淺析公路橋涵設計若干思考

黃佐民

（廣東城建達設計院有限公司，廣東 佛山 528200）

一、橋涵洞類型設計的選擇

1.鋼筋混凝土圓管涵。鋼筋混凝土圓管涵一般在農田灌溉區采用的比較多。構造簡單,受力情況和適應基礎性能較好。不需墩臺,圬工數量少,造價低,而且便于工廠預制,有利于裝配運輸。但是圓管涵過水能力小,而且施工過程中接縫的處理和防水層的設置(倒虹吸)不易保證其質量,常常因漏水問題而影響路基的穩定。

2.石拱涵。石拱涵一般是山區公路常采用的類型之一。凈空較大,能通過較大的洪水流量,石料豐富的地區便于就地取材,而且結構堅固,跨徑較大,承載潛力較大。但是石拱涵的缺點也比較明顯:由于自重引起的恒載較大,所以對地基承載能力要求較高,施工工序繁多,工期長,遭受破壞后修復困難,費用高。

3.蓋板涵。相對于圓管涵和石拱涵而言,既具有就地取材、結構堅固等特點外,對洞頂填土高度要求較低,甚至可以不填土(明蓋板),而且對地基承載力要求不高,施工簡單,利于修復,因此蓋板涵的應用更為廣泛,在高速公路橋涵設計中的使用頻率也最高。

4.箱涵。箱涵的應用相對前三種形式來講較少,雖然它對地基要求小,但是它的鋼材數量需求大,造價高,施工較困難。所以箱涵的使用一般適用于軟土地基路段。

5.涵式橋結構。在山嶺重丘區高等級公路的設計中,受地形影響路線線位需穿越地勢較為開闊的河谷地帶,河谷間或有常年流水,或有鄉間道路(等級不高),而受路線縱坡控制,若采用高架橋跨越,易導致廢棄土石方無法處理,并對環境產生破壞,且工程造價較高;而通過設置涵洞(L<5m)雖滿足排水要求,但隨著農村農用生產設備通行要求的提高,其凈高、凈寬又不能滿足車輛的通行標準,因此提出了涵式橋(通道、小橋,單孔跨徑不小于6m)這種新型結構形式。涵式橋結構的特點:

(1)適應地勢、地形,節省工程造價；

(2)適應通行,排水要求,美觀實用；

(3)易于設計和施工；

(4)美化環境、使總體設計更加合理；

(5)計算簡單、方便、快捷；

(6)解決了山區公路高填深挖的難題。

二、橋涵地基承載力設計。橋涵基底埋置深度是很重要的,地基承載力又是關鍵,常常因為這方面出問題,2002年，在佛山山某公路有一座1孔4.0米斜交30的石拱涵。拱頂填土高達6米,涵長34.6米。施工完畢還未通車,就出現拱頂裂縫,最大橫向裂縫寬3厘米,貫通全拱圈。經過多方檢查:鑒定系由于地基承載力嚴重不足引起。按照設計規范要求,承載力要求達到4.0kg/cm2。實地檢驗承載力只有1kg/cm2,再加上施工中的拱上填土等因素,出現了以上問題。經過加固方案的研究驗算,最后采取了在拱內再建一座鋼筋硂拱的方案。僅這一道涵洞就增加造價10多萬元。這一問題的出現,給我們一個極其深刻的啟示:在勘測設計中對地基承載力應有鑒定,提出施工措施和要求,而施工單位對這么大的涵洞,基坑開挖后必須進行承載力試驗和鑒定。問題就出在了設計圖上連承載力的要求也沒有,施工單位開挖到基底標高后,也不做承載力試驗,直接砌筑基礎,最后造成損失。

三、涵洞的合理定位設計

1.順溝設涵。一般涵洞設置的位置應盡量保持河溝的原有形狀,盡量與水流方向一致,這樣既有利于泄洪,又可減少渦流現象。但是當溝形十分彎曲復雜,我們則可以考慮取直設涵,適當改溝,來達到改善水流條件。

2.改溝合并。當路線通過的地段兩條河溝相距較近,流量不大,且可通過排水邊溝相連,當邊溝的宣泄能力大于河溝水流的流量,同時又不危及路基的穩定和產生邊溝淤塞時可以考慮改溝合并以減少涵洞的數量從而降低整個工程造價。

