鐵路框架式涵洞設計要點分析

李思聰

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司橋梁設計研究院， 湖北 武漢 430000）

0 引言

在整個鐵路項目建設的全壽命周期過程中，設計者一直扮演著重要角色，一張張藍圖代表著他們對有關技術標準和規范的理解與運用。只有正確的分析勘察資料和其它相關的設計基礎資料，才能合理的確定設計方案，使得整個項目無論在進度方面，還是施工質量等方面有保障。因此，在設計鐵路框架式涵洞的途中，我們應采用“安全、可靠、先進、成熟、經濟、適用”的技術原則，來避免后期鐵路施工途中可能出現的一系列問題。

1 框架式涵洞設計要點

為了使工程設計人員能更好的熟悉和掌握鐵路橋涵設計的技術標準和規范，如下梳理了一些技術要求及措施， 來進一步提高設計質量。

1.1 一般要求

涵洞設計在結合規范與勘測等資料的基礎上，根據水文、交通、涵址地形圖、縱、橫斷面等對涵位、孔徑、類型等進行核實，正確確定涵洞設計流水面高程、涵洞長度和基底處理措施等，同時要注意涵洞出入口順接和防護設計。

原則上應“逢溝設涵”（或設橋），尤其山丘地區的河溝，不得輕易改移或合并設涵。對特殊情況，應根據水文、地形及地質條件進行全面審慎研究比選，在技術上可靠，經濟上又合理時，方可考慮改移或合并設涵。

排洪涵的孔徑不應小于 1.25m，灌溉涵的孔徑不宜小于 1m。位于城鎮、車站范圍內和有污水流入或易淤積的涵洞孔徑可酌情增大。

交通涵的孔徑應根據當地交通需求、路面規劃寬度、排水等要求確定。通行汽車及大型農機通道的凈寬不應小于6m，路面以上凈高不應小于 5m(困難時不小于4.5m)；機耕及農用車通道的凈寬不應小于4m，凈高不應小于3.5m；人力車及人行通道的凈寬不宜小于4m，凈高不宜小于 2.5m（困難時不小于2.2m）。交通涵的通行凈高不足5m 時，在其出入口外設限高防護架。

涵洞頂不宜高于基床表層底面。涵洞頂控制路肩高程時，涵洞頂可與路肩齊平，但不應高于路肩（特別困難時，可按小橋設計（設人行道及欄桿）[1]，按軌下枕底的道床厚度滿足相應規定處理。）。

高速鐵路：填土高度＜1.5m，斜交涵洞的斜交角度不宜大于 30°；填土高度≥1.5m時，斜交涵洞的斜交角度不宜大于45°。

增建第二線或既有線改建時，既有涵改建一般可按以下原則辦理：

1.凈高（或內徑）h＜0.6m，應拆除重建；

2.h≥0.6m 且使用狀態良好，可接長利用。接長的孔徑和凈高不應小于1.0m。

3.接長時，應注意核實既有涵接長側端部涵節結構承載能力是否滿足使用要求，不能滿足時應予加固或更換[2]。

根據規范要求，涵洞應根據其沉降量設置上拱度（巖石地基上涵洞、涵頂至軌底填方高度小于 2m 的涵洞和陡坡涵洞可不設上拱度），設置上拱度后，涵內流水槽面最高點高程不得高于入口流水槽面高程。不需進行沉降檢算的涵洞，其上拱度可視地基土的類別參照以下規定設置：

1.碎石土、卵石土、圓礫土、角礫土、砂礫、粗砂、中砂、細砂：H/80（H 為線路中心處涵洞流水面至軌底的高度）；

2.半干硬、硬塑黏性土和老黃土：H/50（軟塑黏性土、新黃土宜適當加大）

3.按保持凍結原則設計的多年凍土地基：弱融沉土為 H/100；融沉土為H/80；強融沉土為 H/50[3]。

1.2 平面及縱斷面布置

排洪涵洞應據河溝水流的天然趨勢，設于河溝洪水的主流處，上下游應與原溝順接。無明顯溝槽時，宜設于路基上游側坡地的最低處，山丘谷地為平川或梯田時，涵位宜設在谷地較低一側的山坡坡腳附近，并注意避免涵洞基礎吊空及其出入口水流對農田等沖淤。

