浅析公路桥涵设计若干思考

黄佐民

（广东城建达设计院有限公司，广东 佛山 528200）

一、桥涵洞类型设计的选择

1.钢筋混凝土圆管涵。钢筋混凝土圆管涵一般在农田灌溉区采用的比较多。构造简单,受力情况和适应基础性能较好。不需墩台,圬工数量少,造价低,而且便于工厂预制,有利于装配运输。但是圆管涵过水能力小,而且施工过程中接缝的处理和防水层的设置(倒虹吸)不易保证其质量,常常因漏水问题而影响路基的稳定。

2.石拱涵。石拱涵一般是山区公路常采用的类型之一。净空较大,能通过较大的洪水流量,石料丰富的地区便于就地取材,而且结构坚固,跨径较大,承载潜力较大。但是石拱涵的缺点也比较明显:由于自重引起的恒载较大,所以对地基承载能力要求较高,施工工序繁多,工期长,遭受破坏后修复困难,费用高。

3.盖板涵。相对于圆管涵和石拱涵而言,既具有就地取材、结构坚固等特点外,对洞顶填土高度要求较低,甚至可以不填土(明盖板),而且对地基承载力要求不高,施工简单,利于修复,因此盖板涵的应用更为广泛,在高速公路桥涵设计中的使用频率也最高。

4.箱涵。箱涵的应用相对前三种形式来讲较少,虽然它对地基要求小,但是它的钢材数量需求大,造价高,施工较困难。所以箱涵的使用一般适用于软土地基路段。

5.涵式桥结构。在山岭重丘区高等级公路的设计中,受地形影响路线线位需穿越地势较为开阔的河谷地带,河谷间或有常年流水,或有乡间道路(等级不高),而受路线纵坡控制,若采用高架桥跨越,易导致废弃土石方无法处理,并对环境产生破坏,且工程造价较高;而通过设置涵洞(L<5m)虽满足排水要求,但随着农村农用生产设备通行要求的提高,其净高、净宽又不能满足车辆的通行标准,因此提出了涵式桥(通道、小桥,单孔跨径不小于6m)这种新型结构形式。涵式桥结构的特点:

(1)适应地势、地形,节省工程造价；

(2)适应通行,排水要求,美观实用；

(3)易于设计和施工；

(4)美化环境、使总体设计更加合理；

(5)计算简单、方便、快捷；

(6)解决了山区公路高填深挖的难题。

二、桥涵地基承载力设计。桥涵基底埋置深度是很重要的,地基承载力又是关键,常常因为这方面出问题,2002年，在佛山山某公路有一座1孔4.0米斜交30的石拱涵。拱顶填土高达6米,涵长34.6米。施工完毕还未通车,就出现拱顶裂缝,最大横向裂缝宽3厘米,贯通全拱圈。经过多方检查:鉴定系由于地基承载力严重不足引起。按照设计规范要求,承载力要求达到4.0kg/cm2。实地检验承载力只有1kg/cm2,再加上施工中的拱上填土等因素,出现了以上问题。经过加固方案的研究验算,最后采取了在拱内再建一座钢筋硂拱的方案。仅这一道涵洞就增加造价10多万元。这一问题的出现,给我们一个极其深刻的启示:在勘测设计中对地基承载力应有鉴定,提出施工措施和要求,而施工单位对这么大的涵洞,基坑开挖后必须进行承载力试验和鉴定。问题就出在了设计图上连承载力的要求也没有,施工单位开挖到基底标高后,也不做承载力试验,直接砌筑基础,最后造成损失。

三、涵洞的合理定位设计

1.顺沟设涵。一般涵洞设置的位置应尽量保持河沟的原有形状,尽量与水流方向一致,这样既有利于泄洪,又可减少涡流现象。但是当沟形十分弯曲复杂,我们则可以考虑取直设涵,适当改沟,来达到改善水流条件。

2.改沟合并。当路线通过的地段两条河沟相距较近,流量不大,且可通过排水边沟相连,当边沟的宣泄能力大于河沟水流的流量,同时又不危及路基的稳定和产生边沟淤塞时可以考虑改沟合并以减少涵洞的数量从而降低整个工程造价。

