摘要：我国山区众多，山区高速公路工程建设也越来越多，涵洞直接影响山区高速公路的使用，但目前在设计中一直未得到足够重视，以致给山区高速公路建设带来了不少不利影响。论文结合作者多年涵洞设计经验，从山区高速公路涵洞设计的特点、常用涵洞的特点以及常用涵洞设计等方面进行了探讨，可供山区高速公路桥涵设计参考。
关键词：山区；高速公路；涵洞；设计
引言
公路交通系统是重要的生命线系统，而涵洞在公路交通系统中占有较大比例，是公路系统的重要组成部分。由于路线大多为沿河傍山或走行在沟谷一侧，路基断面多以较为经济的半填半挖形式，需要开挖和填补以及跨过的水沟数量众多。所以，在山区道路建设的过程中会遇到诸多陡坡涵洞的设计及施工。工程建设成本的支出很大程度上取决于涵洞的设计是否合理、科学，并且山区公路建设的质量高低以及是否能够发挥应有的性能，都是和其密不可分的。
1山区高速公路涵洞的特点
1）总量众多，涵洞建设的工程量很大。2）由于山区地形造成涵洞的建设难度大大提升，涵洞的布设和桥梁有诸多不同，其一般不跨越河流以及山谷，通常按照河谷的走向来设置，但是山区河流地理条件十分复杂，地形构造怪异，常常会遇见积水潭和陡坎等，并且由于水流的不均匀冲刷导致水沟的大小不同，坡度总是起伏不定，沟底的地质环境也不同，对涵洞的设计和建设带来诸多挑战。3）结构种类较为固定，目前我国在山区公路的建设中，按照实际工程的需要和地理环境进行填土开挖，使用广泛的涵洞设计结构通常是拱涵、箱涵、管涵和盖板涵等，相对来说，以上涵洞结构能够提供较好的性能，不需要太高的地质承载力，但是仍然具有一些不足之处，就箱涵来说，由于适用于坡比较平缓的地方和整体为闭合式钢筋混凝土的框架结构，因此，在施工时需要用到的钢材较多，在大幅提升造价的同时给施工增大了难度。4）设计模式简单，在高速公路中建设的涵洞一般是在路面结构层下部，将整体设置在路基内部，所以很难被外部的移动荷载所干扰，其承受的压力主要是填土压力、结构自重和汽车荷载，结构种类、作用荷载形式较为固定，在规划建设时不需要过多考虑结构的稳定性，所以在设计阶段通常围绕构造展开，按照通过检验的标准图进行设计。5）涵洞施工的后续细节处理十分重要。由于涵洞是刚性结构，在实际使用中不易产生形变，而台背和台顶填土不属于刚性结构，很容易受到外力的干扰而出现较大的变形，并且本身也会出现沉降，进而破坏公路结构，所以，建设中需要控制好涵台背顶回填土质量和地基处理，以保证涵洞台顶和台背的填土不会发生严重沉降，减少路面变形的概率，以免影响行驶的舒适与安全性。
2涵洞设计浅析
2.1 合理定位
1）结合地形、地质、水文等情况与山沟排水、路基排水、农田灌溉系统等考虑，选择合理涵洞孔径、角度与位置。在山区高速设计中，合理选择涵位可减少施工时产生的变更。2）涵洞设计应顺沟设涵时，要维持原始状态，以排水系统畅通为前提，尽量降低涡流出现的可能性。若高速公路水流流动产生的角度过大，并且水流的流量太小，可以对其进行稍稍修正，缩短涵洞长度。若涵洞的布置不够精确，就会给高速公路带来不良影响，比如排水不通畅会使得路基被水浸没，导致沉降的不均匀等。山区排水沟设计难度很大，这是因为其地形地质复杂，一定要使得涵洞顶部和原先的地势相连接，若涵洞底面的纵坡太大，需对下游沟底进行跌坎式设计，避免水流造成的冲刷影响；其次是并涵改沟，若有公路通过的路段有两条及以上的相隔较近的冲沟，并且水流很小，对路基稳定性不会产生多大影响时，可以利用将排水边沟连接或是改沟并流的形式来规划涵洞的方位。若边沟的排水能力 ＞ 上游排水沟的水流，需要注意水沟流通性问题，要让排水边沟相连防止堵塞；反之，就要利用并涵改沟的手段来缩减涵洞数目。
2.2涵洞结构设计
