山区涵洞设计探讨

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中图分类号：U449 文献标识码：A 文章编号：

山区涵洞是山区公路排水的重要组成部分，主要是沟通路基两侧水流，宣泄山区雨水的人工构造物。山区涵洞设置是否合理，能否满足排水需求，对保证公路运输畅通起着重要作用。山区公路根据地形不同设置涵洞的数量也各不相同，据统计一般每公里约有3 座~6 座。可见涵洞在整条山区公路中重要性。

涵洞具有造价低，设计、施工相对简单的特点。就单个而言，涵洞工程数量小，但对整条公路来说，尤其是山区高速公路，涵洞布置数量较多，一般情况下每隔200～300 m设置一道。在实际工作中经常出现由于设计重视不够，涵洞在施工时经常出现修改变更，影响了施工进度，影响了设计单位的声誉，也给公路的使用留下了不少的隐患。笔者结合多条高速公路的设计实践，对山区高速公路涵洞的勘察设计提出自己的一些粗浅的看法。

1．涵洞位置的确定

山区涵洞位置应服从路线线位，布设涵洞时应与路线平面、纵面和路基排水系统相结合。涵位选择时可以首先结合路线资料在地形图上定出，在实地加以放样校核，然后实测地面线，确定进出口形式。如果只在实地调查时确定，则有可能由于通视条件所限，难以全面了解地形，继而难以合理的定出涵位。

山区公路一般应每沟设一涵洞，间距不宜大于300m ，尤其在降雨量大或暴雨集中，汇水面积大的地区必须设置涵洞。山区涵洞一般不合并，只有汇水面积很小，两沟相距很近，又具备沟通的条件下才可合并。合并时需注意开挖排水沟或加深加宽边沟，并做好防护工程。路线跨越弯曲的河沟时，可进行截弯取直，一般可取路基坡脚处沟心的连线作为涵洞设计中心线，使水流畅通。山区涵洞如果条件允许，应尽量将涵洞设置为正交，以减短涵长，节约工程量，应注意出水口修建引水工程，避免冲刷农田和路基边坡。

对于河沟纵坡较大，沟谷下游填方较高，上游填方较小，过水流量不大的情况下，涵位则不一定要沿沟心布置。虽然沿沟心布置，排水顺畅，但如果涵洞沿沟心顺地面坡势布设，则会使涵洞纵坡大，涵长加大，立面处理困难，造价升高。如果涵底进行填石处理做成缓坡涵洞，一方面基础未落到实处，另一方面下游急流槽工程量亦较大。此种情况可考虑将涵位移到较缓的沟岸，涵洞进口改沟拦水或增设填平区，出口可利用填挖分界处的边沟将其尺寸加大，结构加固，将水引向下游，工程量较小，设计施工均大大简化。在笔者参与设计的漳州至永安高速公路中有多道涵洞采用此种方法处理，其中K89+070处涵洞最高填土高度由原来的12m多降为2 m，涵长缩短为原来的1／2。对于高填土涵洞地基承载力较低时，这种处理效果也较为显著。此类涵洞在外业详细调查前应在地形图上初步定出位置，外业勘测时，必要时应测量涵位处的横断面地面线，以防涵洞基础落空。

填石路基涵洞

山区高速公路分离式路基穿越沟谷的涵位布设应综合考虑，尽可能使涵洞位于一条直线上，在满足各自路基排水顺畅的情况下，也可设置成两个独立的涵洞，并在上下游两座涵洞之间做好必要的引导防护。这样设计可以避免涵洞斜交角度过大，能减少涵长，降低造价。如漳永高速公路ZK84+340.5和YK84+291.5涵洞，若连在一起，涵长将达到120米，分开设置后，左右线涵洞总长度不足50米，大大降低了造价。

涵位选择时还应考虑立面布置，涵洞立面布置的任务主要是确定涵底纵坡及与纵坡适应的涵身布置形式，其应根据沟底纵坡，涵位处地面线的具体特性进行多次比选后才能做到经济合理。对于山区高填土涵洞，涵身较长，地面线陡缓不一，常出现一道涵洞，陡缓相接的情况，在宁德至武夷山高速公路中，每道涵洞均以适应沟谷地面纵坡，保证基础落到实处为原则，力求做到设计趋于经济合理。

