山区公路涵洞设计常见缺陷及对策

江端辉

（梅州市公路勘察设计院，广东 梅州 514021）

0 引言

涵洞是一种小型的排水建筑结构，设于路基下的排水孔道，通过这种结构可以让水从公路下方流过。虽然涵洞的建设成本较低、施工工艺较简单，但仍需设计过程中对其足够重视。在涵洞设计前，应对涵洞附近开展细致的勘察工作，所以设计单位须不断总结涵洞工程中经常出现的问题，优化涵洞设计方法。

1 工程概况

国道206线平远县超南—长庆段路面改造工程位于广东省平远县境内，项目起点位于平远县大柘镇超南，起点桩号为K2124+000，途经湖里、长田径、长田镇、下三角塘，终点位于平远县长田镇长庆村与梅县交界处，终点桩号为K2138+340，路线长14.34km。

2 涵洞对道路的重要性

国道206线平远段中的涵洞是本项目排水系统的重要部分，如果设计和施工不合理，将会严重影响工程建设质量，同时增加施工成本。只有保证涵洞设计的科学性，才能有效提高工程质量，并合理控制工程造价。涵洞在设计过程中必须满足多项施工质量及使用功能的要求，才能保证道路建设顺利展开。首先，要保证涵洞具有足够的泄水能力，确保在汛期不影响路基的稳定性。其次，涵洞工程须具有较高的耐用性，不会因外界影响而发生变形，保证涵洞工程在规定使用年限内的稳定性。另外，还要合理使用新技术和机械加工工艺，保证其使用的安全性，同时又满足经济性的要求[1]。

3 山区公路涵洞特点

山区公路涵洞应有较强的排洪泄洪功能，须在洪水冲击下完成排洪泄洪。山区公路涵洞还应具有较强的稳定性，在设计过程中要计算荷载，保证在外力作用下结构不会变形。山区公路涵洞还要具有较高的耐久性，确保不轻易遭到损坏。本项目位于平远县，在广东省的东北部，地处闽、粤、赣三省交界处，山区地理条件复杂，经常会遇到陡峭的山脊、由水蚀引起的沟渠；再加上山路的坡度起伏不定，造成沟渠下方的地质水文环境也不尽相同，这些不利因素都给涵洞的设计带来了许多难题。

常用的涵洞根据其洞身构造形式的不同，分为拱涵、箱涵、盖板涵和圆管涵等。上述几种结构能提供较好的使用性能，对承载力要求不高，但在设计和施工时仍存在一些缺陷。箱涵适用于坡度平坦、采用封闭式混凝土体结构的地点，建设过程中需要较多的钢材，这既增加了施工难度，也增加了工程造价。公路上的涵洞位于路面结构层的下部，整体设置在路基内部，不易受外部的移动荷载干扰，其承受的压力主要来自路基填土压力、结构自重和车辆荷载，其承受的荷载类型和结构种类比较恒定，在设计时不用过多地考虑结构的稳定性[2]。

4 山区公路涵洞设计原则

只有通过结构强度计算分析和合理的结构处理，才能保证涵洞结构的稳定性。由于国道206线平远段气候条件比较复杂，在涵洞设计过程中应充分考虑降水和高荷载对涵洞结构可能造成的影响，同时也要考虑其施工的技术及经济指标，确保设计的合理性，节约工程成本。应按照因地制宜的原则，结合公路涵洞的功能和施工环境，选择最合适的涵洞结构。

5 山区公路涵洞设计常见缺陷

5.1 部分涵洞位置选择不够合理

涵洞位置一般会选择在山沟中部，该部分主要由淤泥组成，由于此处的地基承载力达不到设计要求，在施工时必须对地基进行处理。因此，在设计前的勘察阶段，必须对涵洞位置处的地质进行勘察、钻探。如果地质钻探的钻孔数量不足、钻探深度不够，水文等调查不清楚，会导致施工阶段涵洞位置处的地质与设计不相符，就需要进行涵洞设计变更，会延长项目建设周期、降低经济效益。

