淺談山區涵洞設計的經濟性

王玲

摘 要：涵洞是用于公路排水的構造物，在山區道路建設中應用比較普遍。盡量單個涵洞施工量不大，費用也不高，但因數量較大，工程總造價往往較高。為了進一步控制涵洞施工的工程造價，該文從經濟性的角度探討了山區道路涵洞設計方法。

關鍵詞：涵洞 設計 經濟性

中圖分類號：U449 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-0-01

涵洞是公路跨越溝谷、溪溝、河流、人工渠道及排除路基內側邊溝水流的橫向排水構造物，作為道路設計中最常見的小型排水構造物，其單個工程量不大，費用也不高，但因其密布公路全線，按山區公路每公里3～5道來統計，其工程總造價往往并不低。因此，在滿足涵洞排水功能的基礎上，如何因地制宜、綜合考慮各種因素，在進行技術經濟比較的前提下合理確定涵位，使全線的涵洞工程量最小，從而減少全線的工程造價和養護費用是設計人員的著力點。依此，筆者就設計心得對山區公路涵位選擇的經濟性作一簡單梳理。

1 涵位選擇應滿足最基本的排水功能需求

根據公路使用任務、性質及未來發展的需求，涵洞設計應嚴格遵循適用、經濟、安全和美觀的原則。確定涵位時，首先考慮的當然是滿足涵洞作為排水構造物的基本功能，如順溝設涵和路基排水涵等。只有在基本功能滿足的前提下，才可能進一步實現設計方案的經濟性。

2 平縱橫多方結合，使涵位與路基排水系統有機配合

確定涵位時務必要結合路線的平面、縱斷面和橫斷面，尤其是山區公路。涵位的平面位置考慮。對于山坡溝谷，基本沿溝心設涵結合加以適當的改溝即可。對于山區丘陵地帶出現的低洼坪壩，如果非順溝設涵，最好選擇設置在低洼帶的端頭，因為這樣的位置地基承載力通常較中部高，可以減少基礎處治工作量從而降低施工難度和工程造價，同時可以避免占用優質農田。涵位的縱面位置考慮。在縱面布置中，如果單純地關注縱斷面，機械地套用一溝一涵的原則來確定涵位，可能會犯如下錯誤：（1）縱斷面上有一個凹處就設一個涵洞，這樣的見坑設涵難免犯下設置了干涵洞、通風涵的初級錯誤。因為路線經過埡口時，也可能在縱面圖上產生凹處。（2）縱斷面上挖方路段一律不設涵洞也是常見錯誤之一。實際情況是，雖然有時縱斷面上是挖方，但縱斷面往往只反映了路中線的標高，中心挖方并不代表路中線兩側都是挖方。在凹形豎曲線上，如果橫斷面兩側都是挖方，由于排水要求的存在，仍需設置涵洞或者進行縱向排水設計。因此，除了結合路線的縱面布置圖、平面布置圖和橫斷面圖等綜合考慮進行了紙上定位之外，更要依據現場踏勘情況進行涵位的最終確定，尤其是人行通道或車行通道等的設置更是要通過實地調查來最終確定。

3 高填方涵洞及階梯涵洞的設置

縱面上的涵位考慮的要素還有：涵洞進出口標高的確定，涵底縱坡的過渡方式（均勻縱坡、變換縱坡、階梯涵）等。對高填方路段的涵洞選型，在縱面布置時應就以下情況進行綜合考慮：一是整個路段均為緩坡橫斷面的，可以設置高填方涵洞。二是進口段橫斷面為陡坡、出口段橫斷面為緩坡的路段，應盡可能地以進口能順暢進水為制約條件確定進口標高，采用緩坡鋪底，而在出口處設置出口急流槽，這樣能顯著降低涵長，具有較好的經濟性。同時，在這類涵洞的選型上，選擇除拱涵以外的對基礎沉降不太敏感的涵洞形式為首選，而應盡量避免設置拱涵，因為拱涵的拱圈對基礎沉降比較敏感，基礎的不均勻沉降有可能導致拱圈拉裂甚至垮塌。三是整個路段都是陡坡橫斷面的，應當設置階梯涵洞。此時之所以不選擇填方涵洞，主要是基于安全考慮，因為整個斷面的陡坡涵洞容易出現基礎滑移，采用階梯涵可以使基礎盡量放置在原始地基上，再結合基底的反坡處理，從而有效抑制基礎滑移。以上情形二和和情形三，之所以選用不同的方案，是因為情形二出口段的緩坡地基能有效地降低基礎滑移的風險，采用在填方路基上放置基礎沒有太大的安全隱患，而情形三如果采用同樣方案則存在較大的安全隱患。

