山區(qū)公路涵洞設(shè)計(jì)常見缺陷及對(duì)策

江端輝

（梅州市公路勘察設(shè)計(jì)院，廣東 梅州 514021）

0 引言

涵洞是一種小型的排水建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)于路基下的排水孔道，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)可以讓水從公路下方流過(guò)。雖然涵洞的建設(shè)成本較低、施工工藝較簡(jiǎn)單，但仍需設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)其足夠重視。在涵洞設(shè)計(jì)前，應(yīng)對(duì)涵洞附近開展細(xì)致的勘察工作，所以設(shè)計(jì)單位須不斷總結(jié)涵洞工程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，優(yōu)化涵洞設(shè)計(jì)方法。

1 工程概況

國(guó)道206線平遠(yuǎn)縣超南—長(zhǎng)慶段路面改造工程位于廣東省平遠(yuǎn)縣境內(nèi)，項(xiàng)目起點(diǎn)位于平遠(yuǎn)縣大柘鎮(zhèn)超南，起點(diǎn)樁號(hào)為K2124+000，途經(jīng)湖里、長(zhǎng)田徑、長(zhǎng)田鎮(zhèn)、下三角塘，終點(diǎn)位于平遠(yuǎn)縣長(zhǎng)田鎮(zhèn)長(zhǎng)慶村與梅縣交界處，終點(diǎn)樁號(hào)為K2138+340，路線長(zhǎng)14.34km。

2 涵洞對(duì)道路的重要性

國(guó)道206線平遠(yuǎn)段中的涵洞是本項(xiàng)目排水系統(tǒng)的重要部分，如果設(shè)計(jì)和施工不合理，將會(huì)嚴(yán)重影響工程建設(shè)質(zhì)量，同時(shí)增加施工成本。只有保證涵洞設(shè)計(jì)的科學(xué)性，才能有效提高工程質(zhì)量，并合理控制工程造價(jià)。涵洞在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須滿足多項(xiàng)施工質(zhì)量及使用功能的要求，才能保證道路建設(shè)順利展開。首先，要保證涵洞具有足夠的泄水能力，確保在汛期不影響路基的穩(wěn)定性。其次，涵洞工程須具有較高的耐用性，不會(huì)因外界影響而發(fā)生變形，保證涵洞工程在規(guī)定使用年限內(nèi)的穩(wěn)定性。另外，還要合理使用新技術(shù)和機(jī)械加工工藝，保證其使用的安全性，同時(shí)又滿足經(jīng)濟(jì)性的要求[1]。

3 山區(qū)公路涵洞特點(diǎn)

山區(qū)公路涵洞應(yīng)有較強(qiáng)的排洪泄洪功能，須在洪水沖擊下完成排洪泄洪。山區(qū)公路涵洞還應(yīng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要計(jì)算荷載，保證在外力作用下結(jié)構(gòu)不會(huì)變形。山區(qū)公路涵洞還要具有較高的耐久性，確保不輕易遭到損壞。本項(xiàng)目位于平遠(yuǎn)縣，在廣東省的東北部，地處閩、粵、贛三省交界處，山區(qū)地理?xiàng)l件復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)遇到陡峭的山脊、由水蝕引起的溝渠；再加上山路的坡度起伏不定，造成溝渠下方的地質(zhì)水文環(huán)境也不盡相同，這些不利因素都給涵洞的設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多難題。

常用的涵洞根據(jù)其洞身構(gòu)造形式的不同，分為拱涵、箱涵、蓋板涵和圓管涵等。上述幾種結(jié)構(gòu)能提供較好的使用性能，對(duì)承載力要求不高，但在設(shè)計(jì)和施工時(shí)仍存在一些缺陷。箱涵適用于坡度平坦、采用封閉式混凝土體結(jié)構(gòu)的地點(diǎn)，建設(shè)過(guò)程中需要較多的鋼材，這既增加了施工難度，也增加了工程造價(jià)。公路上的涵洞位于路面結(jié)構(gòu)層的下部，整體設(shè)置在路基內(nèi)部，不易受外部的移動(dòng)荷載干擾，其承受的壓力主要來(lái)自路基填土壓力、結(jié)構(gòu)自重和車輛荷載，其承受的荷載類型和結(jié)構(gòu)種類比較恒定，在設(shè)計(jì)時(shí)不用過(guò)多地考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。

4 山區(qū)公路涵洞設(shè)計(jì)原則

只有通過(guò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算分析和合理的結(jié)構(gòu)處理，才能保證涵洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于國(guó)道206線平遠(yuǎn)段氣候條件比較復(fù)雜，在涵洞設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮降水和高荷載對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)可能造成的影響，同時(shí)也要考慮其施工的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確保設(shè)計(jì)的合理性，節(jié)約工程成本。應(yīng)按照因地制宜的原則，結(jié)合公路涵洞的功能和施工環(huán)境，選擇最合適的涵洞結(jié)構(gòu)。

5 山區(qū)公路涵洞設(shè)計(jì)常見缺陷

5.1 部分涵洞位置選擇不夠合理

涵洞位置一般會(huì)選擇在山溝中部，該部分主要由淤泥組成，由于此處的地基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，在施工時(shí)必須對(duì)地基進(jìn)行處理。因此，在設(shè)計(jì)前的勘察階段，必須對(duì)涵洞位置處的地質(zhì)進(jìn)行勘察、鉆探。如果地質(zhì)鉆探的鉆孔數(shù)量不足、鉆探深度不夠，水文等調(diào)查不清楚，會(huì)導(dǎo)致施工階段涵洞位置處的地質(zhì)與設(shè)計(jì)不相符，就需要進(jìn)行涵洞設(shè)計(jì)變更，會(huì)延長(zhǎng)項(xiàng)目建設(shè)周期、降低經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 部分涵洞施工工藝落后

