行業(yè)資訊
公路涵洞設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題解答
涵洞作為高速公路的排水構(gòu)造物之一，與橋梁、邊溝、排水溝、截水溝等一起組成了公路的排水體系。在普通公路的排水體系中，由于指標(biāo)較低、資金少等原因，橋梁數(shù)量少、規(guī)模小，涵洞是最重要的排水溝造物，在高速公路中，涵洞也是重要的排水構(gòu)造物，據(jù)近幾年的不完全統(tǒng)計(jì)，高速公路中涵洞（包括灌溉用）及兼排水通道數(shù)量達(dá)每公里3～5個(gè)，約占公路總造價(jià)的15%。x
一、涵洞的組成與分類
1、涵洞的組成
涵洞是路基下的一個(gè)過(guò)水孔道，由洞身、洞口和基礎(chǔ)等組成，洞身是過(guò)水孔道的主體，它一方面保證水流通過(guò)，另一方面也直接承受荷載壓力和填土壓力，并將其傳給地基。洞身通常由承重結(jié)構(gòu)物（拱圈、蓋板等）、涵臺(tái)、基礎(chǔ)以及防水層沉降縫等部分組成。涵洞洞底還應(yīng)有鋪砌并有適當(dāng)?shù)目v坡坡度，以利于排水，其最小坡度為0.4%。
洞口是洞身、路基、河道三者的連接構(gòu)造物。涵洞洞口形式較多，作用和特點(diǎn)各異。涵洞設(shè)計(jì)洞口設(shè)計(jì)十分重要且洞口與洞身及基礎(chǔ)需分別設(shè)計(jì)，施工時(shí)分別施工。修建洞口建筑首先使涵洞與河道順接，使水流進(jìn)出順暢；其次是確保路基邊坡穩(wěn)定，使之免受水流沖刷。位于涵洞上游側(cè)的洞口稱為出水口。進(jìn)水口設(shè)計(jì)中應(yīng)能達(dá)到“束水導(dǎo)流”的作用，出水口應(yīng)能起到“散水防沖”的作用。"
2、涵洞的分類
按建筑材料分為石涵、混凝土涵、鋼筋混凝土涵、其它材料組成的涵洞（磚、陶瓷、鑄鐵、鋼波紋管、石灰三合土等，少用）；按構(gòu)造形式分為管涵（常用圓管）、蓋板涵、拱涵、箱涵；按水力性質(zhì)分為無(wú)壓力式、半壓力式、壓力式(倒虹吸涵)。
二、洞身構(gòu)造及適用條件
1、鋼筋混凝土管涵
主要由管身、基礎(chǔ)、接縫及防水層構(gòu)成。適用于缺少石料地區(qū)有足夠填土高度的小跨徑暗涵。一般采用單孔；多孔時(shí)不宜超過(guò)3孔，縱坡≤3％，每隔4-6m應(yīng)設(shè)置一道沉降縫。洞
2、蓋板涵
主要由蓋板、涵臺(tái)、洞身鋪底、伸縮縫、防水層等構(gòu)成。鋼筋混凝土蓋板涵適用于無(wú)石料地區(qū)且過(guò)水面積較大的明涵或暗涵。石蓋板涵適用于石料豐富、且過(guò)水流量較小的小型涵洞。
3、拱涵
拱涵主要由拱圈、護(hù)拱、涵臺(tái)、基礎(chǔ)、鋪底、沉降縫及排水設(shè)施組成。適用于跨越深溝或高路堤。
4、箱涵
主要由鋼筋混凝土涵身、翼墻、基礎(chǔ)、變形縫等組成。箱涵為整體閉合式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，所以具有良好的整體性及抗震性能。一般僅在軟土基上采用。
三、涵洞的設(shè)計(jì)
1、涵址測(cè)量
涵位中樁釘設(shè)
直線上的涵位用花桿穿線的辦法（經(jīng)違儀）確定中樁，或用全站儀坐標(biāo)法定設(shè)中樁。曲線上的涵位用切線支距法定設(shè)中樁。
切線支距法步驟：
1、預(yù)估ZY到涵中心樁的曲線長(zhǎng)。
2、查切線支距X、Y，或根據(jù)曲線長(zhǎng)和偏角計(jì)算X、Y。
3、沿切線方向量X、垂直距離Y得中心樁。
4、若該點(diǎn)不是河溝中心，則再估。
測(cè)斜交角度、高程
直線上的斜交角度
涵洞的斜交角度指的是涵洞的中心線與道路中線垂直方向的夾角。在直線上測(cè)量涵洞的斜交角度相對(duì)比較容易，其測(cè)量步驟如下：
1、立經(jīng)緯儀于涵洞中樁，對(duì)中、整平。
2、瞄準(zhǔn)線路的中線方向。
3、轉(zhuǎn)動(dòng)水平盤，撥轉(zhuǎn)900角，讀數(shù)m。
4、順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)水平盤，瞄準(zhǔn)河溝正中心，讀數(shù)n。
5、斜交角度：順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)為α=n-m；逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)為α=m-n。
曲線上的斜交角度
曲線上斜交角度的測(cè)量首先要找到該中樁的切線方向，由切線方向撥轉(zhuǎn)900得出線路中線的垂直方向，之后才能測(cè)量出斜交角度。因此，曲線段的斜交角度的測(cè)量關(guān)鍵是找到該點(diǎn)的切線方向。建
測(cè)量步驟：
立儀于ZY（HY）點(diǎn)，對(duì)中、整平，瞄準(zhǔn)交點(diǎn)方向，讀數(shù)m。
轉(zhuǎn)動(dòng)水平盤，瞄準(zhǔn)涵洞中樁，讀數(shù)n。
n-m為ZY到涵洞中樁的曲線所對(duì)應(yīng)的弦切角。搬動(dòng)儀器到涵洞中樁，對(duì)中整平。瞄準(zhǔn)ZY點(diǎn)。
撥角n-m，得該點(diǎn)的切線方向。
旋轉(zhuǎn)水平讀盤900得該點(diǎn)的垂直方向，讀數(shù)o。
旋轉(zhuǎn)水平盤，瞄準(zhǔn)河溝中心方向，讀數(shù)p。
p-o為斜交角度。
斷面測(cè)量
涵洞作一縱剖面圖，上下游各測(cè)15―20M。
涵位平面圖
