铁路框架式涵洞设计重点研究

2021-06-22韦驰

运输经理世界 2021年29期

韦驰

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600)

0 引言

在对铁路框架式涵洞进行施工的时候要注意应用科学的施工技术，这对涵洞修建的经济合理性以及涵洞修建的安全稳定性有着非常重要的作用。因此需要全方位考虑人力、物资等方面的合理配置，满足设计与施工相关要求。为了使施工顺利推进并符合工程标准要求，前期的设计工作发挥着非常重要的作用。设计人员将对有关技术方面的理解与运用都体现在一张张的设计图纸上，施工人员按照图纸进行施工，二者相互结合不仅能够顺利推进涵洞建设，也能保证铁路的寿命周期。设计人员要想设计好图纸必须能够准确分析相应的勘察资料与设计基础资料，确保项目进度和施工质量达到标准要求。所以，在对铁路框架式涵洞进行设计的时候应遵循“安全稳定、先进成熟、经济环保”的技术原则，避免设计完成后在后期铁路施工的过程中出现一系列相关问题。

1 框架式涵洞总体设计与规划

1.1 设计目标与施工

第一，在对铁路框架式涵洞进行设计与施工时，其涵洞主体部分无论是设计规划还是施工过程都应该遵循安全稳定、经济环保的主要原则，保证设计与施工过程的零缺陷。

第二，整个项目的设计都要完全符合国家铁路工程相关的安全标准，施工也都要符合整体设计要求。

1.2 整体施工组织方

从目前来看，在对铁路框架式涵洞进行施工时，其涵洞施工所使用到的主要材料与结构还是钢筋与混凝土构成的框架结构，为了保证原材料和框架结构顺利使用，应预先设计好水电供应方案和施工道路建设方案。之后要对建设过程中的钢筋混凝土框架结构进行整体评估，确保实际施工与设计二者之间不存在误差。经过整体评估发现确实有误差，设计人员要立即对相应的施工方案与组织方案进行修改。

1.3 施工过程的组织方式与措施

1.4 施工中的环保设计准则

铁路桥涵的施工大多是在多山、多树、多水流的环境中进行，为了保证施工生态环境的稳定与多样性，要遵循以下设计准则。一是不做任何除建设必要外的开采、填埋活动，防止破坏环境事件的发生。二是建设过程中产生的扬尘以及有毒气体的排放要完全符合国家排放相关标准。

2 铁路框架式涵洞工程设计要点

简要地梳理一些框架式涵洞工程在进行施工时的相关技术要求以及重要措施，从而进一步提升设计质量，促使相关设计人员能够更好地熟悉并掌握涵洞设计规范与标准。

2.1 常规要求

第一，在对框架式涵洞进行设计时，应该在有关规范和勘测方面的相关资料基础上进行设计，施工过程中针对所形成的孔径、涵位以及类型方面的核对可通过交通、纵横断面、水文以及交通等方面来进行。设计过程中还应该注意涵洞两侧的出入口顺接设计与防护设计。对于流水面高程方面的设计，涵洞基底的处理措施以及涵洞建设的合理长度等务必要进行正确的设计。通常情况下，在多山与多丘地区应遵循“逢沟必建涵或建桥”的设计原则，禁止随意合并或是改移已设计好的涵洞。但在实际建设的过程中，环境条件复杂多变，为了建设的合理性与经济性可根据修建地区的水文地理等条件，经过专业人员全方位探讨研究并在技术条件允许的情况下考虑合并或是改移涵洞。

第二，不同类型涵洞的孔径根据其功能不同，大小也会有所差别。灌溉方面的涵洞其孔径应＞1m，用于排洪方面的涵洞其孔径应＞1.25m，当所设计的涵洞处于车站和城镇的区域内以及有污水的排放等情况下，可根据实际情况来增加涵洞的孔径。针对交通方面的涵洞设计要求，涵洞孔径的设计要结合当地实际的交通需求、排水要求以及路面宽度的需求来确定。对于通行汽车以及大型农机类型的车辆，设计的通道净值宽度应≥6m，路面以上的净值高度≥5m，在有困难的情况下其高度最低可降至4.5m。用于机械耕地的农业车辆其通道的净值宽度应该＞4m，路面以上的净值高度应该≥3.5m。涉及自行车、电动车以及行人的通道其净值宽度应该≥4m，路面以上的净值高度要≥2.5m，特殊情况下可降低至2.2m。交通涵的通行净值高度＜5m时，出于安全方面的考虑，要在位于涵洞两侧的出入口处设置限高防护架。

