關于涵洞設計要點的探索

李鋒

摘要：涵洞主要是為宣泄地面水流(包括小河溝)而設置的橫穿路基的小型排水構造物，其數量眾多，尤其是山區高速公路，對線形指標要求較高，高填深挖和跨越溝河路段較多，為此，涵洞工程量占公路工程比重較大，涵洞設計的妥當與否，不僅對工程造價有重大影響，而且直接關系到公路的整體質量和使用效果，本文特對涵洞設計中遇到的問題做一簡要總結。

關鍵詞：涵洞 設計要點

中圖分類號：U448文獻標識碼： A

一、涵洞的概述

涵洞是指為渲泄地面水流而設置的橫穿路基的小型排水構造物。用于跨越天然溝谷洼地排泄洪水，或用于橫跨大小道路作為人、畜和車輛的立交通道，或用于農田灌溉作為水渠。按《公路工程技術標準》〔JTJ01—88〕〔以下簡稱《標準》〕規定：單孔標準跨徑L0＜5m或多孔跨徑總長L＜8m〔圓管涵及箱涵不論管徑或跨徑大小、孔數多少〕均稱為涵洞。

涵洞主要由洞身、基礎、端和冀墻組成。

涵洞按建筑材料可分為磚涵、石涵、混凝土涵、鋼筋混凝土涵；按構造可分為圓管涵、蓋板涵、箱涵、拱涵等。

按洞頂填土高度情況可把涵洞分為明涵和暗涵兩類。明涵是指洞頂填土高度小于0.5m的涵洞，暗涵是指洞頂填土高度大于0.5m的涵洞。

涵洞按孔數可分為單孔、雙孔、多孔等，孔徑為0.75～6m。

按水利性質，涵洞水力計算圖式可分為無壓力式、半壓力式和壓力式三種。另外，當路基頂面標高低于橫穿溝渠的水面標高時，也可設置倒虹吸管涵洞。

二、涵洞的適用性和優缺點

石涵適用于產石地區，可做成石蓋板涵或石拱涵。其不僅節省鋼筋、水泥，而且經久耐用，造價、養護費用低。

混凝土涵可現場澆注或預制成拱涵、圓管涵和小跨徑蓋板涵，這樣就節省鋼筋，便于預制，但損壞后修理和養護較困難。

鋼筋混凝土涵可用于管涵、蓋板涵、拱涵；軟土地基上可用箱涵。用鋼筋混凝土做成涵洞涵身堅固，經久耐用，養護費用少，管涵、蓋板涵安裝運輸便利，但耗鋼量較多，預制工序多，造價較高。

磚涵適用于平原或缺少石料地區?？勺龀纱u拱涵，有時可做成磚管，這樣就便于就地取材。但強度較低；當水流含堿量大或冰凍地區易損壞。

管涵適用于有足夠填土高度的小跨徑暗涵。其對基礎的適應性及受力性能較好，不需墩臺，圬工數量少，造價低。

蓋板涵適用于要求過水面積較大的路段，低路堤上的明涵或一般路堤的暗涵。其構造簡單，維修容易，跨徑較小時可用石蓋板，而跨徑較大時可用鋼筋混凝土蓋板。

拱涵在跨越深溝或高路堤時設置。山區石料資源豐富可用石拱涵。其跨徑較大，承載潛力較大，但自重引起的恒載也較大，施工工序較繁多。

箱涵常用在軟土地基上。其整體性強，但用鋼量多，造價高，施工較困難。

三、涵洞型式的選擇

1、設計選用的原則

涵洞設計應根據所在公路的使用任務、性質和將來的發展需要，并結合實際綜合考慮各方面的要求，按照適用、經濟、安全和美觀的原則進行設計。

2、決定涵洞型式的主要因素

2.1地形地質水文和水力條件

根據流量的大小來選擇涵洞還是小橋，可依據設計流量大小來選擇是用無壓力式、半壓力式或壓力式涵洞，同時，可根據設計流量，填土高度和地基承載力來考慮用圓管涵、蓋板涵、拱涵、還是箱涵。

