论文部分内容阅读
摘要：本文就公路涵洞的设计方面进行了探讨，详细介绍了涵洞设计的主要内容、原则及注意事项，以期能为公路涵洞更好地进行设计而提供参考借鉴。
关键词：公路涵洞；设计；探讨
所谓的公路涵洞，就是指横贯公路路基，用以泄水或通过人、畜、车辆的小型构筑物。然而，涵洞的位置、规模、建设标准、与附近沟渠的衔接情况等问题，对公路行车的安全性、舒适性、路基路面的稳定性、周边灌溉系统的畅通性等密切相关。所以，做好公路涵洞的设计就显得十分重要。本文针对公路涵洞的设计方面进行了探讨，以期能为公路涵洞更好地进行设计而提供参考借鉴。
1 外业勘查
外业勘查在涵洞设计工作中扮演着重要的角色。外业勘测主要包括涵位处的水文、地质等方面内容。水文勘查的主要内容，应满足工程水文分析和计算的需要。在调查过程中，应注意以下三个方面：
（1）在调查河沟或冲沟时，应尽量把河沟或冲沟的尺寸断面、测时水深、流水方向及坡比测量出来，此外还应对初步确定的涵位处的地形、地貌、地质情况进行详细调查，初步确定涵底的设计高程及纵坡，为后续的设计工作打好基础。
（2）注意对涵位上下游既有结构物的类型、尺寸、构造材料、使用功能、使用情况进行详细调查。往往在设计工作中，这些既有结构物的资料会极大地影响涵洞的位置、尺寸、基础形式及使用功能的确定。
（3）应组织测量人员对涵洞的纵断面地面线进行实地测量，野外测量涵洞的纵断面地面线主要有较为精确的相对中桩法及较为粗糙的抬杆法。
2 内业设计
内业设计是涵洞设计的主要内容，应合理、充分地利用外业勘测资料，在综合考虑实际地形、路线平纵面总体布置等数据的基础上，做好以下几方面工作内容：
2.1 流量计算
利用初定涵位处的汇水面积、比降等资料和相应的小桥涵计算公式，一般采用径流形成法计算出该涵位处的设计流量QP，为后续涵位、孔径的最终确定做准备。
2.2 涵位的最终确定
实际工作中，涵位的确定需要综合考虑多方面内容，主要有以下几点：
（1）涵洞的位置应在考虑路线平纵线形的布设要求的前提下，尽量选在地形较好，地质条件良好，地基承载力较高、较稳定的地方。
（2）原则上每个汇水区或每条河沟、冲沟都应设置小桥涵，但实际工作中，在地形条件允许的情况下，为了节省造价，合理利用地形条件，可以考虑将相邻的多个汇水区域或河沟、冲沟合并到一个涵洞处排水、灌溉。如图1所示。
（3）在河沟位置处布设涵洞时，涵洞与路线平面的交角应尽量和河沟与路线的交角相一致。实际设计工作中，为了便于设计和施工，斜交涵洞的角度一般由河沟与路线实际交角和设计单位既有的斜交盖板通用图的尺寸来决定。如图2所示。
（4）当与路线斜交处河沟地质较差，地基承载力不足或斜交涵洞涵长较长时，从经济和技术上考虑，可改移河沟位置至附近地质良好、经济技术评价较好的位置设涵。切不可单纯为了缩短涵长、降低造价而硬性地改沟改河。如图3所示。
（5）在冲沟处设涵时，应对比冲沟底及冲沟两侧山体的地质、水文情况。当冲沟底的地质较差、坡率很大时，应将涵位设置于地质良好的山体一侧，涵底坡率应适当减缓，以防止水流过急对洞口和基础造成过大冲刷。如图4所示。
（6）当河沟顺着路线方向，河沟两岸地形较陡，用改沟改河的方法不能解决灌排水问题时，可考虑设置纵向涵（涵轴线与路线相平行或相一致）。如图5所示。
2.3 涵底纵坡的确定
涵底纵坡应与涵位处的实际地形相适应，主要根据外业调查资料来具体确定。根据规范及本人的设计经验，对于钢筋混凝土圆管涵，纵坡宜≯3%；对于钢筋混凝土盖板涵，纵坡宜≯5%，否则应考虑将涵洞做成台阶式的，即阶梯涵。此外，八字墙的进出口纵坡应与涵底纵坡相一致。