一般不測(cè)地形圖，但地形復(fù)雜時(shí)測(cè)，范圍為河槽寬的4倍。比例1：200―1：500，等高線1m一根，平坦地0.5m一根。
2、圓管構(gòu)造設(shè)計(jì)
圓管涵按無(wú)壓力式和半壓力式管涵設(shè)計(jì)，出水口為自由堰流。
①.圓管涵按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩種方法分別對(duì)截面進(jìn)行強(qiáng)度與裂縫寬度驗(yàn)算。
②.計(jì)算理論：按剛性管節(jié)計(jì)算即不考慮管節(jié)的變形，不考慮涵洞頂土柱和周圍填土間的摩擦力，采用角度分布法計(jì)算，半無(wú)限彈性體理論核算。
③.管節(jié)配筋按純彎板斷面分析，采用雙向配筋管壁設(shè)置內(nèi)外圈兩層鋼筋,管節(jié)配筋由裂縫控制設(shè)計(jì)。
④.汽車荷載作為可變作用，填土及管身自重作為永久作用按規(guī)范要求進(jìn)行效應(yīng)組合。
⑤.土重：按土柱重理論計(jì)算，內(nèi)摩擦角φ=35°，土容重：18KN/m3。
①.管節(jié)分標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)和調(diào)整長(zhǎng)度用的輔助管節(jié)。標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)2米，輔助管節(jié)長(zhǎng)1米和0.5米。
②.洞口水流條件較好，采用八字墻型式洞口。
③.管節(jié)接頭構(gòu)造：管節(jié)間縫隙用瀝青浸過(guò)的瀝青紗、瀝青麻絮填塞，外面圈滿涂熱瀝青兩層。
3、蓋板構(gòu)造設(shè)計(jì)
蓋板涵裝配式鋼筋混凝土預(yù)制板按兩端簡(jiǎn)支板計(jì)算內(nèi)力，不考慮涵臺(tái)傳來(lái)的水平力；蓋板設(shè)計(jì)為變厚度板，根據(jù)內(nèi)力計(jì)算分別確定跨中與板端的厚度；計(jì)算涵洞上車輛荷載引起的豎向土壓力時(shí)，車輪按其著地面積的邊緣向下按30°角擴(kuò)散，當(dāng)幾個(gè)車輪的擴(kuò)散線相重疊時(shí)以最外邊擴(kuò)散線為準(zhǔn)；蓋板上最小填土厚度為0.5m；向
預(yù)制蓋板按99cm和74cm兩種寬度繪制，若需要變更蓋板寬度時(shí)，可參照本圖的配筋根數(shù)，按實(shí)際板寬進(jìn)行折算；
4、計(jì)算涵臺(tái)內(nèi)力
計(jì)算涵臺(tái)內(nèi)力時(shí)，將分離式基礎(chǔ)蓋板涵結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)化成蓋板與涵底鋪砌為橫向支撐，涵臺(tái)為上下端簡(jiǎn)支的豎梁，承受臺(tái)后的水平壓力；對(duì)整體式基礎(chǔ)蓋板涵洞，按一端簡(jiǎn)支，一端固定的豎梁計(jì)算；臺(tái)后荷載換算成土柱高度，計(jì)算臺(tái)后土壓力；涵洞之基底應(yīng)力小于本圖擬定的容許值范圍時(shí)，可在基底設(shè)置砂礫、碎石或砂墊層，提高地基承載力，使其達(dá)到容許范圍；面
5、涵洞布置設(shè)計(jì)
涵洞的布置設(shè)計(jì)需要考慮到涵洞施工為止的具體的地理環(huán)境與地質(zhì)條件，尤其是河溝兩岸各種地質(zhì)因素的變化，在涵洞的布置設(shè)計(jì)之前應(yīng)該做好當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的勘察工作，并提出最好的解決方式，有條件的話可以通過(guò)仿真模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)為施工做參考。在涵洞的布置設(shè)計(jì)中的兩項(xiàng)核心工作是縱斷面的布置設(shè)計(jì)（圖7）與平面布置設(shè)計(jì)（圖8），通過(guò)縱斷面確定洞口和洞身的形式，平面布置可以確定涵洞的布置。優(yōu)化這兩項(xiàng)工作可以使道路的通行與涵洞的排水得到充分的保障。
涵洞的布置設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足的要求是道路的通行方面、涵洞的排水方便、工程的施工方便，因此在設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展中應(yīng)該綜合考慮各項(xiàng)因素，做到整體的優(yōu)化。在公路涵洞的施工中所要設(shè)計(jì)的涵洞數(shù)量非常多，因此必須對(duì)每個(gè)涵洞都進(jìn)行仔細(xì)的勘察，獲得第一手資料，最后做出具體的設(shè)計(jì)方案。準(zhǔn)
結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)實(shí)工程中涵洞的設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要，考慮到了各個(gè)細(xì)節(jié)可能存在的問(wèn)題并采取措施加以防范解決，這對(duì)于后期的施工有著巨大的幫助，同時(shí)也能夠使施工的質(zhì)量有完整的保障。因此在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員的工作相當(dāng)繁重，必須給予高度重視。
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