地面陡缓不一涵洞

2．涵洞孔径的确定

山区涵洞一般情况下均应进行水文和孔径计算，但涵洞孔径的设计不能单凭流量设计来确定，还应该结合农田水利，排洪需要等因素综合考虑。孔径的大小主要是满足一定流量的通过，在山区涵洞的设计中，可以通过采取人工加固河床的措施提高流速来达到缩小孔径，降低工程造价的目的。同时，经过数年的设计实践，认为高等级公道山区涵洞的孔径最小不宜小于1. 0 m，因为山区洪水较多且泥石容易堵塞洞身，孔径太小不利于排洪疏浚。山区涵洞孔径设计必须保证洪水、漂浮物能够从涵洞中安全通过，要满足排灌要求，还应注意避免对上、下游农田的不利影响。

山区涵洞孔径一般根据河沟断面形态，采用流量―孔径计算法进行设计或校核。当地群众对洪水情况了解的最清楚，应当虚心细致地向他们进行调查访问，征求老百姓对涵洞位置、孔径大小的意见。山区涵洞设计流量的计算，应按照涵洞所在地区的水文条件，径流性质及搜集到的包括地区性流量的各种资料，综合分析合理选用计算公式，进行计算。在这里介绍一种简化公式可以根据流量求得各类涵洞的孔径。

盖板涵及箱涵: B = QP/ (1. 575 H3/ 2)

石拱涵: B = QP/ (1. 422 H3/ 2)

圆管涵: D = ( QP / 1. 69) 2/ 5

其中，H 为涵前水深，m；QP 为涵洞流量，m/ s； B 为涵洞净宽,即净跨径，m； D 为圆管涵直径，m。

山区涵洞洞孔径的计算方法很多，设计者应根据实际情况选用合适的方法进计算、校核。随着我国经济发展，山区人民生活水平显著提高，农业机械化程度大幅提高，大型农业机械跨越式增长，山区群众维权意识不断增强，高速公路沿线群众对涵洞、通道等小型构造物的标准提出了越来越高的要求，涵洞孔径确定，还需考虑沿线居民要求，满足沿线居民生产、生活要求，避免施工单位施工完毕，沿线居民发现问题，要求调整断面尺寸或进一步要求增加涵洞，导致后续施工受阻或已建成涵洞废弃。

3．涵洞洞口设计

山坡涵洞的洞口设施视地形地质和水文条件的不同有以下几种形式：

1）当地势较为平坦，河沟较宽，河沟纵断面高差不大时，可选用八字墙式洞口；当河沟有明显沟渠，且涵洞孔径能满足泄洪要求的情况下，可将八字墙的水流扩大散角设为0°，做成直墙式洞口，以减少工程量，降低造价；当涵洞高度大于5m 时，八字墙容易因土压力的影响而倾斜，而锥坡的稳定性较高，可与端墙结合使用，或通过计算适当增大八字墙尺寸及背坡的坡比，以达到八字墙自身的稳定；

2）上游路基边沟坡度较大，水流夹带泥砂较多时，可在进水口设置深于涵底的蓄水井，使其起到消耗和沉淀泥砂的作用；

3）涵前的天然河沟纵坡为10%~40% 时，可开挖沟槽，其纵坡率纵坡值可取4~10。沟底和沟槽边坡以及路基边沟均需铺砌加工；

4）涵前的天然河沟纵坡大于50% 时，水流速度很大，进水口处需做跌水井，以减缓流速，削弱水能。上游沟槽开挖纵坡率因根据河沟地质情况决定，以保证土体不致滑移。为上游沟槽铺砌加固成梯形截面；为上游沟槽铺砌加固成矩形截面，槽底每隔1.5m~2m 设防滑墙一道；

5）陡坡涵洞的出水口最容易遭到水毁，一般采用八字翼墙、急流槽、跌水、缓流井、消力、人工加糙等设施。但需视河沟天然坡度情况，根据水利计算, 合理的选用几种设施及彼此衔接的形式和尺寸；

6）当路基为分离式路基，且上下行相距较近，且内侧边坡坡率较缓（如1 ：4），但填土并不高，故同一位置的上下游涵洞仅上游出水口与下游进水口相连通；

7）山区公路，为减少路基填方量、少占河道，常设大量挡土墙。若涵洞设在挡墙路段，可将挡墙作为涵洞的出口，并在挡墙出口外侧做10m 左右的洞口铺砌处理以保护挡墙。

通过以上的分析探讨可以知道，山区公路涵洞的设置一定要根据山区公路所处的地形、地势、气候等特点，因地制宜、合理规划、精心设计。只有这样才能使山区涵洞不会因为某些自然因素或设计失误引起崩塌、毁坏，使山区涵洞真正发挥其应有的作用。