小橋涵設計相關問題探析

魏孟嬌

（中交遠洲交通科技集團有限公司 河北石家莊 050035）

為滿足公路連續通行的需求，在跨越山谷、溪溝、河流、人工渠道、既有道路等特殊情況下，修筑小橋涵或通道作為其連續節點工程顯得尤為重要。在既有規范中涵洞位于平原區時，一般設置1-3 道/公里；涵洞位于山區，一般設置3-5 道/公里，其造價約占公路工程總造價的20%。因此，準確地勘察選址、合理的確定結構形式，以為公路的建設增值。

由于小橋涵工程實際情況較為復雜，設計方案具有多樣性，各個項目無法完全復制，僅參考常規設計文件無法綜合全面的得出最優結構設計方案。因此本文對小橋涵多個技術標準進行了要點歸納與補充，以便快速準確地進行小橋涵方案設計。

1 設計原則

小橋涵設計要結合項目的實際情況，從設計可行性、安全性、經濟性角度，本著“簡單實用、可行且安全牢固、經濟適用、方便施工”的原則。在遇到復雜工程地質環境時，要控制最少經濟投入，首要確定最合理的橋涵結構形式。根據工程現場的地形、地貌、工程地質及河流水域，并應綜合考慮路基設計、防護。為減少公路工程對周邊自然環境的影響，外業調查時要注意詳細了解周邊現有環境情況、與人文景觀的協調一致，調查并進行水文計算，合理選定小橋涵最佳方案。

在公路工程設計工作中，沿線設置構造物從降低造價的角度，一般優先考慮設置涵洞。對現場溝形明顯的小河、干涸溝、路線與耕地交叉，且當路線上游計算的匯水面積大于0.1km2時；路線經過農田區域、與水渠交叉處、滿足水庫的排水要求；山區公路的山坡線；將挖方路基邊溝積水導走，應設置涵洞、倒虹吸等。

當路線與鐵道、公路、農村農用道路及天然氣管道、消防通道等管線、道路交叉的情況，應設置小橋或通道。對于有通行需求的涵洞要綜合當地政府和有關主管部門的意見。

2 小橋涵結構形式的選擇確定

2.1 小橋涵流量計算及孔徑確定

小橋涵設計中先要進行流量計算，是確定小橋涵結構尺寸的主要依據。常用的方法有暴雨推理法、徑流形成、形態調查和直接類比法。在設計計算前，應結合當地的地形、地質、地貌情況來選定，據項目實際情況比較確定流量大小。另外，在實際設計工作中，由于工程影響因素較多，要想計算更為準確可行，為小橋涵方案確定提供更有效依據，則需要對構造物區域內歷史洪水水位、洪水發生階段等調查勘測，洪水參數計算，確定洪峰流量值。

涵洞一般常用跨徑為：0.75m-5m。其中一般選用圓管涵時，其結構尺寸為0.75m-2m，采用鋼筋混凝土蓋板涵或鋼波紋管涵，其結構尺寸選定為2.5m-5m。中、小橋梁跨徑一般為8m，10m，13m，16 m，20m。其中8 m，10m，13m 跨徑優先采用現澆鋼筋混凝土結構。16m，20m 一般選用預應力鋼筋混凝土小箱梁結構，當采用預制梁時應結合項目地情況，滿足預制小箱梁的運輸條件。

2.2 涵洞結構形式選擇

結構形式選擇是設計中的一項重要內容，應與孔徑選定綜合考慮。一般先據水利計算，對于跨線橋需控制最小橋下凈空確定孔徑，再進行結構形式選擇。

圓管涵，在灌溉農田區域是較為常見的結構，其結構形式比較單一，屬于工廠預制構件生產效率高，現場運輸拼裝方便，工程造價較低，一般要求地基承載力120Kpa 左右。圓管涵有一定的局限性，其泄洪能力比較小，長期以來容易造成淤塞。因此，如果對于匯水面積比較大，防水性要求比較高的位置，要盡量少采用此結構。

