公路涵洞類型的選擇及其核心內(nèi)容的設(shè)計

李玥瑛

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

公路工程是國家發(fā)展建設(shè)中重要的生命線，是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)所在，而涵洞則是公路工程中的重要組成部分。公路涵洞建設(shè)中的技術(shù)人員在進(jìn)行涵洞的位置選擇、類型選擇等方面經(jīng)常會面臨各種難題，需要全面衡量實(shí)際情況選擇出最佳方案，保證設(shè)計的安全性和可靠性。對此，非常有必要開展公路涵洞類型選擇以及設(shè)計內(nèi)容的分析，以便于更好地提升公路涵洞的整體質(zhì)量。本文就公路涵洞類型選擇和設(shè)計的核心內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 公路涵洞的使用要求

公路涵洞在具體使用上是有一定條件的，因地區(qū)不同，涵洞可能會處于自然環(huán)境比較惡劣的區(qū)域，還可能遭受暴曬或者冰凍等自然影響，再加上常年的車輛通行，對于設(shè)計有著較高的要求，只有滿足了當(dāng)?shù)氐亩喾矫鎸?shí)際需求才能有效地為公路正常運(yùn)行創(chuàng)造良好條件。（1）在公路涵洞的使用要求上，需要保證其泄洪能力較強(qiáng)，在降水嚴(yán)重的季節(jié)中能順利泄洪，而不會給公路地基造成不良影響。（2）涵洞的設(shè)計需要保證其具有良好的穩(wěn)定性，并有較高強(qiáng)度，在負(fù)載設(shè)計中則需要保證各個組件的正常使用效果，不會因?yàn)橥庠跅l件而影響到使用或者發(fā)生其他變化[2]。（3）公路涵洞的使用需要保證其耐久性和可靠性，更要確定使用的安全性，在進(jìn)行設(shè)計的過程中需要全面衡量各個方面，既要保證使用效果，也要結(jié)合經(jīng)濟(jì)性原則進(jìn)行考慮，使公路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)收益得到保障。

2 公路涵洞類型的選擇

2.1 蓋板涵

蓋板涵的結(jié)構(gòu)主要由基礎(chǔ)、蓋板、涵臺、臺帽以及支撐梁共同構(gòu)成，在涵洞的建設(shè)中具有重要的作用。在施工設(shè)計中這種類型是比較簡單的，并且有著良好的泄洪效果，因此使用率較高[3]。同時，蓋板涵的蓋板可以采取集中制造的方式，這對于縮短施工工期，減少資金支出都具有一定的意義。雖然蓋板涵的整體結(jié)構(gòu)較為簡單，但是對施工工藝卻有著較高的要求。當(dāng)前在公路涵洞的使用中蓋板涵使用率較高，普遍應(yīng)用于農(nóng)村排水及灌溉中，對地基不會帶來明顯改變性影響，是一種常見涵洞類型。

2.2 石拱形涵洞

石拱形涵洞主要指的是外觀呈拱形的一種涵洞，這種涵洞大部分會在山區(qū)的公路建設(shè)中使用，最為重要的特點(diǎn)就是自身的高凈空和高過水能力。山區(qū)由于地勢比較特殊，與平原有著很大的區(qū)別，因此容易發(fā)生洪澇或者泥石流等自然災(zāi)害。而山區(qū)的公路建設(shè)則比較適合使用石拱形涵洞，不僅能有效抵御自然災(zāi)害，并且具有價格低廉的優(yōu)勢，能降低工程整體造價，因此在山區(qū)的公路建設(shè)中是最為常見的一種涵洞類型[4]。但無論哪種涵洞設(shè)計都不是完美的，石拱形涵洞存在工程材料量使用大的問題，對于地基的強(qiáng)度及承載能力要求較高，因此使用中還需多加衡量。

