水利工程涵洞設計要點探討

菅薇薇 李楓

摘 要：涵洞作為水利施工項目中的一個重要組成部分，作為主要承擔著快速排除公路表面和地表積水，保護公路路基安全的重要作用。另外，還有通過在涵洞設計過程中增加閘門部分，這種情況下的涵洞還能起到調節水量的作用。所以，對于水利工程來說涵洞的設計問題至關重要。因此，筆者通過在本文中歸納總結水利工程中涵洞的功能、分類，以及關于涵洞的設計方面的幾個方面展開了分析探討。希望能夠對于從事相關工作的人員，提供參考和幫助。

關鍵詞：水利工程；涵洞設計；相關問題；分析研究

涵洞作為水利施工項目中的一個重要組成部分，作為主要承擔著快速排除公路表面和地表積水，保護公路路基安全的重要作用。另外，還有通過在涵洞設計過程中增加閘門部分，這種情況下的涵洞還能起到調節水量的作用。在水利工程項目中涉及涵洞的設計直接決定了水利工程的安全，以及水利工程項目的施工進程。所以，對于水利工程來說涵洞的設計問題至關重要。因此，筆者通過在本文中歸納總結水利工程中涵洞的功能、分類，以及關于涵洞的設計方面的幾個方面展開了分析探討。

1 涵洞的用處和功能

涵洞的設計和施工對于水利工程建筑來說，是非常關鍵而且重要的環節。在水利工程建筑中涵洞主要起著排除公路路面積水，以及公路路基內側的積水的作用。另外，還有將涵洞設計中添加閘門的，這類涵洞除了排水功能還具有調節水量的作用。由于其所起的作用的特點，決定了涵洞設計過程中位置、結構、類型等因素的重要性。除此之外，涵洞設計的安全性也是關鍵性的因素之一。因此，設計合理、安全可靠的涵洞對于公路的正常使用以及路基的安全和整個施工項目的成本，都起著至關重要的作用。

2 涵洞的分類

2.1 按構造形式

涵洞按照其構造形式，一般情況下可以分為四種，即管涵、拱涵、箱涵和蓋板涵。其中管涵由于主要依靠采取直徑在半米到一米之間的灌裝涵冬，所以具有在受力和適應性好的特性，而且具有成本低的優勢。但是由于其管道特性，因此受位置因素影響較大。比較常用的是拱涵構造的涵洞形式，其具有超載潛力大，而且施工容易的優勢。箱涵因為造價成本高，通常不被選用。蓋板涵主要適用于地勢低的填土路基。

2.2 按水力性能

涵洞按照水力性能可以分為倒虹吸管、壓力式涵洞、半壓力式涵洞、無壓力式涵洞四大類。其中倒虹吸管涵洞的形式是涵洞兩側水深高于涵洞進出口的情況，這類涵洞通常需要在涵洞的進出水口設置豎井。其次，壓力式涵洞和半壓力式涵洞都是涵洞的入水口高于涵洞的洞口的情況，區別之處在于水流是否充滿涵洞。其中壓力式涵洞的整個涵洞內都充滿水流，而半壓力式涵洞則只有進水口出有水流。而無壓力式涵洞則是涵洞口高于入水口深度的形式。

另外，按涵洞洞頂的填土情況，還可以將涵洞分為明涵和暗涵兩大類。

3 涵洞的設計要點

在水利工程中建設涵洞主要是為了引水或排洪。引水涵洞的水力參數明確，荷載要素清晰，比較好把握；排洪泄水涵需要對比分析水力條件，確定洪水標準。排洪泄水涵受洪水侵襲程度較大，容易給工程造成嚴重的破壞，涵洞結構形式的選擇和斷面尺寸的設計必須滿足相應洪水標準，結合建筑物級別，保證遇超標準洪水時工程能安全運行。在水利工程中建設涵洞最重要的環節之一是涵洞設計。水利工程中的涵洞設計是根據實際情況進行分析計算，以下將具體的分析各種不同類型的涵洞設計的幾個要點：

3.1 涵洞位置的選擇

涵洞選擇位置時應遵循的主要原則：

涵洞位置的選擇對于涵洞的設計及其使用性能來說，都是非常關鍵的影響因素之一。首先，涵洞位置在受路線分布影響的情況下，必須要選擇與路線的設計極其走向相一致。除此之外要考慮的就是地形、地址的因素，以及地基的承載力和溝床的穩定性等因素。在考慮了這些因素之后，需要考慮的就是施工技術的難易、施工成本的高低等問題。要在保證涵洞有效使用的前提下，控制施工及后期養護和維修的成本。

