鄉村道路橋涵結構設計的控制分析

潘嵩崧，羅淼平

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

鄉村道路上的橋涵結構設計多參考《城市橋梁設計規范》[1]，設計荷載多采用城A 或城B。在鄉村道路實際車流量較小，極少有重車通行的車況下，參考《城市橋梁設計規范》進行結構設計一般會產生一定的浪費。考慮鄉村振興戰略方針，近期應有大量鄉村道路需要進行改造、提升。因此對鄉村橋涵結構進行分析，優化結構設計是具有實際意義的。

1 工程概況

為積極響應國家關于鄉村振興戰略方針、政策，廣東省某村鎮決定進行鄉村道路整體化提升改造，本文以此美麗鄉村改造項目為藍本進行論述。本項目工程處總面積約為28 km2，道路寬度控制為2.5～6 m，項目總體范圍見圖1。

圖1 項目范圍示意圖

2 結構選型

本項目內村道跨越的均為當地溝渠，其溝渠的凈跨度以3～16 m 居多。參考《公路涵洞設計規范》（JTG/T 3365-02—2020），在道路跨越排水溝槽處、通過農田排灌渠道處、平原區路線通過較長的低洼或泥沼地帶、傍山或沿溪路線暴雨時徑流易集中地帶以及邊溝排水需要時，均應設置涵洞[2]。對于凈跨2 m及以下的溝渠，宜首選采用預制管涵結構。對于凈跨2～10 m 的溝渠，宜首選箱涵結構。對于10～18 m 跨徑的溝渠，可從預制板梁、現澆箱梁、小拱橋、箱涵結構中選擇。

（1）若采用預制板梁橋，中小橋常用跨徑有10 m、13 m、16 m，可直接選用適當跨徑的上部結構拼裝使用，見圖2。但由于鄉村道路多較為偏遠，運費較高。且村道路寬較小，應對運輸路線進行現場調查，確認預制梁是否可以運達。同樣考慮到運輸、吊裝的限制，對于單跨大于16 m 的橋梁，不建議采用預制板的形式進行施工。

圖2 預制板梁橋

（2）若采用現澆箱梁橋或小拱橋，則需雇傭有經驗的施工單位，按順序施工樁基、承臺、橋臺、主梁，見圖3。其優點在于可以做出多種造型，景觀性較好。其缺點在于現澆橋梁施工較為復雜，工序較為繁瑣，對施工隊要求較高。

圖3 現澆拱橋

（3）對于10～18 m 跨徑的溝渠，至多可采用三孔凈寬6 m 的多孔箱涵，見圖4。其優點在于結構整體性較好，經久耐用，施工簡單，工期較短，可就近雇傭施工隊伍進行施工。其缺點在于結構形式單一，景觀性較差。

圖4 多孔箱涵

綜上，對于鄉村道路跨越溝渠，同時考慮當地的自然條件、材料來源、施工能力，便于養護等等因素，采用單孔或多孔箱涵跨越溝渠最為經濟與合理。當跨徑大于18 m 或設計景觀性要求較高時，可酌情考慮采用現澆或預制梁橋結構。

3 設計荷載

鄉村橋涵設計暫無單獨規范，一般采用城市橋涵的結構設計規范，目前使用的是《城市橋梁設計規范》（CJJ 11—2011）（2019 版），其結構設計荷載主要分為城-A 級與城-B 級。其中城-A 級車輛荷載采用單車70 t 重車標準，城-B 級車輛荷載采用單車55 t 重車標準。

但是橋涵實際承受的荷載，僅取決于橋涵頂面道路的實際交通車輛。由于鄉村一般僅作為交通網中的末節，其交通組成也鮮有大型交通車輛，多以電動車、摩托車、三輪車以及私家車為主。此時若橋涵設計仍采用55 t 甚至70 t 的重大型貨車作為設計荷載，即使進行折減也是過于保守的。

因此，橋涵的設計荷載，需與道路等級，路面凈寬，設計車速等結合起來。參考粵北某美麗鄉村改造項目，其村道凈寬控制在2.5～6 m 之間，現以實際項目為例對鄉村道路荷載等級進行劃分。

對于路寬3～6 m 之間的道路，位于村道主干路上，用于通行中小貨車、農用拖拉機以及私家車等。參考《機動車運行安全技術條件》[3]（GB 7258—2017），其載重不得超過14 t，考慮農用車輛存在超載的情況，建議采用汽-20 作為設計荷載。汽-20 為《公路工程技術標準》[4]（JTJ01-88）提出的汽車荷載。經調研建國以來過去很多鄉村城鎮采用汽-20 作為橋涵結構的設計荷載，使用至今少有因橋涵結構垮塌造成的安全事故，說明舊時采用的設計荷載等級還是可行的。