2.2經濟造價

可根據不同的地區，不同的設計流量，以及路堤高低不同來選擇涵洞的用料、孔徑等。

2.3材料選擇和施工條件

涵洞選材應因地制宜，盡可能的就地取材，且要方便施工，即一段路線上不宜采用過多的涵洞類型。

2.4養護維修

為了便于養護，選擇涵洞類型時，孔徑不宜過小，洞身不宜過長。

四、涵洞的設置原則

1、滿足公路排水的需要

涵洞是路基排水的主要設施之，邊溝排水最終要通過涵洞引離路基范圍涵洞間距、進出口標高應與邊溝結合，同時們意與周圍河溝的銜接與協調在附近沒有自然溝渠的情況下，必要時應設置供公路自身排水的的涵洞，配合配套的線外工程，將水排出路基，但要注意不要對周邊環境及居民造成危害

2、銜接排水及灌溉溝渠

公路的修建小可避免地會對沿線周邊排水及灌溉系統產生影響為了保證沿線溝渠的安全與暢通，必須對沿線的地形地貌、水文、水利設施及農田分布進行詳細的調查。

3、考慮非排水因素

對線路跨越的重要管道、光纜、電纜等進行保護，般也設置簡易涵洞2涵洞布設應注意事項。

3.1涵洞內經或凈高不小于0.75m;涵洞長度大于15m但小于30m時，其內徑或凈高不宜小于1.0m;涵洞長度大于30m且小于60m ,其內徑或凈高不宜小于1.25m;涵洞長度大于60m時，其內徑或凈高不宜小于1.5m當舊路改建、拓寬時，如原涵洞狀態良好，其孔徑和長度可視具體情況而定。

3.2涵洞出入口處應設端培或翼培其樣式和尺寸應使涵洞具有相應的過水能力和保證涵洞處路堤的穩定端墻或翼墻與洞身應設縫隔開，縫內填以不透水材料。

3.3高速公路、級公路、一級公路路堤與涵洞連接處應設置過渡段，過渡段長度宜按2-3倍路基填土高度確定。

3.4當河溝縱坡≤3%，且涵長≤15m時，涵洞基底可水平設置，涵底鋪砌縱坡可采用1 %-3%當河溝縱坡>3%,但≤6%時，涵底鋪砌可采用與天然河溝相同的縱坡涵洞基礎底而當河溝縱坡較小時，可設置為平置式;河溝縱坡較大時，可設置為斜置式3涵洞設計。

3.5設計要點涵洞的孔徑(涵洞過水截面上的最大水平尺寸)根據通過水流的流量和流速確定影響流量和流速的主要因素是暴雨強度、覆蓋面積和持續時間，因此，涵洞孔徑般是根據50年內可能出現的最大洪水流量而確定的。

涵洞的孔數是根據流量和水位確定的涵洞般采用單孔或雙孔，很少超過四孔，在流量穩定的河溝可設置多孔。一些地質水文條件復雜的溝谷，當采取治溝措施不經濟或采用涵洞不能保證水流暢通時，可采用橋梁跨越。涵洞走向應盡量與路、堤正交，并與原水道流向致，以縮短洞身長度和使水流順暢銜接洞底高程應等于或接近原水道底部高程縱坡應等于或稍大于原水道的底坡。

3.6 涵洞的基礎設計

蓋板涵的基礎形式主要有整體式和分離式兩種。涵洞基礎形式的確定要結合基礎應力計算結果和涵位處的地質情況綜合考慮。涵洞基礎，在無沖刷處(巖石地基除外)，應設在地面或河床底以下埋深≮1m處；如有沖刷，基底埋深應在局部沖刷線以下≮1m；如河床上有鋪砌層時，基礎底面宜設置在鋪砌層頂面以下≮1m。在軟弱地基或軟土上修建涵洞基礎時，可采用砂礫墊層或粉砂樁處理。砂礫墊層適用于淤泥、淤泥質土、沖填土、素填土、雜填土的淺層處理。不含植物殘體等雜質，其中黏粒含量應≯5％，粉粒含量≮25％，礫料粒徑以≯50mm為宜。砂礫墊層的變形模量和強度比軟弱地基或軟土大，基礎底面的壓應力通過砂礫墊層的擴散作用分布到較大的實體面積上。砂礫墊層頂面尺寸應為基底尺寸每邊加寬≮0.3m，墊層厚度宜≮0.5m，且≯3m。