第三，在对涵洞顶进行设计时，要注意不应高于基层床表层底面，涵洞顶部控制路肩高程的时候其高度能够与路肩齐平，但不能超过路肩，特殊情况下可按小桥设计（设立人行道与栏杆），并按照轨下枕底的道床厚度满足相应规定处理。高速铁路方面其填土的高度应＜1.5m，若是涉及斜交涵洞，那么设计斜交角度时其值不能＞30o。若是填土高度≥1.5m，其斜交角的设计值不应＞45o。

第四，需要建设第二条线或是对原有线路进行改造修建时，对涵洞进行改造要遵循以下原则：一是涵洞净值高度或者是内径＜0.6m时应考虑拆除并重新建设。二是当其高度或者内径高度＞0.6m 时，可考虑接长继续使用，但应该注意接长后的涵洞净值高度或孔径其净值高度应＞1m。三是在对涵洞进行接长时，要注意检测涵接长侧端部的涵节结构所能够适应的承载力能否满足实际需求，若是不能够满足则应该更换或者进行加固处理。

第五，根据相关规定要求进行涵洞设计时，要根据实际的沉降量来设置上拱度，设置完成以后其内部的流水槽面最高点不能超过入口处流水槽面的最高点。当涵洞位于岩石地基上或处于陡坡上，此情况下可不对其设置上拱度。有的涵洞在设计时不需要进行沉降检算，应根据不同类别的地基土来进行上拱度设计。首先，地基土类型为砂砾、粗砂、碎石土、卵石土、中细砂等的碎土、碎砂：H/80，其中H 为线路中心处涵洞流水面到轨道底部的高度。其次，半干硬、硬塑黏性土与老黄土：H/50，新的黄土和软塑黏性土可适当加大。最后，一些高原地区或者是天气较为寒冷地区，在修建时经常会遇到长年的冻土地基，设计时应按照冻结原则来进行设计：弱融沉土为H/100，强融沉土为H/50，融沉土为H/80。

2.2 涵洞两侧出口与入口处的铺砌

第一，在进行涵洞设计时，要注意避免经水流冲刷造成的路基以及涵洞的自身安全问题。为了减少这种情况所造成的破坏，可在涵洞两侧出口与入口处以及路基的边坡处采取铺砌措施来形成防护作用。若涵洞的基础类型为分离式，则基础之间应该铺砌泄床并与基础相互顶紧。进行铺砌的原材料最好使用浆砌片石，其使用厚度不应超过0.35m，在对其进行铺砌时，下设垫层厚度为0.1m。涵洞内的水流速度超过6m/s 时，原材料可考虑使用混凝土。

硬文化是指教室内设置的英文标语、英语墙报、英语画刊等；校园里开办“英语角”，这些能够体现和强化一种英语氛围。

第二，在对排洪涵洞、灌溉类型的涵洞的出口处与入口处进行铺砌防护时，应在锥体坡脚处进行铺砌，所铺砌的宽度应在两侧锥体之外再增加0.5m，铺砌的过程中要注意整体与沟形的衔接度和匹配度。对路基边坡进行铺砌防护时，其铺设宽度与沟床铺砌宽度相同即可。入口处的路基边坡防护高度，应按照洪峰流量出现累计频率时，超过所对应的涵洞前积水高度0.25m，出口处的则按照涵洞内部临界水深的高度超过其0.25m，无论是出口还是入口所设计的防护高度都不能小于所含锥体的顶点[1]。

