中建路桥集团有限公司 河北省石家庄市 050019
摘要：现阶段，在我国社会经济水平和人们生活水平显著提高的背景下，人们对高速公路的需求越来越高，这也推动了建筑技术的发展。作为高速公路的重要组成部分，高速公路中每1km设置2-6座小桥涵，不断优化桥涵结构设计，才能为高速公路质量提供保障。因此，必须要认识到高速公路小桥涵的重要性，合理设计小桥涵的位置，提高高速公路的质量。
关键词：高速公路；小桥涵；设计
引言
小桥涵是高速公路建设过程中比较常见的设计，其结构对高速公路的建设安全、造价等方面都有着重要的影响。近年来我国大规模建设高速公路，对小桥涵的设计常常与高速公路的实际情况相矛盾，需要重新更改设计方案，延误工程交工日期，也给沿线居民生活以及财产安全造成了一定的影响。小桥涵是高速公路的重要组成部分，对高速公路运行安全和施工日期、工程预算有较大影响。
1高速公路小桥涵种类分析
第一，石拱涵，石拱涵的施工材料选取较为方便，对于地质条件较好的地区可以就地取材。而且结构坚固，承载力较高，净空较大，通水能力较强。但由于其自重较大，对基底的要求较高，且一旦受到损坏后就难以修复，需投入的资金较高。第二，圆管涵，在农田灌溉区域小桥涵施工中，圆管涵较为常见，圆管涵的结构形式比较简单，并且工程造价交底，在预制施工以及运输方面均比较便捷，但是需要注意的是，圆管涵也有一定的应用缺陷，其能够通过的水量比较少，因此，如果对于防水性的要求比较高，则可能会造成桥涵漏水，同时还会对高速公路路基结构稳定性造成不良影响。第三，盖板涵，盖板涵综合了上述两种桥涵的应用优点，不仅施工取材方便，施工工艺简单，同时，对于桥梁工程地基承载能力的要求不高，因此，被广泛应用于高速公路施工中。第四，箱涵，箱涵对于地基的要求较低，但造价较高且施工难度较大，一般应用于软土地基。在某些地区的公路设计中，受地形的影响较大，当需要穿越某些河流时，若采取桥梁的跨越方法，容易导致废弃土石无法得到较好的处理，且对环境的破坏及造价较高。因此，可采取涵式桥梁的方法。涵式桥梁具备以下特点：①造价低，对于地形的要求较低。②满足设计适应性及美观性的要求。③设计及施工较为方便。④可用于山区公路的高填深挖地段。
2高速公路小桥涵设计的特点
（1）比重大。目前高速公路小桥涵工程数量较小，对公路工程的进度、质量和造价产生直接影响。而在整条公路中小桥涵的工程量占比大，在全线都有所分布。通常平原区设置的小桥涵每公里1-3道，山区3-5道。在我国三、四级公路资料中，公路总投资的20.56%就是小桥涵，比大、中桥的投资额多两倍左右。因此，合理设计小桥涵会直接影响整条公路的造价和使用质量。（2）分布广。作为高速公路防御洪水的重要结构物，小桥涵为公路营运的安全提供了保障，所以其沿线分布广、类型多。在设计小桥涵时要结合其跨径拟定、结构选择、轴线与水流方向的夹角确定、进出口处理、台背回填等因素进行，如果其设计不当，就会对行车安全和工程带来严重损失。
3高速公路桥涵设计的一般性原则
（1）适用性原则。高速公路桥涵的建设主要是为缩短高速公路的里程并提供一定的基础。若桥涵的设计达不到要求，将会影响到整个高速公路的质量，因此在桥涵的设计过程中需要遵循适用性原则。如桥梁的桥面宽度应满足交通量的要求，不能为节省资源而缩短其宽度，这将会导致某些交通事故的发生，并且影响到桥梁的使用寿命。在桥涵的设计过程中应充分考虑负荷量，避免导致桥涵的变形，需考虑桥涵的防排水措施，确保桥涵具备一定的泄洪和通行能力，除此之外还需考虑其信号通讯等问题，在确保桥涵结构安全的前提下保证设计能顺利进行。（2）安全性原则。为了保证桥涵的施工及确保其运输能力，在桥涵的设计过程中需要重点考虑安全性原则。如果桥涵的设计安全性不达标，将会给高速公路桥涵的建设留下安全隐患。在高速公路桥涵的设计中应充分考虑各种隐患，因地制宜地设计。此外，桥涵的设计中还需要合理配置交通安全标志，在交通较为繁忙的地段，容易产生交通事故，而合理配置交通安全标志，会起到指示交通的作用，降低事故发生率。高速公路的建设若经过某些地质条件较差的地区，应该考虑其崩塌等自然因素，确保桥涵的安全及质量。