五、涵洞在勘測設計中的細則

1、涵洞內徑或凈高不宜小于0.75m；涵洞長度大于15m但小于30m時，其內徑或凈高不宜小于1.0m；涵洞長度大于30m且小于60m時，其內徑或凈高不宜小于1.25m；涵洞長度大于60m時其內徑或凈高不宜小于1.5m?！苍O計中涵洞內徑或凈高一般都是≥1.5m〕

當舊路改建、拓寬時，如原涵洞狀態良好，其孔徑和長度可視具體情況而定。

2、涵洞位置應符合沿線線形布設要求，當不受線形布設限制時，宜將涵洞位置選擇在地形有利地質條件良好，地基承載力較高〔可見涵洞設計中要求的地基承載力一般是≥［0.25］MPa〕、溝床穩定的河〔溝〕段上。

3、涵洞出入口處應設端墻或翼墻，其式樣和尺寸應使涵洞具有相應的過水能力和保證涵洞處路堤的穩定。端墻或翼墻與洞身應設縫隔開，縫內填以不透水的材料。

4、涵洞的洞身和出入口一定范圍內的溝床、路基坡面、錐體填方均應鋪砌加固。出入口鋪砌的平面形式應根據溝形確定〔一般鋪砌至溝底〕，對于無明顯溝槽者，出口平面宜采用等腰梯形，其鋪砌角可取為20°；鋪砌材料應按鋪砌層上最大流速確定，鋪砌末端必須設截水墻。

當溝床為巖石或不被洪水沖移的大塊石、漂石所覆蓋時，溝床可不作鋪砌。在縱坡陡、流速大的河溝，必要時還需設置急流槽、跌水及相應的消能措施，并應在端墻外端底部設置截水墻。在溝床鋪砌的端部，亦應設置截水墻。

5、斜坡上的涵洞涵底縱坡不宜大于5%，圓管涵的縱坡不宜大于3%。當涵底縱坡大于5%時，涵底宜采用齒狀基礎，或者出口設置為扶壁式。當涵底縱坡大于10%時，洞身及基礎分段作成階梯形，前后兩節涵洞蓋板或拱圈的搭接高度不小于其厚度的1/4。

6、沉降縫設置。置于非巖石地基上的涵洞，根據涵洞的涵底縱坡及地基土情況，每隔4—6m設置一道沉降縫；高路堤路基邊緣以下的洞身及基礎每隔適當距離設置沉降縫；舊涵接長時，在新舊接頭處設置沉降縫。沉降縫采用彈性不透水材料填塞。巖石地基上的涵洞可不設沉降縫。

7、涵洞的基礎按涵洞的構造、地質條件及地基處理的情況，可設計為整體式或非整體式。在土質條件較好，沉降較均勻的地段一般就設分離式基礎；而在地質條件較差或沉降不均勻的地段一般設整體式基礎?；蛳蠕伷鏊槭瘔|層或混凝土。

冰凍地區，端墻與端管節采用整體的剛性基礎。

8、有水壓涵洞應設置基礎，管節〔涵節〕接縫應密不透水，避免水壓滲透，保證路堤及基底的穩定性。

9、設置排水涵兼通道時，可根據實際情況來作一些設計如設置邊溝蓋板等，同時需采取必要的防洪安全措施，確保人、畜和車輛的通行安全。

結語：

總而言之，涵洞的設計跟其他構造物一樣，也有其自身的特點和規律。不管是涵位的確定、涵洞洞口的布置，還是涵洞孔徑設計、基礎設計均應適應地形、地質條件的變化，綜合考慮各種影響因素，做到因地制宜、因勢利導。筆者相信，在涵洞設計上，只有本著“安全、適用、經濟、美觀”的設計原則，不斷提高細部設計的質量，這樣才能滿足高性能、高質量的公路發展趨勢。

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