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公路涵洞設計的若干問題解答
涵洞作為高速公路的排水構造物之一，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，由于指標較低、資金少等原因，橋梁數量少、規模小，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造物，據近幾年的不完全統計，高速公路中涵洞（包括灌溉用）及兼排水通道數量達每公里3～5個，約占公路總造價的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過水孔道，由洞身、洞口和基礎等組成，洞身是過水孔道的主體，它一方面保證水流通過，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。洞身通常由承重結構物（拱圈、蓋板等）、涵臺、基礎以及防水層沉降縫等部分組成。涵洞洞底還應有鋪砌并有適當的縱坡坡度，以利于排水，其最小坡度為0.4%。
洞口是洞身、路基、河道三者的連接構造物。涵洞洞口形式較多，作用和特點各異。涵洞設計洞口設計十分重要且洞口與洞身及基礎需分別設計，施工時分別施工。修建洞口建筑首先使涵洞與河道順接，使水流進出順暢；其次是確保路基邊坡穩定，使之免受水流沖刷。位于涵洞上游側的洞口稱為出水口。進水口設計中應能達到“束水導流”的作用，出水口應能起到“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）；按構造形式分為管涵（常用圓管）、蓋板涵、拱涵、箱涵；按水力性質分為無壓力式、半壓力式、壓力式(倒虹吸涵)。
二、洞身構造及適用條件
1、鋼筋混凝土管涵
主要由管身、基礎、接縫及防水層構成。適用于缺少石料地區有足夠填土高度的小跨徑暗涵。一般采用單孔；多孔時不宜超過3孔，縱坡≤3％，每隔4-6m應設置一道沉降縫。洞
2、蓋板涵
主要由蓋板、涵臺、洞身鋪底、伸縮縫、防水層等構成。鋼筋混凝土蓋板涵適用于無石料地區且過水面積較大的明涵或暗涵。石蓋板涵適用于石料豐富、且過水流量較小的小型涵洞。
3、拱涵
拱涵主要由拱圈、護拱、涵臺、基礎、鋪底、沉降縫及排水設施組成。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、變形縫等組成。箱涵為整體閉合式鋼筋混凝土框架結構，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、涵洞的設計
1、涵址測量
涵位中樁釘設
直線上的涵位用花桿穿線的辦法（經違儀）確定中樁，或用全站儀坐標法定設中樁。曲線上的涵位用切線支距法定設中樁。
切線支距法步驟：
1、預估ZY到涵中心樁的曲線長。
2、查切線支距X、Y，或根據曲線長和偏角計算X、Y。
3、沿切線方向量X、垂直距離Y得中心樁。
4、若該點不是河溝中心，則再估。
測斜交角度、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。在直線上測量涵洞的斜交角度相對比較容易，其測量步驟如下：
1、立經緯儀于涵洞中樁，對中、整平。
2、瞄準線路的中線方向。
3、轉動水平盤，撥轉900角，讀數m。
4、順時針或逆時針轉動水平盤，瞄準河溝正中心，讀數n。
5、斜交角度：順時針轉時為α=n-m；逆時針轉時為α=m-n。
曲線上的斜交角度
曲線上斜交角度的測量首先要找到該中樁的切線方向，由切線方向撥轉900得出線路中線的垂直方向，之后才能測量出斜交角度。因此，曲線段的斜交角度的測量關鍵是找到該點的切線方向。建
測量步驟：
立儀于ZY（HY）點，對中、整平，瞄準交點方向，讀數m。
轉動水平盤，瞄準涵洞中樁，讀數n。
n-m為ZY到涵洞中樁的曲線所對應的弦切角。搬動儀器到涵洞中樁，對中整平。瞄準ZY點。
撥角n-m，得該點的切線方向。
旋轉水平讀盤900得該點的垂直方向，讀數o。
旋轉水平盤，瞄準河溝中心方向，讀數p。
p-o為斜交角度。
斷面測量
涵洞作一縱剖面圖，上下游各測15―20M。
涵位平面圖
一般不測地形圖，但地形復雜時測，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、圓管構造設計
圓管涵按無壓力式和半壓力式管涵設計，出水口為自由堰流。
?、?圓管涵按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態兩種方法分別對截面進行強度與裂縫寬度驗算。
?、?計算理論：按剛性管節計算即不考慮管節的變形，不考慮涵洞頂土柱和周圍填土間的摩擦力，采用角度分布法計算，半無限彈性體理論核算。
?、?管節配筋按純彎板斷面分析，采用雙向配筋管壁設置內外圈兩層鋼筋,管節配筋由裂縫控制設計。
?、?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范要求進行效應組合。
?、?土重：按土柱重理論計算，內摩擦角φ=35°，土容重：18KN/m3。
①.管節分標準管節和調整長度用的輔助管節。標準管節長2米，輔助管節長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.管節接頭構造：管節間縫隙用瀝青浸過的瀝青紗、瀝青麻絮填塞，外面圈滿涂熱瀝青兩層。
3、蓋板構造設計
蓋板涵裝配式鋼筋混凝土預制板按兩端簡支板計算內力，不考慮涵臺傳來的水平力；蓋板設計為變厚度板，根據內力計算分別確定跨中與板端的厚度；計算涵洞上車輛荷載引起的豎向土壓力時，車輪按其著地面積的邊緣向下按30°角擴散，當幾個車輪的擴散線相重疊時以最外邊擴散線為準；蓋板上最小填土厚度為0.5m；向
預制蓋板按99cm和74cm兩種寬度繪制，若需要變更蓋板寬度時，可參照本圖的配筋根數，按實際板寬進行折算；
4、計算涵臺內力
計算涵臺內力時，將分離式基礎蓋板涵結構型式簡化成蓋板與涵底鋪砌為橫向支撐，涵臺為上下端簡支的豎梁，承受臺后的水平壓力；對整體式基礎蓋板涵洞，按一端簡支，一端固定的豎梁計算；臺后荷載換算成土柱高度，計算臺后土壓力；涵洞之基底應力小于本圖擬定的容許值范圍時，可在基底設置砂礫、碎石或砂墊層，提高地基承載力，使其達到容許范圍；面
5、涵洞布置設計
涵洞的布置設計需要考慮到涵洞施工為止的具體的地理環境與地質條件，尤其是河溝兩岸各種地質因素的變化，在涵洞的布置設計之前應該做好當地地質條件的勘察工作，并提出最好的解決方式，有條件的話可以通過仿真模擬實驗來為施工做參考。在涵洞的布置設計中的兩項核心工作是縱斷面的布置設計（圖7）與平面布置設計（圖8），通過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。優化這兩項工作可以使道路的通行與涵洞的排水得到充分的保障。
涵洞的布置設計應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，因此在設計工作的開展中應該綜合考慮各項因素，做到整體的優化。在公路涵洞的施工中所要設計的涵洞數量非常多，因此必須對每個涵洞都進行仔細的勘察，獲得第一手資料，最后做出具體的設計方案。準
結束語
現實工程中涵洞的設計工作至關重要，考慮到了各個細節可能存在的問題并采取措施加以防范解決，這對于后期的施工有著巨大的幫助，同時也能夠使施工的質量有完整的保障。因此在設計階段，設計人員的工作相當繁重，必須給予高度重視。
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