2.3 箱涵

箱涵是一種由一個或多個方形或矩形斷面組合而成的涵洞類型，一般由鋼筋混凝土或圬工制成。箱涵一般用于涵頂距路面比較高的地方，在小水系比較發(fā)達(dá)的道路可以選擇箱涵，有著較好排水效果。這種涵洞在施工技術(shù)和工序上都比較復(fù)雜，并且材料成本比較高，因此在公路工程上的使用頻率比較低，只有一些特殊需求的地區(qū)才會采取此種類型的涵洞設(shè)計。

2.4 管涵

管涵是指一種埋在地下進(jìn)行排水使用的涵洞，管涵的設(shè)計主要以混凝土結(jié)構(gòu)為主，同時施工中所使用的鋼筋數(shù)量較少，因此施工速度往往會比較快，是公路涵洞建設(shè)中較為常見的方式之一。當(dāng)前，我國大部分的城市供水和排水管道多使用水泥管作為管涵，但這種涵洞對于日后的養(yǎng)護(hù)工作有著較高要求，并且一旦損壞維修起來會比較費(fèi)時費(fèi)力[5]。一旦在施工中或者后期的使用中出現(xiàn)地基不均勻沉降問題，則會導(dǎo)致管涵滲水等問題出現(xiàn)，從而給路基造成不良影響。

3 公路涵洞設(shè)計的核心內(nèi)容

3.1 確定公路涵洞的實(shí)際孔徑

公路工程的設(shè)計中，涵洞類型的選擇十分重要，而涵洞設(shè)計中的孔徑確定則是關(guān)鍵。設(shè)計中需要全面考慮工程建設(shè)的實(shí)際需求和整體的環(huán)境等因素，然后結(jié)合當(dāng)?shù)睾樗乃髑闆r及降水情況等數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行分析。涵洞的孔徑一般需要以滿足洪水水流量為基礎(chǔ)，并保證不能讓洪水流淌到馬路上，影響到其他的公路建筑物，從而減少洪水給公路造成的不利影響及經(jīng)濟(jì)損失。此外，設(shè)計中需要考慮我國的施工規(guī)范要求，將涵洞高度和公路跨徑的整體比例控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，通?？刂圃?∶1或者1∶1.5是比較合理的。此外，設(shè)計者需要考慮不同的涵洞類型其規(guī)范要求也是有所不同的，一定要保證其規(guī)范性，從而提升施工安全和使用效果[6]。

3.2 合理選擇公路涵洞位置

在公路工程的建設(shè)中，科學(xué)合理地確定公路涵洞的位置將直接關(guān)系到公路路基的穩(wěn)定性以及公路涵洞的使用效果，并且會對工程造價造成直接影響。在一些山區(qū)進(jìn)行公路涵洞建設(shè)，由于其地形起伏較大，在線路布置上會采取縱斷面為主要形式，同時會表現(xiàn)出峰谷交錯的情形。在線路布置中，一般會采取將縱斷面滲透到主體內(nèi)進(jìn)行控制，并結(jié)合施工當(dāng)?shù)氐木唧w情況來進(jìn)一步確定涵洞位置[7]。如果施工位置位于山嶺處，則需要滿足一溝一涵的需求，最大限度地保證河溝位置不變的情況下進(jìn)行涵洞位置的確定，從而降低施工對河道的影響，同時也不給下游河道的泄洪能力造成影響。

在順溝設(shè)涵中，涵洞位置一般需要保證河溝原有狀態(tài)，保持與水流方向的一致性，一方面有利于泄洪，另一方面也能減少渦流現(xiàn)象的發(fā)生。如果施工條件允許，例如水溝流量較小的情況下可以考慮移位，裁彎取直設(shè)置涵洞，促使水流條件得以調(diào)整。如果涵洞設(shè)置路線中兩條溪溝距離比較近，并且流量較小，那么在設(shè)置中可以考慮采取改溝合并的方式，不僅能提升泄洪能力，也不至于降低路基的穩(wěn)定性。

此外，公路涵洞的設(shè)計與路基排水之間有著密切關(guān)系，一般來說路基排水是通過截水溝和邊溝等匯入涵洞從而實(shí)現(xiàn)排水作用的。那么，在開展公路涵洞的設(shè)計時就需要考慮到工程自身的橫、縱以及平面的設(shè)計。例如：在公路縱斷面的凹曲線低洼位置處，公路的陡坡開始變成緩坡的位置上都會出現(xiàn)水流淤積情況，那么在設(shè)計中就應(yīng)當(dāng)設(shè)置排水涵[8]。

