用于河道纵坡大于50%的情况，或者当路基纵断面不能满足构造物高度，一般采用与一字墙式配合选用；直墙式用于无需收集、扩散水的情况，比如与急流槽、消力池、灌溉水渠等直接相连的位置；锥坡式需要与一字墙式结合使用，其工程量大、结构耐久性好，适用于高大的涵洞。跌水式多设置在构造物出水口处，防止水流冲刷掏空构造物基础，起到支挡、基础防护的作用。

2.3 小桥选址及上部结构设计

当计算确定涵洞的结构尺寸已较大，仍不能满足泄洪需求，或者选用桥梁的造价要低于选用涵洞造价时，则应考虑设置桥梁。

从经济性、稳定性、耐久性角度出发，桥梁应尽量选择在河道平顺、稳定水流、承载力较好、冲刷不严重的河段上，以降低工程成本和后期维护、检修费用，并防止因冲刷过大而发生桥梁破坏的危险。如今对桥涵构造物与路线的相对关系提出了更加舒适、平顺、流畅的要求。《公路路线设计规范》JTG D20-2017 第5.0.2 条明确规定：“中小桥涵，中、短隧道，以及一般构造物的位置应服从路线走向”，桥址受地形、地物的限制，出现许多斜交桥梁。小桥上部结构形式选择：为方便施工，采用标准化的上部结构形式，尽可能采用同一种跨径，尽量统一下部结构尺寸，有利于提高工程的质量、节约资源、降低工程成本。

2.4 小桥涵下部及基础设计

中小桥梁桥台结构形式选择受河床内的埋置深度、结构承载力、地质情况、工程水文、流速等条件的直接影响。同时，应该考虑到安全可靠、耐久性强、工程造价低、养护维修较少、施工简单、工期短等因素。在总体设计中，合理的选型，桥涵上、下部结构协调一致，轻巧耐久性强，节约工程成本，对整个路线设计方案有很大影响。

中小桥基础设计时，选用刚性扩大基础其属于一种浅基础形式，一般适用于地表或河床顶面以下3～5m 范围内地基容许承载力[0σ]大于250～300kPa，若浅层地基容许承载力较小，宜采用桩基础或其它结构型式。最常用的基础形式明挖扩大基础，其具有结构简单，基础埋深比较小，施工方法简便及工程造价低等特点，一般在工程地质条件比较好的情况下优先选用。当桥台位于软土地基上则选用轻型桥台，其体积小，节省材料，主要靠钢筋混凝土材料强度，结构的整体刚度抵抗结构的外力作用。

对位于山沟淤积软土地区的涵洞，为避免对涵洞两侧路基造成不均匀沉降影响，涵洞宜采用整体式基础形式。

3 结语

根据项目所在地实际地形、不同的地质情况及当地公路工程的设计习惯等综合多方面因素做设计，确保设计的安全、可靠，提高道路的设计水平，延长使用时间。