5.2 部分涵洞施工工艺落后

20世纪90年代以前，由于当时材料缺乏，钢材使用受限，此时期涵洞结构设计得较厚，以提高强度；并且使用浆砌片石作为涵洞的基础，不仅增加了施工量，还增加了基础的深度，在施工后易出现沉降量大、沉降缝难处理等维护问题。另外，由于需要大量的石料，对周围环境的破坏也较大[3]。

6 避免山区公路涵洞设计缺陷的对策

6.1 山区涵洞地基处理

国道206线平远段地理条件复杂、施工难度大，会在一定程度上降低涵洞地基的稳定性。由于地基不同部位的荷载不同，若未全面考虑环境和承重因素就开展设计工作，不仅会消耗过多的资源，还会造成地基最小荷载设计不合理，导致承载力达不到规范要求，将影响结构的耐久性和使用功能。因此，在国道206线平远段涵洞设计前的勘察阶段，除了对现场地形、水文等进行勘察外，还对涵洞位置处的地质进行了钻探，对地质情况进行了全面评估。在施工设计阶段，根据现场勘察及地质钻探结果，对涵洞进行地基处理。由于台背填料受施工或承重因素的影响，可能会导致沉降发生，因此施工时必须对涵身两侧填料分层对称夯实，其每侧长度不应小于洞身两侧填料高度的2倍，压实度不应小于96%，以保证地基的稳定，确保抗压强度满足设计要求[4]。

6.2 涵洞结构设计

通过对国道206线平远段的实地考察，明确涵洞所在位置地质地形，合理确定涵底标高、涵洞坡度等。综合考虑涵洞净空、过水面积、河沟断面来确定涵洞的孔径。当涵洞纵坡大于5%时，按陡坡涵设计。结合工程需要，充分利用地形和地质条件，做到经济合理并注意结构的稳定性，对进出水口设置消能措施，如急流槽、跌水井等。为有效缩短涵长度、保证水流排放，涵洞的纵向应与沟渠的水流方向一致。涵洞纵向坡度应大于原沟底坡度，并需要确保涵底标高接近或等于原沟底高度[4]。

6.3 涵洞位置确定

在山区涵洞设计中，要全面考虑地形地质、施工影响、路基排水等因素，选择最佳的涵洞开口位置和角度，以减少施工的开挖量和工程变更。涵洞沿沟设计时，应尽量保持原状。在保证排水通畅的基础上，尽量减少涡流现象。若水流角度过大可稍作修正，适当缩短涵洞长度。若涵洞底部坡度过大，则要将沟底设计为下游，防止造成冲刷效应。

6.4 涵洞洞口设计

根据现有地形地貌、水流方向等对国道206线平远段涵洞洞口进行设计。洞口的形式一般分为以下3种：①端墙式：端墙式洞口为垂直涵洞轴线的矮墙，用以挡住路堤边坡填土。墙前洞口两侧砌筑片石锥体护坡，构造简单，泄水能力较小，适用于流量较小的孔径涵洞或人工渠道及不受冲刷影响的岩石河沟。②八字式：八字式洞口除有端墙外，端墙前洞口两侧还有张开成八字形的翼墙。八字翼墙泄水能力较端墙式洞口好，多用于孔径较大的涵洞。③井口式：当洞身底低于路基边沟（河沟）底时，进口可采用井口式洞口，水流汇入井内后，再经涵洞排走。

7 结语

山区涵洞面临的地形和地质条件等较复杂，因此在涵洞设计前应对涵洞附近开展细致的勘察工作，以获得全面的地形、地质和水文数据，为涵洞设计奠定良好的基础。山区涵洞的设置对保证路基路面的稳定性起着重要的作用，设计人员要因地制宜，综合考虑造价、泄水能力、施工难度等因素，全面优化设计方法，确保涵洞设计满足正常的使用需要。