對于涵洞位置的選擇一定要盡量避開斷層、滑坡等不良地質(zhì)路段，這種路段一方面會給施工造成阻礙，另一方面安全性和整體的施工費(fèi)用都會受到不良影響。綜合衡量后可以將涵洞設(shè)置在邊坡穩(wěn)定、土壤密集并且地基承載能力好的位置上。但如果施工中無法避免不良地段，那么則可以在施工中對地基加以特殊加固處理，以便于保證施工效果。

3.3 合理確定涵洞洞口型式

在公路涵洞的洞口設(shè)計中經(jīng)常會遇到以下一些問題：一些設(shè)計師缺乏對實(shí)際情況的考量，采取照搬照抄的方式來確定涵洞口型式。在涵洞口的選擇上不夠準(zhǔn)確，并且形式較為單一，集中采取“跌水井+八字式”。對此，設(shè)計師在實(shí)際設(shè)計中一定要充分地調(diào)查當(dāng)?shù)氐乃那闆r和公路涵洞口的地質(zhì)、地形等，并且結(jié)合公路工程需求來考慮采用哪種洞口型式。除了日常的“跌水井+八字式”還有直墻式、一字墻等不同型式的洞口，應(yīng)當(dāng)在符合因地制宜的原則下合理使用。對于公路涵洞口的周圍地勢比較平，并且河道寬度足夠，設(shè)計中可以采取八字墻式洞口。對于河道中溝渠較多或者涵洞空間能夠滿足排水需求的情況，設(shè)計中則可以調(diào)整八字墻，將其擴(kuò)散角設(shè)置為0°，形成直墻式洞口，以便于更好地滿足施工需求[9]。此外，如果是路基較高或者涵洞本身比較長的情況下，施工中為了提高排水量，控制施工量，則可以升高蓋板涵進(jìn)口，并結(jié)合八字墻來進(jìn)行設(shè)計，最大限度上達(dá)到二者的協(xié)調(diào)配合，形成一套完整的排水體系，提升整體施工效果。

3.4 重視公路涵洞的基礎(chǔ)設(shè)計

公路涵洞的設(shè)計中涉及到很多不同的方面，其中基礎(chǔ)設(shè)計工作是最為重要的部分，需要結(jié)合施工當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件來全面衡量。通常需要將其設(shè)置在低于河床及地面的位置。涵洞的設(shè)計如果低于河床位置，應(yīng)當(dāng)保證其設(shè)置在河床底部1m以下。而設(shè)計人員需要將涵洞設(shè)計在地面之上，并對施工地區(qū)的地基和土質(zhì)進(jìn)行考慮，以便于后續(xù)的工作能順利開展。

3.5 明確涵洞設(shè)計斜度

涵洞施工位置條件是不同的，那么在施工中就會出現(xiàn)受地形限制和地物限制的情況，使得很多涵洞設(shè)計為斜交。對于此類斜交角度較大的涵洞，為了避免質(zhì)量出現(xiàn)問題，可以選擇以下方式進(jìn)行處理：

（1）控制端部沉降縫位置，提升異形端部長度，從而減少兩側(cè)的應(yīng)力差。

（2）在石拱形涵洞中需要將拱腳處涵臺和異形端部拱圈都進(jìn)行澆筑，起到鞏固整體效果的作用。如果是箱涵可以在土壓較大的一側(cè)涵臺臺背澆筑，小心擋土墻，將多余的土壓力轉(zhuǎn)移分散，從而達(dá)到壓力平衡。

（3）施工過程中需要盡量提高回填質(zhì)量，使用透水性良好的材料進(jìn)行回填，并嚴(yán)格控制回填厚度和碾壓力度，避免造成受力偏差問題。

（4）如果是流量比較小并且斜度較大的水溝或者行人較少的小路上，涵洞、通道斜度過大可能會造成經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)，對此類情況可以適當(dāng)?shù)販p小斜度，進(jìn)出口可以改為順接原溝的方式，減少經(jīng)濟(jì)支出，保證正常使用功能。