4山区公路小桥涵设计的重要意义
（1）提高山区高速公路小桥涵施工质量。当今时代是一个机械化生产的大时代，利用各种机器进行作业会更加的节省时间、节省人力。机械设备的反复使用，更能够节省钱财。尽量减少人力的消耗进行大规模作业，还能够顺应时代的发展，使工作效率更有效。大设备生产更能够排除外界天气环境的干扰，更有利于建设的顺利进行和计划的顺利完成。山区公路小桥涵加固利用大机器生产的趋势势在必行。整个施工过程应始终将施工安全作为前提，在能够保证安全施工的同时，通过优化施工工艺，调整施工过程来控制工程质量。只有这样，我们才能够真正地做到安全施工，才能更好的发挥山区公路小桥涵的作用。（2）可以充分节约能源。在节能方面，需要各种泥土混合混凝土钢筋，他们的制作也耗费各种各样的能源。所以在山区公路小桥涵的设计建设中，节能是一个重大的方面，节省自然资源或者是创造出新型能源。全国上下土地这么多，所要建的山区公路小桥涵更是数不胜数。从土地建设的各个方面来讲，不论是哪一部分节省能源，都是为国家的发展做出了重大的贡献。小聚成多，探讨加固方法在节省资源方面具有重大意义。这一方法，正体现了我国现阶段的绿色发展理念，也是我们应该充分发挥的一种理念方法。
5高速公路小桥涵的设计方法
5.1涵洞结构形式的选择
高速公路工程项目中，通常都需要设计数量较多的小桥涵，但是却很难增加汇水面积，在小桥涵无法实现正常通行的前提下，其结构通常都选择使用圆管涵的方式，直径不能大于1．5m。这些结构形式的管涵结构，可以更好的满足雨季泄洪的需要，还能够保证后续的清淤工作可以顺利进行。此外，选择使用圆管涵的结构形式是为了有效的降低工程的成本，具有更高的经济效益。
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5.2涵洞取消
涵洞的设计主要的功能之一就是为了方便排水，以免过多的积水对公路工程造成影响，但是在实际过程中，一些涵洞的汇水面积不大，涵洞出水口面对耕地，这种情况就容易对耕地的耕作造成影响，如果有居民反对，相关单位应该考虑采取边沟排水的方式取代原设计方案的涵洞排水。为确保边沟排水能够满足原本涵洞排水泄洪要求，按照涵洞设计手册中的计算公式，经过优化取消管涵，不仅可以节约成本也能加快工程进度。
5.3确定桥涵位置
高速公路中小桥涵设计需要结合其施工现场进行实地勘察和测绘，对河床位置、河道主河槽、洪水泛滥县、桥涵地物、地形等进行全面采集，对公路工程施工现场地形平面图进行绘制，并结合其周围河道、水文地质情况对测绘范围进行确定。对于高速公路工程地貌地形复杂的工程，需要在下游和上游设置附属设施，并重新实地勘测，保证地形图满足高速公路小桥涵的平面设计要求，而且要防止设计的小桥涵与周围构筑物互相影响。如果小桥涵位于高速公路开挖路段，需要对公路工程施工现场的地质、水文资料进行全面搜集，墩台位置的确定不能只在公路工程施工现场。对于高速公路工程施工发生沟槽偏斜、山坡陡峻等问题时，要对公路工程施工现场进行布置，对1：2000地形图进行优化绘制。在公路工程上游和下游有复杂改沟项目的情况下，要做好高速公路小桥涵的排水，对小桥涵的换流井和急流槽进行合理设置。
5.4桥涵地基承载力设计
同其他建筑工程一样，桥涵的地基承载力是设计施工中最为关键的问题之一，若设计不达标，将影响到后续的整个工程。如某地一座4m高的石拱涵，施工完毕后在拱顶位置便出现3cm的贯通裂缝，严重影响其施工质量。经过调查得出的结果表明裂缝的产生是由于地基的承载力不足。设计要求的地基承载力为4.0kg/cm2，而现场的仅为1kg/cm2，加上拱部填土增加了涵洞的自重等原因，导致了裂缝的产生。最后采取的预防措施为拱顶加筋，增加了10多万的造价。根据此事故可以得出在设计过程应该对地基的承载力进行鉴定并且提出相应的要求，施工时也需要对地基的承载力进行试验。
5.5台背防水层施工
