山区高速公路涵洞选型及设计探析

山区高速公路涵洞选型及设计探析

摘要：随着高速公路建设延伸至山区，文章针对山区涵洞从平面布置、涵洞选型、地基处理及附属排水设施等关键性技术方面进行了总结，为类似工程提供了经验。

关键词：山区高速公路；涵洞；选型设计

随着高速公路建设逐步延伸至山区，公路线位不可避免将跨越大量冲沟、河谷地形，山区水系发育丰富，水文地质情况复杂，涵洞数量将大量增加，工程比重达到15%～35%，所以涵洞设置是否合理，能否满足排水需求，对降低工程造价，保证使用效果有很大影响。多年来，山西省修建了几千公里的高速公路，积累了大量的工程经验，本文在分析这些经验的基础上，同时结合近年来工程技术的进展情况，对山区公路涵洞设计中应注意的关键技术问题进行了总结。

1 山区涵洞布置设计

涵洞是为排泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物，作用是迅速排除公路沿线的地表水，保证路基安全，山区由于雨季山洪流量集中、流速大、来势凶猛，极易造成洞身堵塞，引起排水不畅，有时能将整个涵洞冲垮，危及整个路基安全，给交通运输造成严重隐患。结合山区地形地质、水文特点，涵洞布置应考虑以下原则：

（1）涵洞位置应服从路线走向，涵洞布设时应与路线走向和路基排水系统相结合。

（2）顺沟设涵。山区河沟坡陡水急、洪水猛、历时短，冲刷比较严重，涵位布设应尽量符合水流方向，顺沟设置；但路线跨越弯曲河沟时，可进行截弯取直，改善水流条件，使水流顺畅。

（3）岸坡设涵。当河沟沟底纵坡较大、边坡稳定、地基承载力较好、而河沟较深时，可考虑将涵位从沟底移至岸坡上，以缩短涵洞长度，减少地基处理费用；但需做好上下游的引水及防护加固工程。

（4）改沟合并。山区涵洞设置一般不合并，但对于汇水面积小，两沟相距较近，上游水流设计流量小于边沟宣泄能力，同时又不至于危及路基稳定和产生边沟淤塞，且具备疏导水流的条件下应予以合并，灵活运用挡土护坡将邻近的两个小河沟合并，同时需做好上游开挖排水沟或加深边沟工程。

（5）路基排水涵。路线纵坡由陡变缓或凹形竖曲线处，内侧边沟水流由急变缓，容易产生水跃和泥沙沉积，为排除内侧边沟水流，应考虑设置边沟排水涵。

（6）涵洞布设应结合地质勘探资料，布置在地质条件良好、地基稳定地段，尽量避开滑坡、断层、崩塌和岩溶发育等不良地质地段；当无法避免时，宜选择设置在岩层破碎较轻、地质稳定或坡积层较薄的地段。

2 涵洞选型

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，结合地形、地质水文和水力条件等因素，综合考

虑。涵洞按构造型式分为：圆管涵、盖板涵、拱涵和箱涵和钢波纹管涵，各种型式的涵洞，有各自的适用性和优缺点，应比较而定。各种构造形式涵洞的适用性和优缺点

3 常用地基处理方法

山区由于地形复杂，地势高差变化较大，地质条件差异很大，不少涵洞只能建在需处理的杂填土、软弱土、湿陷性黄土、不均匀土层等复杂的地基上。涵洞地基处理的目的是提高软地基的承载力；降低软弱地基的压缩性、减少基础的不均匀沉降；消除不良地质土的湿陷性、涨缩性和冻胀性，从而保证地基的稳定，地基处理方案的确定，是地基处理设计的首要问题，应根据涵洞类型、基础形式及涵位处地质条件等做出适当的地基处理方案。

3.1 软弱地基处理方法

软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。这种地基天然含水量过大，承载力低，在荷载作用下易产生滑动或固结沉降。

山区河沟常年长刷淤积，造成地基湿软，由于施工面的限制，地基处理中对地基处理不到位，造成地基沉降，从而引起涵洞破坏。目前山区常采用的软弱地基处理方法主要有：换填垫层法、预压法、挤密法、置换法等。

3.1.1 换填垫层具体可分为换填砂石垫层、素土垫层、灰土垫层、矿碴垫层等方法，目的主要是通过以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较高的材料，置换地基表层软弱土提高持力层的承载力，扩散应

力，减少沉降量。

3.1.2 预压法具体可分为堆载预压法和真空预压法，目的是通过在地基中增设竖向排水体，加速地基的固结和强度增长，提高地基的稳定性，加速沉降发展，使地基沉降提前完成。

3.1.3 挤密法具体可分为振冲挤密、灰土挤密桩、砂石桩、石灰桩挤密等方法，目的是通过采用一定的技术措施，通过振动或挤密，使土体的孔隙减少，强度提高，必要时，在振动挤密的过程中，回填砂、砾石、灰土、素土等，与地基土组成复合地基，从而提高地基的承载力，减少沉降量。

3.1.4 置换法具体可分为振冲置换、深层搅拌、高压喷射注浆、石灰桩等方法，目的是通过采用专门的技术措施，以砂、碎石等置换软弱土地基中部分软弱土，或在部分软弱土地基中掺人水泥、石灰或砂浆等形成增强体，与未处理部分土组成复合地基，从而提高地基的承载力，减少沉降量。

3.2 湿陷性黄土地基处理方法

在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，有些杂填土也具有湿陷性。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性，湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土。湿陷性黄土容易引起建筑物的开裂、突然下陷、突然失稳等危害。

湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高

地基的承载力。目前湿陷性黄土地基常采用的方法主要有：土或灰土垫层法、土或灰土桩法、重（强）夯法等。

3.2.1 土或灰土垫层法主要是通过将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除，然后用素土或灰土分层夯实做成垫层，以便消除地基的部分或全部湿陷量，并可减小地基的压缩变形，从而提高地基承载力。

3.2.2 土或灰土桩法主要是通过通过成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内的土被挤向周围，使桩间土得以挤密，再用土或灰土分层夯实形成复合地基，从而消除黄土的湿陷性。值得注意的是不得用粗颗粒的砂、石或其它透水性材料填入桩孔内。

3.2.3 重（强）夯法主要是通过将一定重量的重锤以一定落距给予地基以冲击和振动，从而达到增大压实度，改善土的振动液化条件，达到消除黄土湿陷性等目的。

4 附属排水设施

由于山区河沟纵坡较大，水流流速很大，涵洞纵坡要与地形相适应，纵坡过小水流变缓容易引起涵洞淤积，纵坡过大加大水流对涵洞的冲刷，为了有效地消除涵洞水毁潜在因素，一般要通过设置如急流槽、消力池、消力坎等措施，以减轻水流对涵洞的冲刷。

4.1 当天然河沟纵坡小于5%的涵洞，进出水口水流较缓，只需进行一般的铺砌加固。

4.2 当天然河沟纵坡在5%～15%之间时，涵洞进出口需设置排导设施，主要包括导流堤、急流槽等，导流堤的主要作用是改善水流