公路涵洞类型的选择及其核心内容的设计

李玥瑛

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

公路工程是国家发展建设中重要的生命线，是国家经济发展的基础所在，而涵洞则是公路工程中的重要组成部分。公路涵洞建设中的技术人员在进行涵洞的位置选择、类型选择等方面经常会面临各种难题，需要全面衡量实际情况选择出最佳方案，保证设计的安全性和可靠性。对此，非常有必要开展公路涵洞类型选择以及设计内容的分析，以便于更好地提升公路涵洞的整体质量。本文就公路涵洞类型选择和设计的核心内容进行详细分析。

1 公路涵洞的使用要求

公路涵洞在具体使用上是有一定条件的，因地区不同，涵洞可能会处于自然环境比较恶劣的区域，还可能遭受暴晒或者冰冻等自然影响，再加上常年的车辆通行，对于设计有着较高的要求，只有满足了当地的多方面实际需求才能有效地为公路正常运行创造良好条件。（1）在公路涵洞的使用要求上，需要保证其泄洪能力较强，在降水严重的季节中能顺利泄洪，而不会给公路地基造成不良影响。（2）涵洞的设计需要保证其具有良好的稳定性，并有较高强度，在负载设计中则需要保证各个组件的正常使用效果，不会因为外在条件而影响到使用或者发生其他变化[2]。（3）公路涵洞的使用需要保证其耐久性和可靠性，更要确定使用的安全性，在进行设计的过程中需要全面衡量各个方面，既要保证使用效果，也要结合经济性原则进行考虑，使公路建设的经济收益得到保障。

2 公路涵洞类型的选择

2.1 盖板涵

盖板涵的结构主要由基础、盖板、涵台、台帽以及支撑梁共同构成，在涵洞的建设中具有重要的作用。在施工设计中这种类型是比较简单的，并且有着良好的泄洪效果，因此使用率较高[3]。同时，盖板涵的盖板可以采取集中制造的方式，这对于缩短施工工期，减少资金支出都具有一定的意义。虽然盖板涵的整体结构较为简单，但是对施工工艺却有着较高的要求。当前在公路涵洞的使用中盖板涵使用率较高，普遍应用于农村排水及灌溉中，对地基不会带来明显改变性影响，是一种常见涵洞类型。

2.2 石拱形涵洞

石拱形涵洞主要指的是外观呈拱形的一种涵洞，这种涵洞大部分会在山区的公路建设中使用，最为重要的特点就是自身的高净空和高过水能力。山区由于地势比较特殊，与平原有着很大的区别，因此容易发生洪涝或者泥石流等自然灾害。而山区的公路建设则比较适合使用石拱形涵洞，不仅能有效抵御自然灾害，并且具有价格低廉的优势，能降低工程整体造价，因此在山区的公路建设中是最为常见的一种涵洞类型[4]。但无论哪种涵洞设计都不是完美的，石拱形涵洞存在工程材料量使用大的问题，对于地基的强度及承载能力要求较高，因此使用中还需多加衡量。

2.3 箱涵

箱涵是一种由一个或多个方形或矩形断面组合而成的涵洞类型，一般由钢筋混凝土或圬工制成。箱涵一般用于涵顶距路面比较高的地方，在小水系比较发达的道路可以选择箱涵，有着较好排水效果。这种涵洞在施工技术和工序上都比较复杂，并且材料成本比较高，因此在公路工程上的使用频率比较低，只有一些特殊需求的地区才会采取此种类型的涵洞设计。

2.4 管涵

管涵是指一种埋在地下进行排水使用的涵洞，管涵的设计主要以混凝土结构为主，同时施工中所使用的钢筋数量较少，因此施工速度往往会比较快，是公路涵洞建设中较为常见的方式之一。当前，我国大部分的城市供水和排水管道多使用水泥管作为管涵，但这种涵洞对于日后的养护工作有着较高要求，并且一旦损坏维修起来会比较费时费力[5]。一旦在施工中或者后期的使用中出现地基不均匀沉降问题，则会导致管涵渗水等问题出现，从而给路基造成不良影响。

