淺析山區公路涵洞水毀原因及設計預防措施

胡 鍇（四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院，四川成都610000）

淺析山區公路涵洞水毀原因及設計預防措施

胡 鍇（四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院，四川成都610000）

公路工程在山區建設過程中，受地形地貌、水流沖刷、地質災害等不利因素的影響較為明顯。因此，涵洞作為公路工程不可或缺的排水構造物，在建設過程中進行科學合理化設計顯得非常重要，直接關系到公路的使用壽命以及行車安全。本文結合工程實例闡述了山區公路沿線涵洞水毀、淤塞等成因的分析，并提出相應的設計預防對策，以期本文能夠為高山峽谷地區的公路設計提供借鑒作用。

山區；涵洞；水毀原因分析；設計預防措施；效果

引言

公路是推進地區經濟發展的重要基礎設施，公路建設對于我國西部山區經濟發展有著重要的意義。山區公路的建設對原有地表流徑進行了改變，橋梁涵洞對于引導疏通公路范圍內的河流、溝渠發揮著重要作用。尤其是作為宣泄地表水流的涵洞，在公路建設中尤其重要。涵洞的作用不僅僅在于公路自身排水系統通暢，還能為公路用地范圍以外的工、農產業提供輔助作用。但山區公路路線受地形限制，需要依山展線，沿線涵洞逢溝而設，在公路工程中所占比重很大，且分布也很廣。公路建成通車使用一段時間后，涵洞水毀、水害逐漸呈現，輕則造成道路行車受阻，重則導致道路斷道，是公路建設、通車運行的一大難題。

1 工程概況

G356線金陽縣城至通陽大橋段公路改建工程是原S208線烏（斯河）金（陽）公路的一段，本項目金陽縣是連接布拖、昭通、寧南的重要陸路通道。

1.1 工程區地貌

工程區屬涼山山原地貌，為西南山地地貌區，嶺谷高差大，一般為1500～2000m，呈內陸型的幽谷，路線沿山腳金陽河而布設，公路周圍山體陡峭，為典型的高山峽谷地貌。

1.2 工程區氣候

工程區屬典型亞熱帶氣候區，多年平均降水量為732.8mm，年最大降雨量為851.2mm，最小降雨量為586.3mm。6～9月為雨季，雨季降雨量為全年降雨量的90.37～96.55%，夏季常有短時大雨或暴雨，最大日降雨量可達100mm以上，造成山洪及泥石流爆發，沖毀道路和橋梁。

2 工程區老路現狀

項目區原有S208線道路基本能勉強滿足四級公路線型標準，個別回頭半徑不足10m，路基寬度6.5～7.5m不等，沿線防護排水及交安設施嚴重缺乏，且路基、涵洞受水毀、自然災害的影響較大，尤其是公路沿溪線段落的涵洞損毀最為嚴重。本項目全長33km，其中老路在沿溪線段落有原涵280.5m/28道，原有涵洞主要為鋼筋混凝土蓋板涵、鋼筋混凝土圓管涵，不同程度地出現：不均勻沉降、斷板、墻體開裂、洞口損壞、洞口洞內淤塞等病害，進而造成路基沉陷、掏空，致使車輛通行受阻，以現有道路的行車條件，不僅影響到金陽縣社會經濟的發展，而且無法保障過往車輛的行駛安全和行人的人身安全（見圖1）。

3 造成涵洞水毀成因分析

3.1 水壓力水毀

圖1

老路涵洞孔徑普遍偏小，多數涵洞出現不同程度的洞口脹裂、涵身偏位。項目區降雨量較大，地處山區，尤其是在洪水時期，沖溝來水在受到地形側面束窄的作用下，水流流速加快，在涵洞的入水口形成壓縮的水流斷面。洪水的流量大、流速大，超過了涵洞過水能力時，使得涵洞難以承受水流的壓強作用，進而引發上述破壞。[1]