對于路寬小于等于3 m 的道路，位于村道支路上，多通行三輪車、摩托車、私家車等，建議采用汽-15 作為設計荷載。對于三輪車、私家車，其自重多在0.7～1.8 t 之間，且托運空間及承載能力有限，汽-15 作為設計荷載完全能滿足使用要求。村道荷載標準見表1。

表1 村道荷載標準表

當然，隨著經濟的發展，一些發達的鄉村以及小城鎮與外界的物資交換日益頻繁，交通車輛或將不限于小型車輛，也有可能會出現大型貨運車輛等。因此，在一些發達地區的鄉村橋涵的設計荷載也不能一味的低于其他道路系統上的橋涵，而應該考慮其交通發展的情況，合理的確定設計荷載。鄉村之間的主干路，其路寬多大于6 m，設計車速可大于40 km/h，此時考慮其交通網節點的作用，建議設計荷載采用城-A，以保證其交通運輸的作用。

4 跨渠結構推薦形式

如前文所述，鄉村道路多跨越當地溝渠，跨徑多小于18 m，綜合考慮施工條件、經濟指標，在此跨徑下建議首選涵洞結構。對于跨徑小于2 m 的溝渠，推薦采用預制管涵結構，可對應渠寬直接購買使用市面上的成品管涵。對于跨徑在2～18 m 范圍內的溝渠，推薦采用箱涵結構。現根據不同的跨徑，對箱涵結構進行分類，見表2。

表2 箱涵結構尺寸表 單位：m

箱涵結構見圖5，建議在箱涵側墻與頂底板之間設置20 cm×20 cm 的倒角，其結構基礎推薦采用素混凝土墊層+ 碎石墊層的形式，但需根據實際地質條件進行調整。若箱涵底淤泥較厚，可考慮采用攪拌樁+ 碎石墊層作為箱涵基礎；若箱涵底基巖較強，可考慮利用基巖作為天然地基，僅設置一層C20 素混凝土作為施工面層。

圖5 箱涵結構

5 推薦結構計算

參考以上設計荷載及結構形式，分別對應單箱單室箱涵、單箱雙室箱涵、單箱三室箱涵進行結構計算。本次計算采用midas CIVIL 空間有限元軟件，用板單元模擬箱涵頂底板及側墻，用彈性連接模擬土體對箱涵結構的土彈簧約束作用，計算荷載主要考慮板頂車載、板頂土壓力、側向土壓力以及底板水浮力。箱涵有限元模型見圖6。

圖6 箱涵有限元模型

6 推薦結構配筋

對于箱涵結構配筋，多采用頂底板及側墻鋼筋焊接成一個鋼筋骨架形式，其通用配筋形式見圖7、圖8。

圖7 單箱三室箱涵結構配筋形式

圖8 單箱三室箱涵結構配筋骨架

對于箱涵結構，其頂底板橫向1 號與4 號鋼筋，及側墻豎向5 號鋼筋為受力主筋，需焊接成鋼筋骨架，鋼筋直徑多采用16～32 mm。對于其斷面縱向鋼筋及倒角鋼筋為構造鋼筋，直徑多采用12～16 mm。結合有限元計算結果，對于城-A 荷載作用下的箱涵，其鋼筋指標可按250 kg/m3估量。對于城-B 荷載作用下的箱涵，其鋼筋指標可按220 kg/m3估量。對于汽-20 荷載作用下的箱涵，其鋼筋指標可按180 kg/m3估量。對于汽-15 荷載作用下的箱涵，其鋼筋指標可按160 kg/m3估量。

7 附屬結構優化

7.1 橋面系

對于鄉村道路，其路面結構多采用混凝土路面及鋪石路面。對于預制空心梁板橋，可加厚現澆層，直接利用現澆層混凝土作為路面結構。若采用現澆箱涵結構，可考慮將箱涵頂板加厚，加鋪一層鋼筋網作為路面層，見圖9。

圖9 箱涵頂板兼做路面層

7.2 防撞護欄

參考公路橋涵設計規范，一般跨越河涌的橋涵結構，均需設置防撞墻。但對于鄉村道路多跨越小型河涌溝渠，且設計車速較低，橋涵可考慮不設計防撞墻，以高基座欄桿替，見圖10。

8 結語

本文從實際項目出發，統計了某縣區內鄉村道路的跨河形式，綜合比選了各結構的優劣性，并按照村道等級的不同提出對應的設計荷載以及推薦結構。對后期鄉村振興提升項目，可根據村道的寬度、車速、用途來參考使用本文推薦的跨涌結構尺寸及鋼筋指標，并以此為基礎估算對應跨涌結構的造價，是具有實際的指導作用的。

圖10 路側高基座護欄