3 公路涵洞设计的核心内容

3.1 确定公路涵洞的实际孔径

公路工程的设计中，涵洞类型的选择十分重要，而涵洞设计中的孔径确定则是关键。设计中需要全面考虑工程建设的实际需求和整体的环境等因素，然后结合当地洪水的水流情况及降水情况等数据综合进行分析。涵洞的孔径一般需要以满足洪水水流量为基础，并保证不能让洪水流淌到马路上，影响到其他的公路建筑物，从而减少洪水给公路造成的不利影响及经济损失。此外，设计中需要考虑我国的施工规范要求，将涵洞高度和公路跨径的整体比例控制在规定范围之内，通常控制在1∶1或者1∶1.5是比较合理的。此外，设计者需要考虑不同的涵洞类型其规范要求也是有所不同的，一定要保证其规范性，从而提升施工安全和使用效果[6]。

3.2 合理选择公路涵洞位置

在公路工程的建设中，科学合理地确定公路涵洞的位置将直接关系到公路路基的稳定性以及公路涵洞的使用效果，并且会对工程造价造成直接影响。在一些山区进行公路涵洞建设，由于其地形起伏较大，在线路布置上会采取纵断面为主要形式，同时会表现出峰谷交错的情形。在线路布置中，一般会采取将纵断面渗透到主体内进行控制，并结合施工当地的具体情况来进一步确定涵洞位置[7]。如果施工位置位于山岭处，则需要满足一沟一涵的需求，最大限度地保证河沟位置不变的情况下进行涵洞位置的确定，从而降低施工对河道的影响，同时也不给下游河道的泄洪能力造成影响。

在顺沟设涵中，涵洞位置一般需要保证河沟原有状态，保持与水流方向的一致性，一方面有利于泄洪，另一方面也能减少涡流现象的发生。如果施工条件允许，例如水沟流量较小的情况下可以考虑移位，裁弯取直设置涵洞，促使水流条件得以调整。如果涵洞设置路线中两条溪沟距离比较近，并且流量较小，那么在设置中可以考虑采取改沟合并的方式，不仅能提升泄洪能力，也不至于降低路基的稳定性。

此外，公路涵洞的设计与路基排水之间有着密切关系，一般来说路基排水是通过截水沟和边沟等汇入涵洞从而实现排水作用的。那么，在开展公路涵洞的设计时就需要考虑到工程自身的横、纵以及平面的设计。例如：在公路纵断面的凹曲线低洼位置处，公路的陡坡开始变成缓坡的位置上都会出现水流淤积情况，那么在设计中就应当设置排水涵[8]。

对于涵洞位置的选择一定要尽量避开断层、滑坡等不良地质路段，这种路段一方面会给施工造成阻碍，另一方面安全性和整体的施工费用都会受到不良影响。综合衡量后可以将涵洞设置在边坡稳定、土壤密集并且地基承载能力好的位置上。但如果施工中无法避免不良地段，那么则可以在施工中对地基加以特殊加固处理，以便于保证施工效果。

3.3 合理确定涵洞洞口型式

在公路涵洞的洞口设计中经常会遇到以下一些问题：一些设计师缺乏对实际情况的考量，采取照搬照抄的方式来确定涵洞口型式。在涵洞口的选择上不够准确，并且形式较为单一，集中采取“跌水井+八字式”。对此，设计师在实际设计中一定要充分地调查当地的水文情况和公路涵洞口的地质、地形等，并且结合公路工程需求来考虑采用哪种洞口型式。除了日常的“跌水井+八字式”还有直墙式、一字墙等不同型式的洞口，应当在符合因地制宜的原则下合理使用。对于公路涵洞口的周围地势比较平，并且河道宽度足够，设计中可以采取八字墙式洞口。对于河道中沟渠较多或者涵洞空间能够满足排水需求的情况，设计中则可以调整八字墙，将其扩散角设置为0°，形成直墙式洞口，以便于更好地满足施工需求[9]。此外，如果是路基较高或者涵洞本身比较长的情况下，施工中为了提高排水量，控制施工量，则可以升高盖板涵进口，并结合八字墙来进行设计，最大限度上达到二者的协调配合，形成一套完整的排水体系，提升整体施工效果。