2.4 涵洞洞口的布置设计
涵洞洞口形式多样，构造多变，十分灵活，洞口形式主要有：八字墙、一字墙、跌水井以及各种组合式洞口等。一般正交涵洞洞口的水流扩散角取15°～30°，特殊情况下可设为0°，顺沟以利水流通过。涵洞洞口的布置设计应注意以下几点：
（1）当涵洞上下游地形较缓时，进出口形式一般设置为八字墙。
（2）当涵洞上游进口处地形较陡，设置八字墙导致开挖过多时，应改为设置跌水井。设置跌水井时，要注意防止井底过小导致淤积。当井口较大，应在井口处设置盖板，防止人畜掉落井中。
（3）八字墙的翼墙低端高度应与河沟的深度相一致，避免因翼墙低端高度较低造成水流分散，影响灌溉和排水功能。同时较低的翼墙低端高度没有对水流起引导作用，从工程经济和功能作用方面来说是一种浪费。
（4）当河沟较深（一般>1.5m）时，八字墙前端高度应与河沟深度相协调，为了保证翼墙稳定，应适当加厚八字墙垂直墙顶的宽度。
（5）对于河沟较深处的涵洞，在八字墙进出口的翼墙前设置一定长度的平头段（长度一般以路基边坡的边界作为参考）引导排水。
2.5 涵洞的孔径设计
涵洞孔径设计的基本原则包括：
（1）从本人的设计经验来看，合理的跨高比能够很好地改善涵洞使用性能，降低工程造价。一般情况下，涵洞的跨高比通常为0.75～1.125。
（2）涵洞的跨径大小需综合考虑河沟水深、河沟冲刷强度来确定。此外为了防止涵前雍水过高、水流无法迅速宣泄等不良情况出现，涵洞的净高应与跨径结合到一起考虑。
（3）本着充分有效利用资源，缩短涵长，节省造价，提高涵洞使用性能的原则，在涵洞孔径设计时要考虑最不利情况，例如：洪峰时，水流充满整个洞身。
（4）涵洞孔径设计时用到的水力图式有：无压力式，半压力式及压力式。工程中一般常用的是无压力式涵洞，而压力式涵洞用得较多的形式是倒虹吸圆管涵。无压力式涵洞通俗的含义是：水流没有充满整个洞身，上游洞口有一定雍水，但未高至洞顶的涵洞。其常用的简化计算公式为：
①盖板涵：
B=QP/（1.575H3/2）（1）
②圆管涵：
D=（QP/1.69）2/5（2）
式中：B、D——涵洞净宽，m；
QP——设计流量；
H——涵前水深。
2.6 涵洞的基础设计
盖板涵的基础形式主要有整体式和分离式两种。涵洞基础形式的确定要结合基础应力计算结果和涵位处的地质情况综合考虑。涵洞基础，在无冲刷处，应设在地面或河床底以下埋深≮1m处；如有冲刷，基底埋深应在局部冲刷线以下≮1m；如河床上有铺砌层时，基础底面宜设置在铺砌层顶面以下≮1m。在软弱地基或软土上修建涵洞基础时，可采用砂砾垫层或粉砂桩处理。砂砾垫层适用于淤泥、淤泥质土、冲填土、素填土、杂填土的浅层处理。不含植物残体等杂质，其中黏粒含量应≯5%，粉粒含量≮25%，砾料粒径以≯50mm为宜。砂砾垫层的变形模量和强度比软弱地基或软土大，基础底面的压应力通过砂砾垫层的扩散作用分布到较大的实体面积上。砂砾垫层顶面尺寸应为基底尺寸每边加宽≮0.3m，垫层厚度宜≮0.5m，且≯3m。
3 结语
综上所述，涵洞是公路排水构造物的重要组成部分之一，而涵洞设计是公路工程设计中不可忽视的一部分，涵洞设计的优劣直接影响着公路工程建设质量及工程造价。因此，为了做好公路涵洞的设计工作，就应该认真做好公路工程外业勘查和内业设计工作，合理有效地利用外业勘查资料，协调好工程设计中各专业组之间的关系，从而提高涵洞工程的施工质量，减少工程设计事故的发生。
参考文献：
[1] 常辉、张洪文.高速公路涵洞设计探讨[J].城市建设（下旬刊）.2010（04）.