20世紀(jì)90年代以前，由于當(dāng)時(shí)材料缺乏，鋼材使用受限，此時(shí)期涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得較厚，以提高強(qiáng)度；并且使用漿砌片石作為涵洞的基礎(chǔ)，不僅增加了施工量，還增加了基礎(chǔ)的深度，在施工后易出現(xiàn)沉降量大、沉降縫難處理等維護(hù)問(wèn)題。另外，由于需要大量的石料，對(duì)周圍環(huán)境的破壞也較大[3]。

6 避免山區(qū)公路涵洞設(shè)計(jì)缺陷的對(duì)策

6.1 山區(qū)涵洞地基處理

國(guó)道206線平遠(yuǎn)段地理?xiàng)l件復(fù)雜、施工難度大，會(huì)在一定程度上降低涵洞地基的穩(wěn)定性。由于地基不同部位的荷載不同，若未全面考慮環(huán)境和承重因素就開展設(shè)計(jì)工作，不僅會(huì)消耗過(guò)多的資源，還會(huì)造成地基最小荷載設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致承載力達(dá)不到規(guī)范要求，將影響結(jié)構(gòu)的耐久性和使用功能。因此，在國(guó)道206線平遠(yuǎn)段涵洞設(shè)計(jì)前的勘察階段，除了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形、水文等進(jìn)行勘察外，還對(duì)涵洞位置處的地質(zhì)進(jìn)行了鉆探，對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行了全面評(píng)估。在施工設(shè)計(jì)階段，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察及地質(zhì)鉆探結(jié)果，對(duì)涵洞進(jìn)行地基處理。由于臺(tái)背填料受施工或承重因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致沉降發(fā)生，因此施工時(shí)必須對(duì)涵身兩側(cè)填料分層對(duì)稱夯實(shí)，其每側(cè)長(zhǎng)度不應(yīng)小于洞身兩側(cè)填料高度的2倍，壓實(shí)度不應(yīng)小于96%，以保證地基的穩(wěn)定，確?？箟簭?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求[4]。

6.2 涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)國(guó)道206線平遠(yuǎn)段的實(shí)地考察，明確涵洞所在位置地質(zhì)地形，合理確定涵底標(biāo)高、涵洞坡度等。綜合考慮涵洞凈空、過(guò)水面積、河溝斷面來(lái)確定涵洞的孔徑。當(dāng)涵洞縱坡大于5%時(shí)，按陡坡涵設(shè)計(jì)。結(jié)合工程需要，充分利用地形和地質(zhì)條件，做到經(jīng)濟(jì)合理并注意結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)進(jìn)出水口設(shè)置消能措施，如急流槽、跌水井等。為有效縮短涵長(zhǎng)度、保證水流排放，涵洞的縱向應(yīng)與溝渠的水流方向一致。涵洞縱向坡度應(yīng)大于原溝底坡度，并需要確保涵底標(biāo)高接近或等于原溝底高度[4]。

6.3 涵洞位置確定

在山區(qū)涵洞設(shè)計(jì)中，要全面考慮地形地質(zhì)、施工影響、路基排水等因素，選擇最佳的涵洞開口位置和角度，以減少施工的開挖量和工程變更。涵洞沿溝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量保持原狀。在保證排水通暢的基礎(chǔ)上，盡量減少渦流現(xiàn)象。若水流角度過(guò)大可稍作修正，適當(dāng)縮短涵洞長(zhǎng)度。若涵洞底部坡度過(guò)大，則要將溝底設(shè)計(jì)為下游，防止造成沖刷效應(yīng)。

6.4 涵洞洞口設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有地形地貌、水流方向等對(duì)國(guó)道206線平遠(yuǎn)段涵洞洞口進(jìn)行設(shè)計(jì)。洞口的形式一般分為以下3種：①端墻式：端墻式洞口為垂直涵洞軸線的矮墻，用以擋住路堤邊坡填土。墻前洞口兩側(cè)砌筑片石錐體護(hù)坡，構(gòu)造簡(jiǎn)單，泄水能力較小，適用于流量較小的孔徑涵洞或人工渠道及不受沖刷影響的巖石河溝。②八字式：八字式洞口除有端墻外，端墻前洞口兩側(cè)還有張開成八字形的翼墻。八字翼墻泄水能力較端墻式洞口好，多用于孔徑較大的涵洞。③井口式：當(dāng)洞身底低于路基邊溝（河溝）底時(shí)，進(jìn)口可采用井口式洞口，水流匯入井內(nèi)后，再經(jīng)涵洞排走。

7 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)涵洞面臨的地形和地質(zhì)條件等較復(fù)雜，因此在涵洞設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)涵洞附近開展細(xì)致的勘察工作，以獲得全面的地形、地質(zhì)和水文數(shù)據(jù)，為涵洞設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。山區(qū)涵洞的設(shè)置對(duì)保證路基路面的穩(wěn)定性起著重要的作用，設(shè)計(jì)人員要因地制宜，綜合考慮造價(jià)、泄水能力、施工難度等因素，全面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，確保涵洞設(shè)計(jì)滿足正常的使用需要。