3.2 淤積、堵塞水毀

因項目區坡面生長植物較少，覆蓋層松散，邊坡上裸露的基巖風化嚴重，加之老路部分路段開挖后的路塹邊坡失去原有的自然整體穩定狀態，又因當時建設資金有限，無法對邊坡進行坡面防護處理，坡面抗風化、沖刷能力薄弱。在雨季時期，坡面來水裹挾作用下，松散的覆蓋層和破碎的坡面巖體順水而下，堆積、堵塞在涵洞進水口，造成擁堵破壞。

3.3 沖擊、沖刷水毀

老路邊坡陡峭、坡降大，在無水流沖刷的情況下時常發生局部的落石、坡面覆蓋層垮塌。從高處落下的飛石、垮塌的土石覆蓋層，在重力加速度的作用下沖擊力巨大，老路涵洞洞口或涵身部位在這種直接沖擊作用下，破壞嚴重。在雨季時期，洪水夾雜碎石、塊石宣泄而下，部分沖溝更爆發小型的泥石流，對涵洞洞口、涵身進行沖擊、沖刷，造成老路涵洞嚴重破壞，喪失排水功能，導致水流無法從涵洞排水而滲入路基。

3.4 基礎破壞

老路涵洞年久失修，其地基的地質情況因為地下水或涵洞破壞后的地面滲水而發生變化，加之當時施工條件惡劣，技術條件有限，未對部分涵洞的地基作處理，導致涵洞出現傾斜、錯位等病害。進而發生路基沉陷、路面開裂，對來往車輛造成安全隱患。

4 設計預防措施

4.1 涵洞位置、孔徑選擇

從老路涵洞出現不同程度的洞口脹裂、涵身偏位來看，部分老路涵洞存在偏位沖刷、涵洞孔徑偏小的問題。涵洞位置、孔徑大小的選擇尤為重要，直接關系涵洞及公路路基的安全。選址和確定孔徑前，必須對公路沿線的地形地貌、水文、地質情況，進行充分調查研究，特別是應重點對當地群眾訪問和原有的排水設施進行調查。[4]在取得了能支撐設計的基礎資料后，應綜合公路路線的平面型、縱坡，沿線沖溝及水渠分布情況，進行涵洞布設。在有沖溝的地方，涵洞位置選擇應正對沖溝、泥石流溝，避免因選址偏位形成阻流，水流及物質不能快速通過涵洞，影響涵洞排水效果。涵洞孔徑大小設計應根據當地發生的洪水流量大小，沖溝、河床的地質情況，平均流速等綜合考慮，并詳細計算，確定最大過水斷面。其孔徑的大小須滿足涵洞內部流速、設計洪水流量，并保證洞口前涌水高度不超過帽石。

4.2 涵洞淤積、堵塞的防治

4.2.1 設置束流構筑物

涵洞入水端的沖溝設置束流構筑物，如漏斗形式的急流槽、導流槽等并對已有的天然溝槽進行漿砌護面，使束流構筑物匯集并引導散流的水流及其夾雜的固體物質匯入槽中。[1]通過束流構筑物的人為設置方向，可避免因沖溝水流或山洪沖刷而導致原有天然溝槽擴大、偏位，發生散流、偏流，使洪水順著預定的方向匯入并通過涵洞；通過調整束流構筑物的縱坡，加大了束流構筑物中水流的流量及流速，適當增大了水流對涵洞進口建筑的沖刷力，可有效的沖刷涵洞進口處淤積的固體物質，使淤積物質順水排出涵洞。

急流槽、導流槽等束流構筑物的設置應注意槽身的設計尺寸，須保證槽身尺寸要滿足最大洪水流量，山洪來襲時不能漫過其頂部造成漫流、散流。本項目邊坡陡峭，水勢兇猛，不僅槽身采用較高強度的混凝土進行澆筑，設置槽身基礎時，須保證其基礎有足夠的埋置深度，并在基礎下每隔5m設置混凝土臺座，加強基礎與地基的咬合，保證槽身的使用安全。

4.2.2 加強沿線邊坡防護

對于沿線的松散土質、破碎巖質邊坡采用了如框架梁、掛網噴錨、素噴、掛三維網植草等多種防護措施。對原本脆弱易受風化剝落的坡面物質進行了保護，使其在雨水、洪水來臨時，不再被沖刷而大量掉落入公路邊溝，進而順邊溝流水匯入涵洞進口形成淤積、堵塞，有效的從公路沿線的邊坡源頭減少了淤堵涵洞的大量固體物質。