[2] 常辉、李全文、曹雪梅、孙海枫.公路涵洞设置与设计的探讨[J].四川建筑.2007（S1）.
关键词：公路涵洞；设计；探讨
所谓的公路涵洞，就是指横贯公路路基，用以泄水或通过人、畜、车辆的小型构筑物。然而，涵洞的位置、规模、建设标准、与附近沟渠的衔接情况等问题，对公路行车的安全性、舒适性、路基路面的稳定性、周边灌溉系统的畅通性等密切相关。所以，做好公路涵洞的设计就显得十分重要。本文针对公路涵洞的设计方面进行了探讨，以期能为公路涵洞更好地进行设计而提供参考借鉴。
1 外业勘查
外业勘查在涵洞设计工作中扮演着重要的角色。外业勘测主要包括涵位处的水文、地质等方面内容。水文勘查的主要内容，应满足工程水文分析和计算的需要。在调查过程中，应注意以下三个方面：
（1）在调查河沟或冲沟时，应尽量把河沟或冲沟的尺寸断面、测时水深、流水方向及坡比测量出来，此外还应对初步确定的涵位处的地形、地貌、地质情况进行详细调查，初步确定涵底的设计高程及纵坡，为后续的设计工作打好基础。
（2）注意对涵位上下游既有结构物的类型、尺寸、构造材料、使用功能、使用情况进行详细调查。往往在设计工作中，这些既有结构物的资料会极大地影响涵洞的位置、尺寸、基础形式及使用功能的确定。
（3）应组织测量人员对涵洞的纵断面地面线进行实地测量，野外测量涵洞的纵断面地面线主要有较为精确的相对中桩法及较为粗糙的抬杆法。
2 内业设计
内业设计是涵洞设计的主要内容，应合理、充分地利用外业勘测资料，在综合考虑实际地形、路线平纵面总体布置等数据的基础上，做好以下几方面工作内容：
2.1 流量计算
利用初定涵位处的汇水面积、比降等资料和相应的小桥涵计算公式，一般采用径流形成法计算出该涵位处的设计流量QP，为后续涵位、孔径的最终确定做准备。
2.2 涵位的最终确定
实际工作中，涵位的确定需要综合考虑多方面内容，主要有以下几点：
（1）涵洞的位置应在考虑路线平纵线形的布设要求的前提下，尽量选在地形较好，地质条件良好，地基承载力较高、较稳定的地方。
（2）原则上每个汇水区或每条河沟、冲沟都应设置小桥涵，但实际工作中，在地形条件允许的情况下，为了节省造价，合理利用地形条件，可以考虑将相邻的多个汇水区域或河沟、冲沟合并到一个涵洞处排水、灌溉。如图1所示。
（3）在河沟位置处布设涵洞时，涵洞与路线平面的交角应尽量和河沟与路线的交角相一致。实际设计工作中，为了便于设计和施工，斜交涵洞的角度一般由河沟与路线实际交角和设计单位既有的斜交盖板通用图的尺寸来决定。如图2所示。
（4）当与路线斜交处河沟地质较差，地基承载力不足或斜交涵洞涵长较长时，从经济和技术上考虑，可改移河沟位置至附近地质良好、经济技术评价较好的位置设涵。切不可单纯为了缩短涵长、降低造价而硬性地改沟改河。如图3所示。
（5）在冲沟处设涵时，应对比冲沟底及冲沟两侧山体的地质、水文情况。当冲沟底的地质较差、坡率很大时，应将涵位设置于地质良好的山体一侧，涵底坡率应适当减缓，以防止水流过急对洞口和基础造成过大冲刷。如图4所示。
（6）当河沟顺着路线方向，河沟两岸地形较陡，用改沟改河的方法不能解决灌排水问题时，可考虑设置纵向涵（涵轴线与路线相平行或相一致）。如图5所示。
2.3 涵底纵坡的确定
涵底纵坡应与涵位处的实际地形相适应，主要根据外业调查资料来具体确定。根据规范及本人的设计经验，对于钢筋混凝土圆管涵，纵坡宜≯3%；对于钢筋混凝土盖板涵，纵坡宜≯5%，否则应考虑将涵洞做成台阶式的，即阶梯涵。此外，八字墙的进出口纵坡应与涵底纵坡相一致。
2.4 涵洞洞口的布置设计
