朱鵬翔 龔毅

摘要：涵洞、通道作為高速公路的主要結構物之一，是高速公路各種結構物中數(shù)量較多的，同時它作為小型結構物將排水和通行兼顧，與當?shù)鼐用裆畛鲂邢⑾⑾嚓P。公路建設中,涵洞通道布置缺乏合理考慮,施工中對基礎處理輕率,使得涵洞容易產(chǎn)生下沉,開裂等質量事故。對此應根據(jù)不同的地質排水或通行要求選用不同的涵洞結構及軟土地基上涵洞基礎處理等手段,確保工程質量。

關鍵詞：公路涵洞通道分布設計

中圖分類號：U412.36文獻標識碼：A 文章編號：

Talk about highway tunnels, the channel of distribution and design

Zhu Peng Xiang

（Changsha in hunan university of science and technology HuaGang planning design institute Co., LTD, hunan changsha 410076, P.R.China;）

Abstract：Culvert and channel as the main highway structures, and one that highway all kinds of structures in the quantity, at the same time it as a small structures will both drainage and traffic, and local residents living travel is closely linked. Highway construction, the lack of reasonable arrangement culverts channel to consider, in the construction of basic processing thoughtless, makes the culvert easy to produce the sink, cracking and other quality accident. This should be based on the different geological drainage or traffic demand choose different tunnels structure and on soft soil foundation treatment means culverts, ensure the quality of the project.

Keywords：Highway tunnels channel distribution design

小型構造物對于高速公路縱斷面線形,路基穩(wěn)定,行車安全,及對沿線農田排灌系統(tǒng),居民出行等許多方面起著重要的作用和影響。因此小型構造物的總體分布和細部設計應引起我們足夠的重視。

一、涵洞及通道分布的原則

1）滿足高速公路排水的需要

涵洞是路基排水的主要設施。全線貫通的邊溝排水最終通過涵洞引離路基，使高速公路排水自成體系。邊溝的一般設計指標是縱向不小于0.3%，邊溝坡長不超過300m，極限值為500m。布設排水涵洞時．涵洞間距、進出口底標高應與邊溝結合，同時注意與周圍排水河溝綜合考慮。在沒有自然河溝的情況下、如果必要，也應設置供公路自身排水的涵洞．同時設置配套的線外工程，將公路排水引入河流和溝塘。

2）溝通原有農田排灌系統(tǒng)

高速公路的建設，對沿線帶狀區(qū)域內的水系將不可避免地有所影響。為了盡量減少矛盾，必須對沿線的水文、地貌、水利設施與規(guī)劃、行政區(qū)劃及農田分布進行詳盡的調查．以確定涵洞的位置、水流方向、河渠斷面、縱坡、水文地質情況以及必要的防護措施等。必要時可征詢當?shù)叵嚓P部門意見，為減小工程造價對原有河渠進行改河、改渠等線外工程進行局部調整。

3）非排水涵洞

為對路線跨越的自來水管、光纜、電纜等的保護而修筑的涵洞,以便對其進行保護和維護。

4）設置通道解決公路、鄉(xiāng)村道路交叉的問題

高速公路與鄉(xiāng)村道路交叉必須設置通道或者天橋。地形條件有利，人口稠密的學校或公路交通量大時等地區(qū)宜設置通道。人行通道凈高應≥2.20m，通行拖拉機、蓄力車時≥2.70m；通行農用汽車時應≥3.20m。通道凈寬應不小于4.0m。

二、高填方涵洞的設計問題

1）土壓力的計算

高填方涵洞結構設計的控制荷載是垂直土壓力。垂直土壓力國內外采用的公式較多，且計算過程較為復雜.而利用有限元分析時參數(shù)選取的合理與準確程度將對計算結果產(chǎn)生較大影響。公路橋涵設計規(guī)范規(guī)定涵洞上垂直土壓力按面內土柱重量計算但此公式不能準確反映具體工況下涵洞的真實土壓力，因此工程實際中希望找到一個簡便的計算方法能夠簡化不同工況下涵洞土壓力的影響因素。影響涵洞土壓力的因素很多，但各種因素變化最終都將引起涵頂平面內土柱與平面外土柱間的沉降差。各種土壓力的計算推導.實質上歸結為對土柱沉降的分析與研究。若以土壓力集中系數(shù)表示，不同計算公式最終可簡化為:

式中: 為土體應力; 為土應力集中系數(shù); 為填土容重為填土高度。

當涵頂面內土柱沉降大于面外土柱沉降()時.將產(chǎn)生土拱作用，涵洞實際承受的垂直土壓力將小于土柱重量，此時反之()，則產(chǎn)生應力集中;當面內外土柱沉降相等()則。為此在涵洞設計時.首先應根據(jù)場地地形條件.地基的地質條件地基處理方法結構物本身特性及填土土質和施工工藝等綜合因素.定性確定涵洞平面內與平面外土柱間的沉降差的正負從而判斷土壓力集中系數(shù)， 或.

