高速公路涵洞设计探讨

高速公路涵洞设计探讨

作者：孙庆帮 张学萍

来源：《中国科技纵横》2012年第11期

摘要:高速公路作为经济建设的重要组成部分,高速公路是经济发展的必然产物。而涵洞作为高速公路的重要结构物在其中起的作用是不容忽视的。本文对公路涵洞工程勘测方法进行了初步探讨,对不同施工阶段的新建公路和改建、扩建公路的涵洞进行勘测。 关键词:高速公路 涵洞 设计 勘测

随着我国公路工程投资建设规模的快速发展,作为公路工程附属结构的涵洞的数量与日俱增。涵洞是为了渲泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物,其作用是迅速排除公路沿线的地表水,保证路基安全。作为公路工程中的重要组成部分之一,无论是在工程数量还是在工程造价上,都占有相当的比重。 1、涵洞测设 1.1 涵洞的合理定位

涵洞位置应服从路线走向。涵洞位置的合理确定要考虑河流的状态、地形及路线的平纵横设计、路基的排水等问题,此外还要考虑当地的地质资料。

涵洞位置的设置尽量保持河流的原有状态,斜度也尽量与原有沟渠方向一致,在条件允许的情况下尽量使涵洞正交布置,这样有利于泄洪,可以减少涡流的现象产生。而且涵洞长度最短、造价较低。实际工程中,由于正交涵洞的工程量较少,故在外业勘察中若路线经过的两条或几条相距较近的溪沟,且流量又小,在地形上便于通过边沟和改沟相连。

涵洞位置的确定要结合地形和路线平纵设计。当排除路基内侧边沟水,位置一般设在凹形竖曲线最低洼处附近;或者在路线纵坡由陡变缓处,这些位置容易产生急流和不利冲刷。涵洞的位置布置时应结合涵位的地质资料。尽量避开滑坡、断层、崩塌或泥石流发育严重等不良地质地段,若无法避开不良地质时,则基础以及地基必须根据涵洞实际地质情况进行特殊的加固设计。

1.2 涵洞类型的选择

涵洞是根据连通器的原理,常用砖、石、混凝土和钢筋混凝土等材料筑成。涵洞的类型决定了它的功能、造价和使用年限。涵洞类型的选择应符合因地制宜、就地取材、安全经济、便于施工和养护的原则,同时,要结合地形、地质水文和水力条件等因素,综合考虑。

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根据构造型式涵洞可分为:圆管涵、拱涵、盖板涵和箱涵。各种型式的涵洞,有各自的适用性和优缺点,应比较而定。选择上述涵洞类型时要考虑净空断面的大小、地基的状况、施工条件及工程造价等。知道了如何选择涵洞类型后就要进一步了解各类涵洞的特点及使用条件了。 1.2.1 圆管涵

钢筋混凝土圆管涵是常用的圆管涵,多应用在农灌区。具有管节形状较简单,基础工程简易,受力情况和适应基础性能较好,不需墩台,圬工数量小,造价低,而且又可在成品厂集中预制,利于装配运输等特点。但是,也存在过水能力小,泄洪能力差等问题,不适用洪水夹石块的河沟,也不宜用作立交涵或人工灌溉渠道。而且施工过程中接缝的处理和防水层的设置(倒虹吸管)不易保证其质量,会因为漏水问题而影响路基的稳定。 1.2.2 石拱涵

作为山区公路常采用的类型之一。它净空较大,能通过较大的洪水流量,石料丰富地区便于就地取材,不用或少用钢材,而且结构坚固,施工技术简单,专用设备少,适于群众建桥。结构坚固、自重及超载潜力大,一般养护费用低,节约钢材,经久耐用。拱涵只要在恒载条件下不变形,一般超载潜力较大,砌筑技术易于群众掌握,是我国的传统结构类型。 1.2.3 盖板涵

相对于管涵和石拱涵而言,它既具有就地取材、结构坚同等特点外,对洞顶填土高度要求较低,甚至可以不填土,而且为简支结构,其边墙尺寸较拱涵小,工程量节省;对地基应力要求不高,遭受破坏后容易修复。盖板箱涵内过水面积比同孔径的拱涵大,排水能力较拱涵为强。能采用工厂预制、现场装配、施工简便迅速。因此盖板涵应用更为广泛。 1.2.4 箱涵

箱涵的应用较前3种少,其特点是整体性强,对地基条件要求小,但它钢材数量需求大,施工困难,造价高。主要适用于软土地基地段或具有其它特殊要求的地区。 1.3 涵洞孔径的确定

涵洞孔径是指涵洞洞身过水净空的大小。一般根据汇水面积和流量或流速等综合考虑。涵洞孔径的大小应该满足以宣泄设计洪水流量,并保证涵前雍水不致过高,涵内流速不致冲刷河床或结构物。但涵洞洞身随路基填土高度增加而增长,洞身断面尺寸对工程数量影响较大。因此要求跨径与台高有一定比例关系,其经济比例通常为1:1～l:1.5。对于高速公路,涵洞—般较长,若孔径偏小,则不利于养护和清淤。 2、不同施工阶段的公路勘测

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2.1 新建公路

新建公路的涵洞勘测,是通过全线的详细工程地质调查与测绘,划分出工程地质分区,再根据工程地质分区的不同分别对待。 2.2 改建、扩建公路

对于改建、扩建公路的涵洞勘测,要注意到在勘测中资料的更新,因为建成后公路两侧的地貌发生了变化,地层岩性也会有变化。对于老公路,涵洞的地质资料是在原始地貌情况下取得的。如平原区路线两侧多成為取土坑,经多年的淤积,可能会形成软层;丘陵区及山区公路的左右侧有时地层岩性变化会很大。实际操作上,根据工程中的各不相同的情况,要逐涵进行勘探,绝不能由于勘探困难就简单地利用既有资料。因此,应查明现有涵洞的工程地质条件;并查明有无因地质问题造成变形破坏的现象,通过分析研究其原因,提出能否加固利用的评价;对于隐蔽地基基底的岩土物理力学性能进行调查,并调查冻结与冲刷深度等,为公路改扩建设计与施工提供地质资料。 3、结语