設置涵洞的情況及地理位置大致包括以下幾種。其一，當施工路面的積水面積高于規定標準時，需要在施工路線與河溝相交的位置設置涵洞。其二，在施工路線必須穿過農田灌溉區，而且存在影響農田灌溉的情況下，需要考慮通過設計和建設涵洞來解決問題，避免影響農田灌溉，造成不良后果。其三，在山區施工的的山坡面，為了保證有效的排除路基內側邊溝的積水的情況時，需要考慮通過設計涵洞解決問題。其四，當施工路線必須與其他路線或者一些重要管線交叉的情況出現時，例如公路、鐵路、人行路等，都必須考慮相應的設置涵洞，避免由于施工可能帶來不便或者隱患。其五，在山區施工路線時，遇到易塌方路段時，要考慮雨季的積水量大、排水需求高等因素特點，配合施工情況設計施工涵洞，為公路和水利設施的安全使用，提供保障。

3.2 確定洞身與涵洞長度

涵洞的洞身對于涵洞的設計和使用來說，是最關鍵的因素之一。作為保證水流暢通的排水的主要建筑，涵洞的洞身必須要保證穩定性和一定的承載力，而且必須隨時保持暢通的狀態。另外，涵洞在一定程度上還起著支撐路面的作用，因此就要求涵洞必須具備足夠的承壓能力。所以說涵洞洞身高度與涵洞的長度的設計比例，也是涵洞設計合理、正常使用的關鍵因素。

3.3 涵洞孔徑的設計

涵洞的洞孔主要起到的是穩定涵洞使用性的作用。如何通過涵洞洞孔的設計，在利用現有資源的情況下，最大限度的節約構建成本是涵洞洞孔設計的關鍵。跨高比是指涵洞切面的直徑與涵洞高度之間的比值，主要用于衡量涵洞洞孔的關鍵性數據，經過長期的實踐經驗總結，在涵洞洞徑的該比值控制在零點七五到一點一二五之間是最佳的范圍。

3.4 涵洞基礎設計

涵洞基礎的設計主要需要考慮是工地的地理情況，通常可以設置在地面、河床低等位置。在河床低設置涵洞時必須要將其設置在河床低一米以下的位置。在考慮將涵洞設置在地面時，要考慮其地基土質的情況，需要適當將地基進行處理。例如在遇到柔軟地質的情況時，需要通過鋪墊粉砂樁或者砂礫墊層來調整地基地質。

3.5 涵洞洞口布置與設計

關于涵洞的洞口設置通常情況下相對靈活，具有多種形式。在實際設計施工中比較常見的是一字型洞口和八字形洞口，以及與之相關的組合型洞口。涵洞洞口的主要作用在與進出水，以及協調和美化涵洞與周圍的環境。另外，在涵洞洞口的設計和布置時，要考慮是否能夠保證水流的順暢，以及與路面、路基的順接、是否易損壞或者腐蝕等情況。

3.6 涵洞施工的步驟

關于涵洞的施工主要包括：1）施工前準備工作；2）基坑開挖；3）澆筑基礎砼；4）箱底澆筑；5）涵身澆筑；6）蓋板現澆；7）涵背兩側的填筑等步驟。其中箱底澆筑和涵身澆筑是比較關鍵的環節，需要在施工過程中重點監管。

另外，關于涵洞投入使用后的日常養護和維修也是非常重要的，是確保涵洞的正常使用，發揮作用的關鍵。

4 結語

總而言之，作為水利工程建筑的關鍵，涵洞的設計直接影響涵洞是否能夠順利施工和正常使用。只有科學合理、符合實情的涵洞設計，才能在使用發揮真正的作用。否則不但對人力、物力、財力造成極大的浪費，甚至可能由于涵洞設計不合理導致次生災害的發生，為群眾的生產生活帶來不利影響。

參考文獻

[1]袁志明.水利工程涵洞設計若干問題探討[J].水利規劃與設計，2013，（11）.

[2]王曉強.水利工程涵洞設計若干問題探究[J].建筑工程技術與設計，2015，（29）.