3.配合路基排水系统。涵洞设计与路基排水设计关系密切,路基排水多数情况下最终是通过排水涵洞引至路基以外。结合地形和路线平纵设计,当排除路基内侧边沟水,位置一般设在凹形竖曲线最低洼处附近;或者在路线纵坡由陡变缓处。当路线通过较长的挖方地段或者低洼地段时,应根据该地段的水流分布情况以及边沟的泄洪能力并结合地形,尽量选择在路基两侧有天然横坡处多设涵洞,避免排水不畅或长时间积水,影响路基稳定和路面车辆的正常行驶。

4.结合地质勘探资料。涵洞布置应尽量避开滑坡、断层、崩塌、软土等不良地质地段。涵位通常位于沟壑地段,地下水位较高,地表冲积物较厚,或属软土地层,地基承载力较低,填土比其他地段高,沟心设涵不安全又不经济,综合考虑,可将涵位从沟底移至岸坡上,将基础设置在边坡稳定、土壤密实且地基承载力较高处。当然,如果无法避开不良地质时,则基础以及地基必须进行特殊加固处理。

四、涵洞的进出水口设计处理。在设计中一般都愿采用八字墙张角度,这种办法设计简单但在施工中的进出水口并不如此,笔者在多年的实践中觉得设计人员应该多调查、丈量时尽可能地和地形结合起来进行设计。而施工技术人员也不能死搬硬套,应结合地形来做。特别是截水墙施工完毕之后,挖松了原地面出口很容易被冲刷。如果能在施工中采取一些砌片石护基则效果更好,但施工中往往没有采取这种措施,所以设计中应该提示一下为好。对于斜交涵洞的大八字墙张角如果也设成刚翼墙长度一般情况下巧度即可这样既能节省材料也能满足要求如果是特殊则另外考虑了。

五、涵洞孔径的确定设计。涵洞孔径是指涵洞洞身过水净空的大小,应根据设计洪水流量、河床地质、河床及进出口加固形式所允许的平均流速等条件来确定。

涵洞孔径的大小首先要足以宣泄设计洪水流量,并保证涵前涌水不致过高,涵内流速不致冲刷河床或结构物。但涵洞洞身随路基填土高度增加而增长,洞身断面尺寸对工程量影响较大,因此要求跨径与台高有一定比例关系,其经济比例一般为1:1～1:1.5。对于通道式涵洞而言,其孔径应符合最新的交通部颁布JTGB01-2003公路工程技术标准8.5.4规定的净空要求。对于高等级公路,涵洞一般较长,孔径不宜偏小,这是因为:

(1)不利于养护和清淤；

(2)当通道式涵洞比较长时,易造成通道内光线较差,行人行走不便,小型机械通行不便还有安全隐患,给当地居民生活、生产带来不便。对此,在满足规范要求且条件允许前提下,可适当加大净高,或做天窗设计。

六、其它设计应注意事项

1.根据公路工程技术标准,小桥涵的长度应与路基同宽,桥上可设缘石或栏杆,但应布置在路基宽度范围内。这样对工程造价影响较小,而对改善线形和行车安全有利。

2.当路线采用高填土路基时,要考虑设置相应的小桥涵作为相互通行的通道,假如取消通道,既影响道路两旁群众的出入,又使行人从路上跨过增加出事的可能性。

3.对于涵洞位置可高可低这种情况,是采用高位短涵还是低位长涵,需结合进口的高程以利于水流顺畅为准,但对于水泥砼路面,为了尽量少设或不设胀缝,最好采用低位长涵,以利于路面连续铺设。

4.水泥砼路面与桥涵相接处,应设置胀缝,采用边缘钢筋型或厚边型,如涵上有填土,且构造物在路基内或嵌入基层内侧,应对桥涵顶部及其两侧适当范围内的混凝土板,采用钢筋网加强或采用钢筋砼板。

结束语

公路小桥涵的设计是一项复杂多变的工作,由于受地形、地质等条件的影响,在实地调查时给人们带来了一定的难度,这就要求在设计时要反复对比方案,多与实地相联系。只有全面综合考虑了各因素,才能确保路线的安全、舒适与经济。

[1]曲光增.大连至庄河高速公路桥涵设计简介[J].北方交通，2008，05.

[2]吕艳.浅谈高速公路桥涵设计的一般原则[J].公路交通技术，2005，03.

[3]龚万江，王忠武.思小高速公路桥涵设计概况[J].交通科技，2003，04.

[4]廖树东.梅州市扶大二级公路桥涵设计原则和方案比选[J].林业建设，2004，04