涵洞洞口形式多样，构造多变，十分灵活，洞口形式主要有：八字墙、一字墙、跌水井以及各种组合式洞口等。一般正交涵洞洞口的水流扩散角取15°～30°，特殊情况下可设为0°，顺沟以利水流通过。涵洞洞口的布置设计应注意以下几点：
（1）当涵洞上下游地形较缓时，进出口形式一般设置为八字墙。
（2）当涵洞上游进口处地形较陡，设置八字墙导致开挖过多时，应改为设置跌水井。设置跌水井时，要注意防止井底过小导致淤积。当井口较大，应在井口处设置盖板，防止人畜掉落井中。
（3）八字墙的翼墙低端高度应与河沟的深度相一致，避免因翼墙低端高度较低造成水流分散，影响灌溉和排水功能。同时较低的翼墙低端高度没有对水流起引导作用，从工程经济和功能作用方面来说是一种浪费。
（4）当河沟较深（一般>1.5m）时，八字墙前端高度应与河沟深度相协调，为了保证翼墙稳定，应适当加厚八字墙垂直墙顶的宽度。
（5）对于河沟较深处的涵洞，在八字墙进出口的翼墙前设置一定长度的平头段（长度一般以路基边坡的边界作为参考）引导排水。
2.5 涵洞的孔径设计
涵洞孔径设计的基本原则包括：
（1）从本人的设计经验来看，合理的跨高比能够很好地改善涵洞使用性能，降低工程造价。一般情况下，涵洞的跨高比通常为0.75～1.125。
（2）涵洞的跨径大小需综合考虑河沟水深、河沟冲刷强度来确定。此外为了防止涵前雍水过高、水流无法迅速宣泄等不良情况出现，涵洞的净高应与跨径结合到一起考虑。
（3）本着充分有效利用资源，缩短涵长，节省造价，提高涵洞使用性能的原则，在涵洞孔径设计时要考虑最不利情况，例如：洪峰时，水流充满整个洞身。
（4）涵洞孔径设计时用到的水力图式有：无压力式，半压力式及压力式。工程中一般常用的是无压力式涵洞，而压力式涵洞用得较多的形式是倒虹吸圆管涵。无压力式涵洞通俗的含义是：水流没有充满整个洞身，上游洞口有一定雍水，但未高至洞顶的涵洞。其常用的简化计算公式为：
①盖板涵：
B=QP/（1.575H3/2）（1）
②圆管涵：
D=（QP/1.69）2/5（2）
式中：B、D——涵洞净宽，m；
QP——设计流量；
H——涵前水深。
2.6 涵洞的基础设计
盖板涵的基础形式主要有整体式和分离式两种。涵洞基础形式的确定要结合基础应力计算结果和涵位处的地质情况综合考虑。涵洞基础，在无冲刷处，应设在地面或河床底以下埋深≮1m处；如有冲刷，基底埋深应在局部冲刷线以下≮1m；如河床上有铺砌层时，基础底面宜设置在铺砌层顶面以下≮1m。在软弱地基或软土上修建涵洞基础时，可采用砂砾垫层或粉砂桩处理。砂砾垫层适用于淤泥、淤泥质土、冲填土、素填土、杂填土的浅层处理。不含植物残体等杂质，其中黏粒含量应≯5%，粉粒含量≮25%，砾料粒径以≯50mm为宜。砂砾垫层的变形模量和强度比软弱地基或软土大，基础底面的压应力通过砂砾垫层的扩散作用分布到较大的实体面积上。砂砾垫层顶面尺寸应为基底尺寸每边加宽≮0.3m，垫层厚度宜≮0.5m，且≯3m。
3 结语
综上所述，涵洞是公路排水构造物的重要组成部分之一，而涵洞设计是公路工程设计中不可忽视的一部分，涵洞设计的优劣直接影响着公路工程建设质量及工程造价。因此，为了做好公路涵洞的设计工作，就应该认真做好公路工程外业勘查和内业设计工作，合理有效地利用外业勘查资料，协调好工程设计中各专业组之间的关系，从而提高涵洞工程的施工质量，减少工程设计事故的发生。
参考文献：
[1] 常辉、张洪文.高速公路涵洞设计探讨[J].城市建设（下旬刊）.2010（04）.
[2] 常辉、李全文、曹雪梅、孙海枫.公路涵洞设置与设计的探讨[J].四川建筑.2007（S1）.