2）減荷措施

土力學理論本身的許多假定和參數(shù)選擇都帶有半經(jīng)驗性質，隨機性很大。不論如何精確的計算公式，都很難將所有實際因素考慮周全和準確。所以，在工程設計中，一方面要根據(jù)涵洞受力和變形特點，結合具體工況確定合理的土壓力計算公式，更為重要的是采取正確的工程措施，使結構物處于有利的工作狀況。歸納起來主要有以下幾種方法：

a、充分利用溝谷地形；

b、在涵洞頂一定厚度范圍內采用高壓縮性填充材料或中松側實填土法；

c、提高涵臺背后填土壓實度或采用低壓實性材料；

d、采用合理的地基處理方法，如加固涵洞兩側地基或采用相對松軟的涵洞地基，在涵洞地基設計時，保證沿涵洞軸向地基的均勻性對結構安全是十分重要的。

3）地基處理

目前，由于對高填方涵洞的涵-土相互作用機理認識不足，設計人員未能充分考慮地形和地基條件等因素對涵洞受力的影響以及高路堤下涵洞基礎的埋深效應和地基承載力的修正，對地基承載力提出了過高的要求。一方面造成經(jīng)濟浪費，另一方面使涵頂應力集中現(xiàn)象加劇，給構造物帶來安全隱患。高路堤下的涵洞，填土相當于使涵洞基礎具有埋深效應，可以顯著提高地基承載力，深刻認識埋深效應有助于指導高填方涵洞的地基承載力的確定。

三、軟土地基上涵洞基礎處理

公路地處沿海地區(qū),河道縱橫交錯,軟基較多,其常見的破壞現(xiàn)象有:涵洞中段沉降量比出入口兩端涵節(jié)大得多,形成涵身凹陷,積水淤土,使過水斷面減少,有些涵洞還同時出現(xiàn)進出水口兩端涵節(jié)向外側擠出,并向后仰,設計預留的沉降縫被拉寬,以致漏水冒泥,影響路基的穩(wěn)定,部分或全部失去涵洞的作用。

產(chǎn)生上述弊病的原因,多數(shù)是由于涵洞自重、涵洞上覆蓋荷載和路基填土的荷載壓力互相重疊,使地基土承受的附加應力超過其極限強度而造成剪切破壞?；蛞虻鼗恋膲嚎s沉降過大,涵洞的預留拱度不能彌補基礎的下沉,而造成涵身凹陷。涵洞對地基的承載力要求由計算得出的涵洞基底平均壓應力大小確定,一般要求地基的容許承載力略大于涵洞基底的應力。而對容許的沉降量,不可一概而論,現(xiàn)行有關橋涵設計規(guī)范也未作明確規(guī)定。

處理方法。當軟土層較薄(如厚度<3m),一般采用淺層換填法處理。軟土地段上的涵洞,可以采用樁基,使之基本不發(fā)生沉降;也可以采用天然基礎,容許發(fā)生一定量的沉降。

最合理的技術方案是采用兩側路堤相同的填土預壓固結措施即先填后挖修建。預壓期到后,開槽修涵洞。這樣既可使地基固結強度提高,也消除了大部分沉降,使涵洞與兩側路堤的變形較好協(xié)調一致,剩下的部分沉降可通過設置預留拱來調整。涵洞若采用復合地基支承時,其樁柱形式一般選用深層攪拌樁、碎石樁或石灰樁等。