3.4 重视公路涵洞的基础设计

公路涵洞的设计中涉及到很多不同的方面，其中基础设计工作是最为重要的部分，需要结合施工当地的地质条件来全面衡量。通常需要将其设置在低于河床及地面的位置。涵洞的设计如果低于河床位置，应当保证其设置在河床底部1m以下。而设计人员需要将涵洞设计在地面之上，并对施工地区的地基和土质进行考虑，以便于后续的工作能顺利开展。

3.5 明确涵洞设计斜度

涵洞施工位置条件是不同的，那么在施工中就会出现受地形限制和地物限制的情况，使得很多涵洞设计为斜交。对于此类斜交角度较大的涵洞，为了避免质量出现问题，可以选择以下方式进行处理：

（1）控制端部沉降缝位置，提升异形端部长度，从而减少两侧的应力差。

（2）在石拱形涵洞中需要将拱脚处涵台和异形端部拱圈都进行浇筑，起到巩固整体效果的作用。如果是箱涵可以在土压较大的一侧涵台台背浇筑，小心挡土墙，将多余的土压力转移分散，从而达到压力平衡。

（3）施工过程中需要尽量提高回填质量，使用透水性良好的材料进行回填，并严格控制回填厚度和碾压力度，避免造成受力偏差问题。

（4）如果是流量比较小并且斜度较大的水沟或者行人较少的小路上，涵洞、通道斜度过大可能会造成经济上的负担，对此类情况可以适当地减小斜度，进出口可以改为顺接原沟的方式，减少经济支出，保证正常使用功能。

4 公路涵洞设计中的注意事项

4.1 施工设计避让地下管线

公路工程建设过程中地下情况往往会比较复杂，可能会经过一些地下的水、电、暖等管线，因此在涵洞的设计工作中需要先对实际情况及地下管线进行调查，确定地下实际情况后再进一步选择涵洞类型，从而保证设计施工工作能顺利开展。同时，施工前应考虑管线的埋置深度，避免影响线路，为有效开展工作奠定基础。

4.2 设置必要的沉降缝

地下埋设涵洞的距离一般来说是比较长的，并且涵洞建设的位置、环境和土质等都有所不同，因此在设计中需要对沉降缝进行设置。由于公路涵洞的距离及地质环境等问题，在设计中要想保证涵洞的结构稳定，则一定要充分结合《公路涵洞设计细则》(JTG∕T D65-04—2007)进行设计[10]。除了在规定范围内进行沉降缝设置，还需要进一步对不同位置的交汇处以及填土高度变化处进行沉降缝设置，从而为工程质量提供保障。

4.3 重视设计中的钢筋布局

公路涵洞设计中的钢筋布局也是影响施工质量的重要因素之一。在钢筋布局中，需要保证在合理的距离之下进行钢筋铺设。因为铺设距离较远可能会导致涵洞的承重力有所下降，而铺设距离过近则会造成空隙问题，很容易发生水化问题，或者出现生锈的可能性。因此，对于涵洞的设计一定要重视钢筋布局的合理性，为涵洞的坚固性创造好的条件。

4.4 其他设计注意事项

涵洞的设计是具有一定针对性的，不同的地区和位置对于涵洞的要求也会有所不同，而环境造成的影响则是不容忽视的问题之一。为了能有效地避免外部环境所造成的影响，在设计施工中可以对钢筋进行保护处理，为其进行保护层涂刷或者在表面覆盖沥青等抗腐蚀材料，从根本上杜绝腐蚀问题的发生，也为公路涵洞的结构耐久性提升提供保障。同时，在八字墙、截水墙等设计中不仅要充分考虑结构稳定性和安全性，还应当充分地发挥出结构的常用功能，这在实际工作中是提升工程质量和使用效果的重点，因此需给予更多关注。

5 结束语

在公路工程建设中涵洞的设计与施工是十分重要的一部分，因此加大对这方面的研究也是非常必要的。公路涵洞的设计与其他建设工程之间存在着一定相似性，但却也有着其本身的特殊性。在公路涵洞的设计施工中一定要综合考虑当地的地理条件和自然环境等因素，通过合理的设计和选择来找到最为合适的施工方案，并积极采取更多先进的技术和手段，从而促使涵洞能在最大限度上发挥其作用，为我国的公路工程使用安全提供保障，也为我国现代化公路建设奠定稳定基础。