公路涵洞设计内容及注意事项

公路涵洞设计内容及注意事项
作者：宋巨锋
来源：《建筑工程技术与设计》2015年第14期
【摘要】公路设计时因公路的修建改变了既有的地面排水系统，为了保持水流的既有流向就要设置涵洞。

笔者在工作实践中总结了公路涵洞设计的具体内容以及设计中应注意的细节与大家共同探讨。

【关键词】公路涵洞外业调查内业设计注意事项
一、外业调查
1、主要调查内容：涵洞外业调查主要是为了准确确定涵洞孔径、交角，进行涵洞流量计算、以及进行涵洞进出口设置做资料准备。

根据以上要求涵洞外业调查时应着重记录涵洞附近及周边的地形地貌、植被覆盖情况、地表土土壤类别、应特别注意涵洞进出口位置的地面自然边坡坡度。

对于有常流水的沟渠还应注意测量沟渠的水深、沟宽以及沟底土质情况。

另外还应搜集当地水文计算的经验公式，到当地气象部门收集年最大降雨量、平均降雨量等气象水文资料。

当然必要时要对每个涵洞基底一定深度范围的地质情况进行挖探和钻探，以获取更详细的地质资料。

2、调查资料的内业使用：内业时应根据调查收集的资料进行水文计算分析。

水文计算一般采用暴雨推理法、径流形成法、形态调查法或直接类比法。

计算时一般至少采用两种或两种以上的计算公式来进行计算核对。

采用当地水文计算的经验公式，或采用《公路涵洞设计细则》所推荐的公式计算时，公式中的相关参数应根据细则和调查资料取得，其中汇水面积可以利用1：2000或1：5万地形图上进行勾绘。

综合以上资料就可以获得针对每个涵洞的流量计算表。

二、涵洞类型和孔径选择
1、一般常用的涵洞分别盖板暗涵、盖板明涵、圆管涵、箱涵、拱涵、波纹管涵。

以上涵洞均有其使用的条件和使用范围。

比如圆管涵孔径最大一般为2.0m，计算流量较大时就无法使用，圆管涵所适用的涵底纵坡规范规定一般要小于3%，涵底纵坡大于3%时应选择使用盖板涵。

盖板暗涵因其取材方面适应性强而被广泛采用。

盖板明涵主要在低等级公路中使用，一般因为低等级公路路基填土高度稍低，盖板暗涵不易设置而不得已采用盖板明涵。

箱涵因其整体性好、刚度大则在地质条件稍差的情况下使用。

拱涵则在路基填土高度较高时有较好的适应性而被采用。

波纹管涵多用在地质条件较差且天气较寒冷的地区，波纹管涵有更好的适应地基基础变形的能力。

2、涵洞类型选择后，再根据流量计算值，根据各类涵洞的水力计算公式确定涵洞孔径。

至此一个包含涵洞桩号、交角、类型、孔径的涵洞表就建立了。

接下来就可以进行涵洞的具体设计了。

三、涵洞内业设计
涵洞总体设计内容：针对不同类型的涵洞一般应首先准备一套上下部通用图，以方便设计时套用。

同时还应注意涵洞设计与路基排水、防护的衔接，以及与路线征地拆迁的衔接。

否则就会出现涵洞设计与整个公路其他构造脱节的情况，也就是出现了设计错误。

相关资料准备妥当后就是选择涵洞设计软件进行具体设计了，针对不同类型的涵洞在设计时（以使用PCV涵洞设计软件为例）应注意的问题在这里做一个总结：
1、盖板明涵设计：
1.1盖板明涵设计注意事项：涉及到调整涵台高度或铺装厚度以适应路线纵横坡的情况。

按常规设计，涵洞两个台身的高度是等高的，铺砌相对基础顶的间距也是相同的，但此时两涵台间的纵向高程差只能通过变化涵顶铺装或现浇层的厚度来调整，但现实情况是涵顶现浇层的厚度一般为4-10cm，若考虑现浇层厚度最小值不能小于4cm（现浇层内不配筋）或6cm（现浇层内配筋）则通过调整现浇层厚度来调整纵坡的限度非常有限。