常見的涵洞按其構造型式可分為鋼筋混凝土圓管涵、鋼筋混凝土箱涵和鋼筋混凝土蓋板涵3類。不同構造形式的涵洞,其軟基處治方法也有所不同。

對于地基承載力不符合要求，在這里提出幾點設計階段的處理措施：

（1）對于蓋板涵和拱涵如地基需換填處理，超過三米則應不考慮漿砌片石；（2）蓋板涵或拱涵整體式鋼筋砼基礎，構造鋼筋應不小于 Φ12，以Φ16為宜；（3）圓管涵在土質為淤泥等較差的地質條件下應提出基礎換填，以管涵基座寬度為宜、深度以不大于2 米來控制；（4）如開挖后發(fā)現(xiàn)需超挖1 米內才能滿足涵洞地基承載力要求，則應考慮與基礎同標號片石砼進行處理；（5）如開挖后發(fā)現(xiàn)需超挖1米~3米才能滿足涵洞地基承載力要求，則考慮漿砌片石進行處理；（6）如開挖后發(fā)現(xiàn)需超挖3 米以上才能滿足涵洞地基承載力要求，則考慮其一可改變涵洞形式或將涵洞降低標高（增長涵身），其二如地基承載力提高0.1MPa能滿足設計要求則采用換填1.5~2.1 米的碎石墊層（強調要求0.2~0.3 米分層壓實，壓實度達 96%以上）；（7）涵洞基礎較差的情況其一可考慮改變涵洞結構形式（在填土高度滿足要求的情況下，如箱涵，特殊情況下應對基礎進行碎石換填處理），其二可采用鋼筋砼基礎+碎石墊層的處理措施。第二種方法雖然能夠處理但是處理的費用較高；（8）如為拱涵（包括對地基承載力要求較高的涵洞）則基礎必須加深至完整基巖。加深基礎的材料應為漿砌片石或片石砼；（9）跨越輸油管道的涵洞，應在說明中強調基礎開挖采用冷開挖措施，既不能擾動輸油管道（非爆破措施），如基巖出露則現(xiàn)場監(jiān)理根據(jù)實際情況調整基礎標高，如基礎無持力層，可考慮換填或鋼管樁等基礎處理措施。

五、介紹一下公路涵洞與通道設計制圖軟件的應用。

公路工程中涵洞與通道設計制圖工作的特點是結構類型明確且比較規(guī)則，在同一工程中重復率高。這正是計算機發(fā)揮作用的地方。利用涵洞的設計理論與公路計算機輔助工程(Computer Aided Engineering)相結合的公路涵洞設計和成果圖繪制軟件系統(tǒng)。PowerCulvertX公路涵洞CAD輔助設計系統(tǒng)（簡稱PCVX）。它的優(yōu)勢在于

（1）廣泛適用于高速公路、市政工程等的涵洞輔助設計、施工。用戶包括各大設計單位、科研單位、施工單位、業(yè)主單位以及各大中院校土木工程專業(yè)教學等。

（2）快速的運行速度，計細節(jié)實時更新：PCVX能夠通過數(shù)據(jù)庫實體，實現(xiàn)涵洞設計過程中設計圖和細部構造圖的繪制；可以根據(jù)用戶的需求，對任意設計參數(shù)或環(huán)境參數(shù)實時響應，真正做到所見即所得。圖形和數(shù)據(jù)分離，方便您在成果圖丟失的情況下，可以找回其設計的原始數(shù)據(jù)，在維護項目組文件上特別方便和快捷。

（3）強大實用的設計功能下，完善的涵洞類型：提供蓋板明涵、蓋板暗涵、拱涵、管形涵（包括波紋管涵洞、圓管涵、倒虹吸涵洞）、箱涵共7種。涵洞的孔數(shù)支持任意孔（小于等于10孔）涵洞的布置；強大的路線引擎功能可以直接從設計好的路線中提取需要設計的涵洞的地面線和設計線而設計的。成果圖處理，同EXCEL結合統(tǒng)計數(shù)量，個性的細節(jié)設計都很實用。

（4）設計專業(yè)人員很容易結合項目掌握PCVX的應用。

六、施工注意事項

1）拆除原構造物洞口八字墻時，應及時砌筑簡易的側墻封住其臺背回填的透水性材料，以免臺背填料流失，造成路基塌陷；2）加寬部分應盡量采用復合地基方式處理，盡可能減小新老構造物間工后差異沉降。對跨徑較大的、地質情況較差的涵洞、通道，應特別注意施工期間原有結構物的正常使用。

參考文獻

[1] 程高峰. 淺談高速公路涵洞施工技術[J]. 科學之友, 2010,(19)

[2] 韓麗娜. 淺析貴州境大興(湘黔界)至思南段高速公路涵洞的布設[J]. 北方交通, 2010,(01)

[3] 劉文進. 淺談山區(qū)高速公路涵洞的勘察設計[J]. 山西交通科技, 2008,(04)

[4] 石巖磊. 通道涵洞工程質量控制問題研究[J]. 科技致富向導, 2011,(09)

[5] 劉鐵軍. 路基常見病害原因分析與防治措施[J]. 科技風, 2010,(13)

作者簡介：朱鵬翔（1979-），男，漢族，湖北武漢人，長沙理工大學 湖南華罡規(guī)劃設計研究院有限公司。 研究方向：橋梁與隧道