4 公路涵洞設(shè)計中的注意事項(xiàng)

4.1 施工設(shè)計避讓地下管線

公路工程建設(shè)過程中地下情況往往會比較復(fù)雜，可能會經(jīng)過一些地下的水、電、暖等管線，因此在涵洞的設(shè)計工作中需要先對實(shí)際情況及地下管線進(jìn)行調(diào)查，確定地下實(shí)際情況后再進(jìn)一步選擇涵洞類型，從而保證設(shè)計施工工作能順利開展。同時，施工前應(yīng)考慮管線的埋置深度，避免影響線路，為有效開展工作奠定基礎(chǔ)。

4.2 設(shè)置必要的沉降縫

地下埋設(shè)涵洞的距離一般來說是比較長的，并且涵洞建設(shè)的位置、環(huán)境和土質(zhì)等都有所不同，因此在設(shè)計中需要對沉降縫進(jìn)行設(shè)置。由于公路涵洞的距離及地質(zhì)環(huán)境等問題，在設(shè)計中要想保證涵洞的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，則一定要充分結(jié)合《公路涵洞設(shè)計細(xì)則》(JTG∕T D65-04—2007)進(jìn)行設(shè)計[10]。除了在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行沉降縫設(shè)置，還需要進(jìn)一步對不同位置的交匯處以及填土高度變化處進(jìn)行沉降縫設(shè)置，從而為工程質(zhì)量提供保障。

4.3 重視設(shè)計中的鋼筋布局

公路涵洞設(shè)計中的鋼筋布局也是影響施工質(zhì)量的重要因素之一。在鋼筋布局中，需要保證在合理的距離之下進(jìn)行鋼筋鋪設(shè)。因?yàn)殇佋O(shè)距離較遠(yuǎn)可能會導(dǎo)致涵洞的承重力有所下降，而鋪設(shè)距離過近則會造成空隙問題，很容易發(fā)生水化問題，或者出現(xiàn)生銹的可能性。因此，對于涵洞的設(shè)計一定要重視鋼筋布局的合理性，為涵洞的堅(jiān)固性創(chuàng)造好的條件。

4.4 其他設(shè)計注意事項(xiàng)

涵洞的設(shè)計是具有一定針對性的，不同的地區(qū)和位置對于涵洞的要求也會有所不同，而環(huán)境造成的影響則是不容忽視的問題之一。為了能有效地避免外部環(huán)境所造成的影響，在設(shè)計施工中可以對鋼筋進(jìn)行保護(hù)處理，為其進(jìn)行保護(hù)層涂刷或者在表面覆蓋瀝青等抗腐蝕材料，從根本上杜絕腐蝕問題的發(fā)生，也為公路涵洞的結(jié)構(gòu)耐久性提升提供保障。同時，在八字墻、截水墻等設(shè)計中不僅要充分考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，還應(yīng)當(dāng)充分地發(fā)揮出結(jié)構(gòu)的常用功能，這在實(shí)際工作中是提升工程質(zhì)量和使用效果的重點(diǎn)，因此需給予更多關(guān)注。

5 結(jié)束語

在公路工程建設(shè)中涵洞的設(shè)計與施工是十分重要的一部分，因此加大對這方面的研究也是非常必要的。公路涵洞的設(shè)計與其他建設(shè)工程之間存在著一定相似性，但卻也有著其本身的特殊性。在公路涵洞的設(shè)計施工中一定要綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件和自然環(huán)境等因素，通過合理的設(shè)計和選擇來找到最為合適的施工方案，并積極采取更多先進(jìn)的技術(shù)和手段，從而促使涵洞能在最大限度上發(fā)揮其作用，為我國的公路工程使用安全提供保障，也為我國現(xiàn)代化公路建設(shè)奠定穩(wěn)定基礎(chǔ)。