在水塘或其淤積區設涵時，在滿足涵洞使用要求的前提下，為改善涵位的地基條件及方便施工，可將涵洞設在塘岸上，并盡可能抬高涵洞的流水面高程，以避免涵洞常年浸水。

排洪涵出入口流水面高程應與上下游溝床順接，入口不得高于溝床底（宜略低 5～10cm），出口宜與溝床底持平或略高，高出時，出口鋪砌應順坡與溝床相接，高出較大時，應視高差與流速采取必要的消能及防護措施。當路基兩側有低洼積水時，出入口高程應視下游積水的排水條件確定，以免因出入口高程設置不當而造成涵內長期積水或上游低洼處積水不能排除。

應盡量避免因路基高度不足而下挖設涵，不可避免時，宜適當加大孔徑，壓低涵洞高度，盡量提高流水面高程，以減小下游引排的困難。涵洞縱坡宜根據出口排泄通道的縱坡確定。下挖涵洞入口應設跌水井或匯流井。涵洞出口的引排溝渠應確保順暢下泄，溝渠內水深不宜大于涵洞凈髙，防止出現涵內長期積水現象。

路塹上方凹地的匯水，在路基側溝排泄能力不足，而加大側溝困難或不經濟時，可在路塹吊溝的下方設置下挖排洪涵洞。涵洞的入口宜設跌水井，井內設計洪水頻率水位應低于路肩不小于 0.25m，出口視地形可采用挖溝引排或自然排泄[3]。

1.3 出入口鋪砌

為防止水流沖刷，確保涵洞及路基的安全，涵洞出入口及路基邊坡應進行鋪砌防護。分離式基礎的涵洞，基礎間應設泄床（鋪砌），泄床應與基礎頂緊。

涵洞鋪砌宜采用漿砌片石，流速大于6m/s 時可采用混凝土鋪砌。漿砌片石的厚度不宜小于 0.35m，下設 0.1m 厚碎石或砂卵石墊層。

排洪、灌溉涵洞出入口在錐體坡腳處的鋪砌寬度，均應為兩側錐體外各加寬 0.5m，尚應注意鋪砌與溝形的匹配和銜接。路基邊坡的防護寬度與錐體坡腳處溝床鋪砌寬度相同；入口和出口路基邊坡防護高度應分別為設計洪水頻率時相應的涵前積水位和洞內臨界水深水位線以上0.25m，且不得低于其錐體的頂點。

交通涵路面鋪裝宜與道路的路面結構一致，框架等鋼筋混凝土整體基礎的交通涵內應在其基礎頂面設置厚度不小于 0.1m 的路面鋪裝層，以防基礎被磨損。出入口錐體宜采用干砌片石護坡，路基邊坡可不作鋪砌。兼作排洪、灌溉和洪泛區淹水的交通涵仍應按排洪涵的要求進行鋪砌防護。

涵洞處路堤高度（路肩至溝底）大于3m 時，宜在路基邊坡上設置簡易臺階， 以作檢查通道，涵內常年流水的涵洞宜上、下游各設一座；臺階踏步的凈寬宜不小于0.5m，臺階高度宜不大于0.2m。

2 框架式涵洞設計存在的問題

現階段鐵路建設開展的如火如荼，要求設計方的出圖質量和時效性也越來越高?；诖?，橋涵設計人員在設計上更應該避免生搬硬套，在追求出圖的時效性的同時，設計人員更應該結合方案的經濟比選和施工現場的需要來設計，在滿足鐵路橋涵設計的技術標準和規范的前提之下，來進一步提高設計質量。

在設計框架式涵洞基礎時，為防止因兩側邊墻基礎沉降和沉降差產生的涵洞病害，采用分離式基礎應審慎決定。通常情況下蓋板涵分離式基礎的地基土應為基本容許承載力不小于300kPa 的壓縮性較小的地層（巖石、碎石類土、礫砂、中粗砂和堅硬狀態性土）。涵洞采用分離式基礎時，應設置漿砌片石泄床，且泄床應與基礎頂緊。出入口翼墻采用分離式基礎時，其前墻范圍內泄床應與翼墻基礎等厚或采用混凝土頂撐。