另外一种就是直接通过调整涵台顶高程以适应路线纵坡，这样处理时又有两种方案可以选择，一是保持基底等高程，而使两台身高度不同，二是保持台身高度相同，而基底高程不同。

实际施工时为了便于基底铺砌保持水平设置，本人倾向于第一种方案。

1.2 PCV软件设计盖板明涵：盖板明涵的上部预制板一般设计为矩形板+梯形板，而PCV 软件中只能按平行四边形板设计，对于交角不是90°的涵洞来说，部分图纸需要手工改动。

2、盖板暗涵设计
2.1盖板暗涵设计注意事项：盖板暗涵的涵底纵坡超过5%时，应改做阶梯涵。

阶梯涵的分段理论上由涵洞涵底纵坡确定。

但考虑施工方便，阶梯涵施工分段长度一般不小于2.0m，正常情况按4.0m-6.0m控制。

同时按涵洞设计细则规定，分段高差一般不大于0.7m，并在接头处砌筑小矮墙。

同时考虑涵洞错台实际上降低了涵洞的净高，因此阶梯涵洞的净高应比原净高计算值适当放大。

3、明箱涵设计
3.1明箱涵设计注意事项：明涵设计面临着要考虑涵顶纵横坡与路面纵横坡吻合问题、以及涵底纵坡由于流水的要求只能单向设置而与路面“人”字横坡不吻合的问题。

同时由于箱涵自身构造为等宽等高的矩形实体构造，涵底纵坡与路面横坡不同向而产生的高度差只能由涵顶现浇层或其他路基填料厚度来调整。

而对于明箱涵设置搭板而需在涵侧墙设置距离箱涵顶高度不同的楔形牛腿，设计时参数较多，施工稍复杂。

所以项目设计初期就应尽量避免采用明箱涵。

4、暗箱涵、圆管涵、波纹管涵、拱涵设计
4.1暗箱涵设计注意事项：暗箱涵的沉降缝设置与明箱涵不同，一般考虑垂直与涵洞轴线的断面进行设置；圆管涵设计注意事项：圆管涵的制作需要特定的机器和模具，施工时施工单位一般委托项目附近圆管厂进行生产，施工质量不易得到保证；波纹管涵一般在冻区或软基较厚且难以处理的地方设置，波纹管对地基变形适应性强是其最大优点。

另外在施工期较短的项目中也选择使用波纹管，施工时只要将成品管节拼装连接即可，可以大大节省工期；拱涵对基底地质条件的要求较高，否则拱对基础的不均匀沉降较敏感，基底地质条件稍差时，拱顶宜产生不规则裂缝，从而影响整个涵洞的使用。

4.2以上四类涵洞在PCV软件设计时比较容易操作，本文不再详述。

四、其他注意事项
1、涵洞基底埋深：涵洞一般为浅埋扩大基础，按照《公路桥涵地基与基础设计规范》对于没有冻深要求的浅埋基础，一般埋深不小于1.0m，若有冲刷则埋深应在局部冲刷线以下不小于1.0m，而对于有抗冻要求的涵洞浅埋基础基底埋入冻深线以下不小于0.25m。

2、涵洞基底处理：当涵洞基础底部计算承载力小于持力层的承载力时，应将涵洞基底持力层进行处理。

一般采用基底换填的方法，换填深度计算一般按《公路桥涵地基与基础设计规范》第4.5.3条进行，换填深度一般不小于0.5m，不大于3.0m。

3、涵洞台背回填处理：为防止桥头跳车，涵洞设计时要设置搭板并设置桥台台背回填。

涵洞设计分两种情况，明涵设计一般考虑和桥梁一样设置搭板并做台背回填；而暗涵设计时则一般不考虑设置搭板，但考虑到涵洞附近的路基压实度不易控制，台背回填是有效提高涵台附近路基压实度的方法，设计时应采用。

涵洞台背回填时，须在两个台后同时分层夯实，台后80cm范围内采用小型机械压实，其余采用重型机械压实。

五、结语
涵洞设计因受项目区域降雨量、地表浅层的地质情况、有无抗冻要求、地形缓陡、公路等级、路基填土高度以及使用功能等多因素影响。

要使项目涵洞设计经济且功能完善，其中设计过程的许多细节还需我们认真对待和全面把握。

以便对整个项目的经济使用做出更大贡献。

参考文献：
[1]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）
[2]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）。