第三，交通类型的涵洞路面结构要与道路的相同，框架等钢筋混凝土整体基础的交通涵洞内应在其基础顶面设置厚度不小于0.1m 的路面铺装层，以防基础被磨损。入口处与出口处所设计的锥体结构应使用干砌片石护坡，不对路基边坡进行铺砌防护。兼作排洪、灌溉和洪泛区淹水的交通涵，应按排洪涵的要求进行铺砌防护。

3 框架式涵洞设计需要注意的问题

近年来，随着我国经济的不断发展，对交通运输量的需求也在不断地增加，铁路建设快速发展的同时，对于图纸设计的质量与时效性要求也变得越来越高。所以设计人员在进行设计时要根据实际情况进行科学合理的设计，避免生搬硬套，并且所设计的技术规范与标准还要符合国家所规定的要求，进一步提高设计质量。通常情况下，针对框架式涵洞的基础进行设计时，为了避免两端边墙基础因有沉降情况出现所导致的危害，在使用分离式基础的时候要格外谨慎。采用分离式基础时所设计泄床使用的原材料应为浆砌片石，并与基础紧密相顶。入口与出口处的翼墙使用分离式基础的时候，位于前墙周围内的泄床的厚度应该和翼墙基础的厚度相同。

3.1 涵洞基础厚度

基于该条件下其涵洞基础的厚度设计要完全符合基底埋深的要求以及相关结构的构造要求。整体混凝土基础的厚度要大于0.6m并大于等于孔径的一半，刚性角方面的角度应≤45o，分离式基础的厚度要≥1m。框架式涵洞不应低于1.25m，且不低于中间涵节的基础厚度。

3.2 各类型涵洞

若所设计的排洪涵洞其孔径较大时，考虑实际水文条件符合要求后应优先考虑使用双孔涵洞，这样更加具有经济性。设计要求涵前不允许有较多积水的情况下或者路基高度不够时，在经济与技术条件允许的情况下可使用多孔涵洞，但需要注意的是盖板涵与拱涵不适合用于多孔涵洞，可使用三孔框架涵来代替。在对斜交涵洞设计时应按照“斜交斜洞口”的原则来进行设计，不适合按照“斜交正洞口”的原则来进行设计。

3.3 其他方面

涵洞设计时还应该考虑地基土所能够承受的荷载范围，大多数情况下其容许的承载能力要≥150kPa，并且下部没有软弱下卧层。特殊情况下，基底下部的软弱土层的厚度较厚时，也就是换土与填土的工作较为困难时，就需要考虑使用高压旋喷柱、CFG 柱等地基加固措施，大多数情况下最大的换填深度应把控在4m左右较为合适。在施工过程中所用到的各个零件器材要对其数量进行准确记录，其中就包含交通涵中所使用的盖板数量，拆除过程中所用到的防抛网，有线防护所使用到的栏杆、挡墙等。尤其需要注意的是在设计交通涵时所用到的栏杆件数量，并考虑所使用的栏杆类型风格与桥梁段栏杆的类型风格是否统一。

4 框架式涵洞工程施工环保设计

随着经济与科学技术的不断发展，我国在追求量的同时，对环境保护也提出了更为严格的要求，更加重视环保工作。为了符合相关要求，在对框架式涵洞进行设计时，其施工过程要尽可能符合环保设计理念。

4.1 环保要求

工程应在监督管理下实现标准化作业，在施工过程中最大程度地保持施工地周围的生态环境与生态平衡，不肆意破坏周边环境影响平衡。施工过程中避免不了会有固体的、有害气体和有毒气体的排放，要做好相应的防护措施使其排放标准符合国家规定要求。

4.2 建立环境保护体系

对于项目施工过程中的环境保护工作要建立相应的领导小组来进行监督，小组成员应该由专业的技术人员、总工程师以及工程监理组成，其主要的负责内容是工程环保设计方案、水土保护设计方案以及施工过程中出现环境破坏的补救措施设计方案等多方面的审批，并且对现场所存在的环境问题进行指导和方案的制定。从施工方案的设计到具体实施要严格遵守我国有关环境保护、动物保护等方面的法律法规。