一般來說，涵洞基礎的厚度應符合結構構造和基底埋深的要求?；炷琳w基礎厚度宜不小于孔徑的 1/2，且應不小于 0.6m；分離式基礎厚度宜不小于 1.0m；混凝土基礎的剛性角不應大于 45°；出入口翼墻段及洞口兩端各 2m 范圍內涵節基礎厚度：框架式涵洞不宜小于 1.25m，且不小于中間涵節的基礎厚度。

排洪涵需較大孔徑時，在水文等條件許可時，宜優先采用雙孔涵洞，以降低造價。因路基高度不足或涵前不允許有較大積水深度等特殊需要，且在技術經濟上均適宜時，可采用多于兩孔的多孔涵洞。多孔涵洞不宜采用拱涵及蓋板箱涵，可采用三孔或密排雙孔、三孔框架涵。

斜交涵洞宜按“斜交斜洞口”來設計，不宜采用“斜交正洞口”設計，以免在涵洞出入口出現影響景觀的“釣魚臺”（突出路基邊坡外的三角形平臺）或不等高帽石和翼墻。

在涵洞設計之時要注意考慮地基土的容許承載力，地基土基本容許承載力在150kPa 及以上，且其下無軟弱下臥層和涵洞工后沉降滿足設計要求或兩側毗鄰路基的地基不作加固處理時，涵洞地基也可不作處理。當基底下軟弱土層厚度較大導致換填困難（一般最大換填深度最好控制在4m左右），或經濟上不合理時，可采用CFG 樁、高壓旋噴樁等地基加固措施。

在計列數量的時候一定要注意不要忘記既有線防護、拆除工程、交通涵中的側溝及蓋板數量、防拋網、欄桿擋墻等。特別是在設計交通涵的欄桿件的時候，最好要考慮與橋梁段欄桿的設計形式統一風格。

在編寫設計說明時，不應生搬硬套的復制，要注意設計說明中施工、樁基檢測等規范是否更新，進一步核實，施工注意事項中規范過期。

框架式涵洞宜采用混凝土或鋼筋混凝土結構，邊墻、翼墻、基礎等不宜采用砌體結構?？蚣堋⑸w板、涵管、拱圈、邊墻和基礎等的混凝土強度等級應不低于 C30，、帽石和端墻、翼墻及其基礎的混凝土應不低于 C25，并應符合《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》的規定[4-5]。

尤其在設計山區鐵路的時候，計列基坑開挖工程量應按土方、石方（W4風化巖層可按土方數量計列，W3 風化巖層可按石方數量計列），基坑深度3m、6m、9m 以內，有水、無水分類。

當采用的涵洞通用參考圖有高、低邊墻之分時，在涵頂填土高度滿足有關要求的前提下，應優先采用高邊墻涵洞，以減小涵長，降低造價和改善涵洞的使用條件。

涵洞的縱坡宜與天然溝床的縱坡一致。一般情況下，應設置為一個坡度（陡坡涵洞除外），不宜挖成上陡下緩的縱坡或強行按臨界坡設置，當天然溝床縱坡接近涵洞臨界坡時，宜設置為臨界坡度；山區等水流含泥石較多的涵洞縱坡，應據地形、地質條件盡量加大，以利泥石渲泄，涵洞縱坡宜不大于 30‰ 。

涵洞應每隔 2～5m（頂進施工框架涵可適當加大）設置寬度為 20～30mm 的沉降縫，沉降縫不宜設在軌下，無砟軌道涵洞的沉降縫不得設在底座板的下方。軌下涵節長度一般不小于4m，多線時宜與線間距相近，軌下涵節中心宜盡量接近線路中心。沉降縫間涵節的長度宜為 0.25m 的整數倍，涵節長度為非整數米時，可采用 0.75m 單元寬度進行調配。

3 結束語

隨著我國鐵路網的不斷蔓延，鐵路框架式涵洞也在持續增加。鐵路通道做為關鍵基礎設施和重大民生工程，產生了龐大的間接和直接經濟社會效益，已成為國家現代化建設的重要標志性工程。為了更好的保障鐵路線的安全與穩定，對于設計人員來說，更應該投入更多的時間來發總結框架式涵洞的設計，并發現其中存在的問題，為今后的設計工作做好鋪墊，滿足設計的安全、經濟適用性，保證涵洞長期安全使用。