高速公路涵洞設計淺談

趙江輝

1 涵洞在公路工程中的影響

涵洞是公路排水構造物的重要組成部分之一,特別是在雨水較多的地區尤為重要。

涵洞在公路工程中占較大比例,是公路工程的重要組成部分之一,主要表現在工程數量和工程造價上。據有關資料介紹:小橋涵工程數量約占橋涵總數的60%～70%,一般平原地區每千米約有1道～3道;山區每千米平均約有3道～5道。工程投資約占公路投資的15%～20%,其影響是不容忽視的。

2 涵洞的使用要求

涵洞在使用過程中將長期處于風、霜、雨、雪、冰凍、高溫、水流沖擊等自然荷載和行車荷載的作用下,還需要滿足交通運輸和排水的基本功能,因此涵洞在使用過程中需達到如下要求:

1)滿足排泄洪水能力,保證在100年一遇洪水的情況下,順利快捷地排泄洪水,不影響路基的穩定和周圍的安全。

2)具有足夠的強度和穩定性,在設計荷載的作用下,構件不產生影響正常使用的位移和變形,以保證行車的暢通、舒適和安全。既滿足當前需求又考慮到遠期的發展。

3)具有較好的可靠性和耐久性,能夠在合理的使用周期內不影響正常使用。

4)在滿足安全適用的前提下要體現經濟上的合理性,盡量標準化、定型化,合理采用新材料、新工藝,要有利于施工機械化、工廠化,以求得最大的經濟效益。

3 涵洞設計中應該注意的一些具體細節

為了滿足涵洞的使用要求,下面筆者將列舉一些在設計過程中應該注意的細節問題:

1)涵洞位置、形式和孔徑的確定。根據實際情況確定涵洞的具體位置,選取合理的結構形式,采用科學的方法確定涵洞孔徑,比如通過匯水面積計算出設計流量而后計算所需孔徑大小等。值得注意的是在高速公路中計算涵洞設計流量時一般采用1/100的設計頻率,斜交角度較大時應避免采用拱涵,涵長較長時不要選擇太小孔徑的涵洞,另外涵洞孔徑的選擇還要考慮到后期維護等工作的方便性,這些都是在確定涵洞形式和跨徑時所應注意的。

2)在結構設計時鋼筋布置要合理。如果鋼筋選取不合理,間距過密,則可能導致蜂窩、空洞等病害的產生。鋼筋保護層厚度不能太薄;當保護層太薄時,在自然條件下,表層混凝土極易發生水化反應,出現碳酸鈣粉末或碳酸鈣晶體,從而失去表層的保護作用,致使保護層剝落,進而出現鋼筋銹蝕現象。

3)為了防止不均勻沉降及基礎柔度過大而產生的影響,沿涵長方向每4 m～6 m設置一道沉降縫,在沉降縫處做好防水處理,以防漏水影響結構的安全性。沉降縫設置位置和數量要合理,要保證洞口段落不要太短,設置太少則易造成涵洞基礎沿涵長方向柔度過大從而產生較大變形影響正常使用,當采用整體式基礎時尤為明顯。在筆者所做的一個項目中由于特殊需求沉降縫設置較少,這樣整體式基礎沿涵長方向柔度過大,最后通過加厚基礎尺寸來增大剛度,減小變形。

4)基礎埋置深度應符合設計規范要求,當地基承載力不足時可以通過采用整體式基礎減小基底應力或者采用地基處理來提高地基承載力的方法解決。筆者做的一個項目中就因為地基承載力較低,全線涵洞采用了整體式基礎。

5)在高速公路項目中做暗涵條件滿足時盡量采用暗涵,這樣可以保證行車的舒適性和安全性,當采用明涵時應設置搭板來降低橋頭跳車產生的影響,有的地方也通過在涵臺背4 m～6 m范圍內填筑特殊填料來實現涵洞和路基的剛度過度。

6)為了防止外界環境對結構物的侵蝕,特別是在有腐蝕的環境下,可以通過加大鋼筋保護層厚度或者在表面涂抹瀝青等防腐材料來提高結構物的耐久性。

7)八字墻、翼墻、錐坡、截水墻等附屬設施形式和尺寸的選擇要合理,既要保證結構的安全性,又要保證結構的正常使用功能,同時還要考慮經濟上的合理性。

上面所提到的僅僅是我們在設計工作中一些應注意的細節問題,類似應該注意的地方還很多,需要大家到實際工作中去慢慢體會。

4 關于設計的思考

我們可以發現現實中涵洞存在的很多問題都是在設計過程中就可以預防和避免的。只要我們在設計過程把應該注意的細節考慮到了,工程質量就有了進一步的保證。同時還要合理的采用新材料、新工藝,在方案選擇時還要考慮到經濟上的合理性。只有在設計階段把影響工程質量的細節考慮全了,才能更有效的保證整個工程的質量。這也是我們每個設計人員應該努力去做的。

[1] 孫家駟.公路小橋涵勘測設計[M].第3版.北京:人民交通出版社,2004.

[2] 劉培文.公路小橋涵設計實例[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3] 顧克明.公路橋涵設計手冊(涵洞)[M].北京:人民交通出版社,1993.