4 盡量采用標準的涵洞斜交角度，降低施工難度

設計中，因為并非每條自然沖溝都與路線正交，為確保水流順暢往往采用斜交涵位布置的方式。確定涵洞斜交角度時，應先實測出河溝水流與路線的夾角，但設計中無需精確地去滿足自然沖溝的斜交角度，而應盡可能采用標準的涵洞斜交角度（通用圖的涵軸斜度為0 o～45 o，一般按5 o一級設計），如實測17.5 o的涵洞可按15 o或20 o來設計，因為幾度的交角誤差對涵洞流并沒有太大影響，但對于需要預制的蓋板涵、圓管涵，如果采用特殊角度，預制時會因鋼筋放樣規格過多而加大施工難度。當然，對高速公路而言，若涵洞斜交角度的變化可能帶來較大的改溝數量時，就應據實際情況決定對策：或因受地形限制，調整涵洞斜交角度較困難時，可少量采用特殊角度；若無地形限制，則應盡可能采用標準角度。當然，通過同一合同段內的涵洞類型盡量保持一致從而降低施工難度也是提高經濟性的有效措施之一。

5 采用較小的涵洞斜交角度縮短涵長

設計中會遇到這樣的情形，自然沖溝的軸線和路線方向之間交角較大，如果僅從功能上考慮，順溝設涵最有利于排水，但機械地采用這一原則會導致路線沿途眾多異型斜交涵洞的出現，此時，應當本著降低造價和便于施工的思路對涵位及其斜交角做適當變換。在涵洞標高一定的情況下，減少涵長對降低造價效果是最明顯的，因此，設計中可盡量采用較小的斜交角度（按涵洞與路線法向夾角計），比如0 o、15 o、30 o等等，此時，為保證涵洞的進、出口排水通暢，只需在進、出口做適當的改溝接順即可。此外，對涵位和斜交角度的調整也能將陡坡涵洞改為緩坡涵洞，這樣既增加了安全性也降低了施工難度。

6 岸坡設涵縮短涵長

設計中，通過實地調查，較深的河溝，若其邊坡穩定性較好，土壤密實，則可將涵位從溝底適當上移到岸坡上，以縮短涵長，降低造價。當然，此時應做好上下游的防護加固措施，合理設置引水溝、截水壩等，避免水流沿著原沖溝毀壞路堤和農田。

7 改溝整流減少涵洞數量

通常情況下，涵位布設均依照符合自然水流方向的原則，但如果兩條河溝相距不超過100 m，河溝較淺，且溝底縱坡小于3%，水流不大，含沙量較小時，可依據實際情況靈活采用如填平次溝并入涵洞、用排水溝并入涵洞、同時改溝并入涵洞、改溝取消涵洞等多種形式對原溝進行整流以減少涵洞數量，從而降低工程造價。當然，如果改溝工程量過大或改溝合并后，河溝產生過大的沖刷和淤積，甚至影響到路基的穩定性時，則不宜改溝合并設涵。

8 合理利用不同地區的建筑材料，有效降低涵洞造價

涵位選擇的經濟性還應充分考慮建筑材料的影響。設計中，不能只追求出圖效率而忽略業主提供的不同地區的建筑材料方案。比如對于山區，如果可用于建筑的石料豐富且價格便宜，就應該多選用石料。同時，不同建筑材料的強度不一樣，在開始新的項目設計之前，應充分調查當地建筑材料的力學特性，如果其材料強度不能滿足現有通用圖的設計參數，則應通過結構驗算為采用這種建筑材料提供相應結構尺寸的通用圖，待通用圖完成之后再展開下一步的設計工作。

9 利用端墻縮短涵長降低造價

在涵洞設計中，還可以適當地利用端墻來縮短涵長，以有效地降低涵洞的造價。綜上所述，一份好的涵洞設計文件，應當于細微之中見其獨到之處，以體現不同設計者、設計院的設計風格。