拱涵，能承受上部較大的土壓力的作用，路線位于山區，地質條件比較好，一般優先選用拱涵結構形式。其在施工現場不僅取材方便，且其凈高較高，能夠通過較大流量的洪水，但施工周期較長，工藝復雜。

蓋板涵，綜合了圓管涵、拱涵的優點，不僅施工工藝、結構簡單，且結構自重小，對地質條件要求不高，后期養護、維修方便。因此，在公路工程構造物設計中較為常見。第四，箱涵，一般采用箱涵結構形式是因為其整體性強，如果施工區域地質為軟弱地基，則優先選用箱涵。缺點是施工成本高，施工工藝復雜。

洞口作為涵洞的重要組成部分，選擇不同種類洞口形式直接影響構造物的協調、整體性、耐久性。洞口構造類型常見有八字墻式洞口、一字墻式、跌水井式、直墻式洞口、跌水式等。八字墻式收集、散水性能好，施工工藝較為常見，常應用于填方路基位置；一字墻式結構形式單一，成本低，但其散水性能一般；跌水井式適用于河道縱坡大于50%的情況，或者當路基縱斷面不能滿足構造物高度，一般采用與一字墻式配合選用；直墻式用于無需收集、擴散水的情況，比如與急流槽、消力池、灌溉水渠等直接相連的位置；錐坡式需要與一字墻式結合使用，其工程量大、結構耐久性好，適用于高大的涵洞。跌水式多設置在構造物出水口處，防止水流沖刷掏空構造物基礎，起到支擋、基礎防護的作用。

2.3 小橋選址及上部結構設計

當計算確定涵洞的結構尺寸已較大，仍不能滿足泄洪需求，或者選用橋梁的造價要低于選用涵洞造價時，則應考慮設置橋梁。

從經濟性、穩定性、耐久性角度出發，橋梁應盡量選擇在河道平順、穩定水流、承載力較好、沖刷不嚴重的河段上，以降低工程成本和后期維護、檢修費用，并防止因沖刷過大而發生橋梁破壞的危險。如今對橋涵構造物與路線的相對關系提出了更加舒適、平順、流暢的要求。《公路路線設計規范》JTG D20-2017 第5.0.2 條明確規定：“中小橋涵，中、短隧道，以及一般構造物的位置應服從路線走向”，橋址受地形、地物的限制，出現許多斜交橋梁。小橋上部結構形式選擇：為方便施工，采用標準化的上部結構形式，盡可能采用同一種跨徑，盡量統一下部結構尺寸，有利于提高工程的質量、節約資源、降低工程成本。

2.4 小橋涵下部及基礎設計

中小橋梁橋臺結構形式選擇受河床內的埋置深度、結構承載力、地質情況、工程水文、流速等條件的直接影響。同時，應該考慮到安全可靠、耐久性強、工程造價低、養護維修較少、施工簡單、工期短等因素。在總體設計中，合理的選型，橋涵上、下部結構協調一致，輕巧耐久性強，節約工程成本，對整個路線設計方案有很大影響。

中小橋基礎設計時，選用剛性擴大基礎其屬于一種淺基礎形式，一般適用于地表或河床頂面以下3～5m 范圍內地基容許承載力[0σ]大于250～300kPa，若淺層地基容許承載力較小，宜采用樁基礎或其它結構型式。最常用的基礎形式明挖擴大基礎，其具有結構簡單，基礎埋深比較小，施工方法簡便及工程造價低等特點，一般在工程地質條件比較好的情況下優先選用。當橋臺位于軟土地基上則選用輕型橋臺，其體積小，節省材料，主要靠鋼筋混凝土材料強度，結構的整體剛度抵抗結構的外力作用。

對位于山溝淤積軟土地區的涵洞，為避免對涵洞兩側路基造成不均勻沉降影響，涵洞宜采用整體式基礎形式。

3 結語

根據項目所在地實際地形、不同的地質情況及當地公路工程的設計習慣等綜合多方面因素做設計，確保設計的安全、可靠，提高道路的設計水平，延長使用時間。