高速公路小桥涵设计要对其台背防水层进行合理施工，对箱涵和箱通台背进行优化处理，如果桥台肋板、暗涵顶板和台背被土淹没，要将两层热沥青材料均匀涂抹，保证每道沥青材料厚度为1-1.5mm。在高速公路小桥涵防水砼施工中要对砼表面的垃圾和杂物清理干净，在10天养护期结束后，做好防水施工。如果在夏季炎热天气下进行防水层施工，不能让在烈日下暴晒防水层，要做好遮阳措施，防止热沥青材料流淌。因此，必须要严格依据高速公路小桥涵的设计原则，如果公路桥涵结构物没有施工，要结合公路桥涵施工设计要求，对暗涵台背进行回填施工。
5.6桥涵水毁设计
对于桥涵水毁现象，需要注意在小桥涵设计过程中，综合考虑高速公路桥涵所在地质环境，采用有效的防护措施。在进行高速公路桥涵勘查和设计过程中，还应该注意综合考虑桥涵进出口洞的大小。最后还应该注意，对施工现场进行详细勘查，如果施工环境地质条件比较差，则需要采用特殊处理措施，在土方开挖施工中，采用分层开挖方式，保证水流的正常流动。
5.7涵洞的孔径设计
涵洞净空的大小即为涵洞的孔径，洪水流量、进出口加固的形式等都是涵洞孔径设计应考虑的问题。涵洞的孔径大小要确保有足够的泄洪能力。由于涵洞洞身高度与路基高度成正比，且其对于工程影响较大，因此要求其洞身高度与涵洞的跨径比例为1∶1～1∶1.5的。对于通道式的涵洞，净高需要满足《公路工程技术标准》（JTGB01—2014）的规定。对于高等级公路，要求其孔径不能偏小，主要是因为以下两点：①孔径较小，对于洞内的清洁及养护较为困难。②若其跨径较大时，洞内的光线较差，不利于行驶，给交通留下安全隐患。
5.8桥涵伸缩缝施工
高速公路小桥涵的伸缩缝施工过程要做好开槽工作，结合公路工程桥涵施工设计图纸和施工现场的实际情况，在切割公路桥涵槽洞时要对开槽宽度进行准确把握，这样锯缝过程中的石粉才不会污染公路路面，使得公路路面得到了保护。而且高速公路小桥涵伸缩缝安装施工必须要对定位组装的空隙进行合理调整，结合小桥涵伸缩缝出厂温度和安装施工温度之间的差异进行。而且高速公路小桥涵混凝浇筑施工必须保证混凝土坍落度不超过2cm，所以高速公路小桥涵两侧不能同时进行混凝土振捣施工，防止混凝土不再冒气泡或泛浆。一旦高速公路小桥涵混凝土浇筑施工完毕，就要及时进行洒水养护，保证高速公路小桥涵混凝土的施工质量，在混凝土表面覆盖湿润的草席和麻袋。
5.9小桥涵水文计算
小桥涵水文计算的主要工作是设计流量的确定。小桥涵设计流量计算的方法目前主要有暴雨推理法、径流形成法、形态调查法、直接类比法等。（1）暴雨推理法。暴雨推理法主要是一种半理论半经验的计算方法，通过损失系数和汇流时间，体现地区差异性。其推理公式适用于汇水面积小于100km2的河沟。（2）径流形成法。径流形成法是目前公路部门普遍使用的一种计算方法，其径流成因简化公式适用于汇水面积F≤30km2的小流域。（3）形态调查法。结合形态断面进行洪水调查，确定流量的形态调查法，是目前公路部门应用较为普遍的一种方法。当有可靠的历史洪水位调查资料时，其适用范围不受限制。（4）直接类比法。直接类比法是当公路所跨同一河沟上、下游附近存在已建小桥涵，且能调查到可靠的涵前洪水积水高度及相应的洪水频率时，用已有小桥涵作为形态断面，可采用类似形态调查法推求拟建小桥涵的设计流量，其适用范围不受限制。
结语
路基工程中都会设置小桥涵，高速公路也不例外，其是为了跨越小沟坎和路基横向排水设置的构造物，影响着高速公路的排水，并对路基稳定、工程造价、使用质量等产生直接影响。因此，在高速公路设置小桥涵时，要根据高速公路的特点进行优化，这样才能真正发挥小桥涵的作用。
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[4]李传亮.高速公路小桥涵设计分析[J].黑龙江交通科技，2017（12）：116-117.
论文作者:罗鸿俊
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/18
标签：桥涵论文; 高速公路论文; 涵洞论文; 公路论文; 结构论文; 山区论文; 公路工程论文; 《建筑模拟》2018年第31期论文;