1）通过外业调查，弄清楚涵洞周边的地质、地貌情况，进出口位置，涵洞的清淤问题确定涵洞底部标高、涵洞主体、涵洞底部坡度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为利于排水，涵洞底部标高宜比原来地面标高低200~300mm；对有行人通过的通道，为利于行人通行，防止积水，涵洞底部标高宜比原来地面标高低100~200mm。为保证排水需要，涵洞底部纵坡应不高于5%，当纵坡大于5%时，应调整涵洞进出口高程，尽量避免使用阶梯涵。若涵洞纵向地形起伏大，可设置高、长不等的阶梯涵；若涵洞上游地形陡，为减小开挖，上游可采用阶梯涵，下游可根据地形采用单坡设涵。为缩短涵洞长度，保证水流衔接顺畅，涵洞尽量采用正交，即涵洞纵向尽量与水沟水流方向、道路横断面相同。
2.3山区涵洞地基处理
山区的地理条件复杂，会有高差，从而破坏涵洞基础的稳定性，不同节段基础间所受荷载也会不同，若未对上述内容进行实际考量而开展设计工作，依据最高填土荷载来设计，会消耗过量资源；若根据最低填土荷载来设计，会导致一些基础承载力没有达到相关规定标准，从而使得路面的耐用性和平整性受到破坏。这种情况下，可根据地质钻孔、触探仪或基坑开挖的方式判断地质情况，然后根据地质情况换填处理。
2.4箱 涵
箱涵为整体闭合式钢筋混凝土框架结构， 具有良好的整体性和抗震性，但箱涵施工较困难，用钢量多，造价高昂，一般在软土基及高速公路中采用。 当采用箱涵时应与小桥进行方案比较。洞口构造类型的选择决定构造物的适用性、 耐久性及美观。 洞口构造类型常见有八字式、一字墙式、跌水井式、直墙式、锥坡式、跌水式。 八字式水利性能好，施工简单，广泛用于需收纳、扩散水流处，是一种在填方路段常用的洞口类型；一字墙式构造简单，造价低，但水利性能不好，常用其他类型洞口配合使用；跌水井式适用于河沟纵坡 ＞50% 或路基纵断面设计不能满足建筑高度要求，一般与一字墙式配合使用；直墙式用于无需收纳及扩散水流处，可视为开角为零度的八字式，可配合急流槽、消力池使用；锥坡式适用于对水流压缩较大的涵洞，需要与一字墙式配合使用，工程量较大，但结构稳定，常用于较高大的涵洞。 跌水式一般适用于支挡建筑物处且多为出水口出，对支挡建筑物基础进行防护，防止水流冲刷掏空支挡建筑物基础。
2.5涵洞基础
涵洞基底一般置于容许承载力满足要求的地基上，尽量避免地基松软、坚硬不均匀或地质条件不良地段，局部过湿土层或承载力不足路段，可采用换填砂卵砾石结合等措施处理。在冰冻地区，基础埋置深度还应考虑冰冻深度。一般情况，基础应埋置于冰冻线以下不小于0.25m。涵洞洞底一般采用铺砌防护措施，不允许基础受到冲刷。基底在非岩石地基处一般设置在天然地面下1m。
2.6山区涵洞台背填土
台背填土受到自身因素的制约会出现沉降，所以，底部填土需要承担更大的荷载，进而导致地基基础不稳固。若涵洞所处的位置高低起伏大，则会导致沉降差的出现，使得摩擦力加大，进而使得基础不稳定。通常涵洞洞身两侧的填土应对称均匀分层夯实，其每侧长度应≥洞身两侧的填土高度，夯实强度应达到设计规范要求，涵台背防排水应进行综合设计。
结语
综上所述，涵洞能迅速排出公路沿线的地表水，保证路基安全，是山区高速公路建设中十分重要的一环，设计人员需要结合实际地形、施工条件来设计涵洞，增加涵洞的稳定性，使得其能完全发挥效用，节省造价，提高公路涵洞的建设质量。
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论文作者:陈明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/15
标签：涵洞论文; 山区论文; 高速公路论文; 水流论文; 荷载论文; 路基论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第28期论文;