4.3 沖擊、沖刷水毀的防治

項目區沖溝、小型泥石流溝密布，且山高坡陡，雨季時期山洪、小型泥石流來勢兇猛，做好涵洞防沖擊、沖刷措施直接關系到涵洞的使用壽命。

4.3.1 消能防沖

沿線的沖溝設置鋪砌、導流槽的同時，在槽身每隔4m設置一道消力坎，通過多層消力坎的阻緩作用，減緩洪水流速，從而降低洪水對涵洞進口、涵身的沖刷力度，延長涵洞的使用壽命。

對于為小型泥石流沖溝設置的涵洞，需要設計專用的泥石流導流槽。為保證導流槽的強度、耐久性，兩側側墻均采用C15片石混凝土，配備獨立基礎，并連接底部現澆的C15片石混凝土鋪底。在導流槽入口處需要設置成漏斗形式的進口，將泥石流匯入槽中，并在槽身每隔4m設置一道0.4～0.8m厚防沖肋板（具體厚度根據沖溝縱坡、計算的流量、沖擊力而定），逐級減緩泥石流的下沖動能。在有條件設置的邊坡上，可考慮攔石壩、積石井等攔截固體物質設施，盡量減少來襲泥石流所夾攜的物質。涵洞進口可采用高強度的混凝土修筑跌水井、八字墻等構筑物，亦可適當的加大其截面面積，增強其抗沖擊破壞的能力。

4.3.2 涵身快速引流

快速匯流、排出為本項目涵洞的設計理念，涵底縱坡取值平緩后，不利于涵洞快速泄水，涵身將更容易發生雜物擁堵。在適當的增大涵底縱坡，可提高水流流速，使涵身內水流、雜物能夠快速的被排出，可有效避免涵身堵塞。尤其是對于泥石流沖溝，涵洞跨徑和高度可根據實際情況適當增大、加高，涵底縱坡須調整至12～16%左右，加大涵洞過水斷面，加速泥石流從涵洞內流出，避免因流速過慢發生擁堵。

4.4 基礎破壞預防措施

新建涵洞基坑開挖完成后，地基承載力不滿足設計要求時可采用基礎換填等方式進行處理，換填材料須采用透水性好的碎礫石、塊碎石。涵洞涵身和洞口構筑物須做好銜接，涵身間的沉降縫采用瀝青麻絮填塞，做好防滲漏工作，避免雨水和洞內流水通過縫隙滲入涵洞地基造成地基破壞，進而導致涵洞出現傾卸、錯位等病害。

5 防護效果

本項目自2016年1月開工后，為滿足公路排水要求，首先修建的就是涵洞工程。同年9月，項目區出現了較大的暴雨，新建的涵洞承受住了洪水、泥石流的沖刷，雖然部分泥石流涵洞洞口建筑造輕度損傷，但是各涵洞整體未發生堵塞、破壞等病害，仍能滿足排水引流的功能要求。

6 結語

公路涵洞在山區的設計與施工，受地形地貌、水文等多方面復雜條件的影響，是一項復雜多變的工作。本文針對原S208線老路涵洞水毀的成因進行了分析，重點介紹了G356線金陽縣城至通陽大橋段公路改建工程所運用的涵洞抗水毀病害的能力防治措施，并對其建設效果進行了評價，對類似地區公路建設中的涵洞水毀病害的防治具有一定的借鑒意義。

[1]蘆俊波，楊光煥，孫文浩.公路小橋涵水毀災害調研與防治措施[J].北方交通，2013（6）：99～102.

[2]李雪斌.探討公路水毀的成因與防治措施.黑龍江交通科技，2011，07. [3]李春明.淺談山區公路的涵洞勘測設計[J].北方交通，2012（5）：82～84.

[4]沈 波，等.我國山區公路排水問題及水毀調查分析.2006，10.

U449.7

A

2095-2066（2016）36-0224-02

2016-11-20

胡 鍇（1983-），男，工程師，本科，主要從事道路橋梁設計等相關工作。