3.配合路基排水系統。涵洞設計與路基排水設計關系密切,路基排水多數情況下最終是通過排水涵洞引至路基以外。結合地形和路線平縱設計,當排除路基內側邊溝水,位置一般設在凹形豎曲線最低洼處附近;或者在路線縱坡由陡變緩處。當路線通過較長的挖方地段或者低洼地段時,應根據該地段的水流分布情況以及邊溝的泄洪能力并結合地形,盡量選擇在路基兩側有天然橫坡處多設涵洞,避免排水不暢或長時間積水,影響路基穩定和路面車輛的正常行駛。

4.結合地質勘探資料。涵洞布置應盡量避開滑坡、斷層、崩塌、軟土等不良地質地段。涵位通常位于溝壑地段,地下水位較高,地表沖積物較厚,或屬軟土地層,地基承載力較低,填土比其他地段高,溝心設涵不安全又不經濟,綜合考慮,可將涵位從溝底移至岸坡上,將基礎設置在邊坡穩定、土壤密實且地基承載力較高處。當然,如果無法避開不良地質時,則基礎以及地基必須進行特殊加固處理。

四、涵洞的進出水口設計處理。在設計中一般都愿采用八字墻張角度,這種辦法設計簡單但在施工中的進出水口并不如此,筆者在多年的實踐中覺得設計人員應該多調查、丈量時盡可能地和地形結合起來進行設計。而施工技術人員也不能死搬硬套,應結合地形來做。特別是截水墻施工完畢之后,挖松了原地面出口很容易被沖刷。如果能在施工中采取一些砌片石護基則效果更好,但施工中往往沒有采取這種措施,所以設計中應該提示一下為好。對于斜交涵洞的大八字墻張角如果也設成剛翼墻長度一般情況下巧度即可這樣既能節省材料也能滿足要求如果是特殊則另外考慮了。

五、涵洞孔徑的確定設計。涵洞孔徑是指涵洞洞身過水凈空的大小,應根據設計洪水流量、河床地質、河床及進出口加固形式所允許的平均流速等條件來確定。

涵洞孔徑的大小首先要足以宣泄設計洪水流量,并保證涵前涌水不致過高,涵內流速不致沖刷河床或結構物。但涵洞洞身隨路基填土高度增加而增長,洞身斷面尺寸對工程量影響較大,因此要求跨徑與臺高有一定比例關系,其經濟比例一般為1:1～1:1.5。對于通道式涵洞而言,其孔徑應符合最新的交通部頒布JTGB01-2003公路工程技術標準8.5.4規定的凈空要求。對于高等級公路,涵洞一般較長,孔徑不宜偏小,這是因為:

(1)不利于養護和清淤；

(2)當通道式涵洞比較長時,易造成通道內光線較差,行人行走不便,小型機械通行不便還有安全隱患,給當地居民生活、生產帶來不便。對此,在滿足規范要求且條件允許前提下,可適當加大凈高,或做天窗設計。

六、其它設計應注意事項

1.根據公路工程技術標準,小橋涵的長度應與路基同寬,橋上可設緣石或欄桿,但應布置在路基寬度范圍內。這樣對工程造價影響較小,而對改善線形和行車安全有利。

2.當路線采用高填土路基時,要考慮設置相應的小橋涵作為相互通行的通道,假如取消通道,既影響道路兩旁群眾的出入,又使行人從路上跨過增加出事的可能性。

3.對于涵洞位置可高可低這種情況,是采用高位短涵還是低位長涵,需結合進口的高程以利于水流順暢為準,但對于水泥砼路面,為了盡量少設或不設脹縫,最好采用低位長涵,以利于路面連續鋪設。

4.水泥砼路面與橋涵相接處,應設置脹縫,采用邊緣鋼筋型或厚邊型,如涵上有填土,且構造物在路基內或嵌入基層內側,應對橋涵頂部及其兩側適當范圍內的混凝土板,采用鋼筋網加強或采用鋼筋砼板。

結束語

公路小橋涵的設計是一項復雜多變的工作,由于受地形、地質等條件的影響,在實地調查時給人們帶來了一定的難度,這就要求在設計時要反復對比方案,多與實地相聯系。只有全面綜合考慮了各因素,才能確保路線的安全、舒適與經濟。

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