本站原创摘 要：涵洞是用于公路排水的构造物,在山区道路建设中应用比较普遍.尽量单个涵洞施工量不大,费用也不高,但因数量较大,工程总造价往往较高.为了进一步控制涵洞施工的工程造价,该文从经济性的角度探讨了山区道路涵洞设计方法.
关 键 词 ：涵洞 设计 经济性
中图分类号：U449 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-0-01
涵洞是公路跨越沟谷、溪沟、河流、人工渠道及排除路基内侧边沟水流的横向排水构造物,作为道路设计中最常见的小型排水构造物,其单个工程量不大,费用也不高,但因其密布公路全线,按山区公路每公里3～5道来统计,其工程总造价往往并不低.因此,在满足涵洞排水功能的基础上,如何因地制宜、综合考虑各种因素,在进行技术经济比较的前提下合理确定涵位,使全线的涵洞工程量最小,从而减少全线的工程造价和养护费用是设计人员的着力点.依此,笔者就设计心得对山区公路涵位选择的经济性作一简单梳理.
1.涵位选择应满足最基本的排水功能需求
根据公路使用任务、性质及未来发展的需求,涵洞设计应严格遵循适用、经济、安全和美观的原则.确定涵位时,首先考虑的当然是满足涵洞作为排水构造物的基本功能,如顺沟设涵和路基排水涵等.只有在基本功能满足的前提下,才可能进一步实现设计方案的经济性.
2.平纵横多方结合,使涵位与路基排水系统有机配合
确定涵位时务必要结合路线的平面、纵断面和横断面,尤其是山区公路.涵位的平面位置考虑.对于山坡沟谷,基本沿沟心设涵结合加以适当的改沟即可.对于山区丘陵地带出现的低洼坪坝,如果非顺沟设涵,最好选择设置在低洼带的端头,因为这样的位置地基承载力通常较中部高,可以减少基础处治工作量从而降低施工难度和工程造价,同时可以避免占用优质农田.涵位的纵面位置考虑.在纵面布置中,如果单纯地关注纵断面,机械地套用一沟一涵的原则来确定涵位,可能会犯如下错误：（1）纵断面上有一个凹处就设一个涵洞,这样的见坑设涵难免犯下设置了干涵洞、通风涵的初级错误.因为路线经过垭口时,也可能在纵面图上产生凹处.（2）纵断面上挖方路段一律不设涵洞也是常见错误之一.实际情况是,虽然有时纵断面上是挖方,但纵断面往往只反映了路中线的标高,中心挖方并不代表路中线两侧都是挖方.在凹形竖曲线上,如果横断面两侧都是挖方,由于排水要求的存在,仍需设置涵洞或者进行纵向排水设计.因此,除了结合路线的纵面布置图、平面布置图和横断面图等综合考虑进行了纸上定位之外,更要依据现场踏勘情况进行涵位的最终确定,尤其是人行通道或车行通道等的设置更是要通过实地调查来最终确定.
3.高填方涵洞及阶梯涵洞的设置
纵面上的涵位考虑的要素还有：涵洞进出口标高的确定,涵底纵坡的过渡方式（均匀纵坡、变换纵坡、阶梯涵）等.对高填方路段的涵洞选型,在纵面布置时应就以下情况进行综合考虑：一是整个路段均为缓坡横断面的,可以设置高填方涵洞.二是进口段横断面为陡坡、出口段横断面为缓坡的路段,应尽可能地以进口能顺畅进水为制约条件确定进口标高,采用缓坡铺底,而在出口处设置出口急流槽,这样能显著降低涵长,具有较好的经济性.同时,在这类涵洞的选型上,选择除拱涵以外的对基础沉降不太敏感的涵洞形式为首选,而应尽量避免设置拱涵,因为拱涵的拱圈对基础沉降比较敏感,基础的不均匀沉降有可能导致拱圈拉裂甚至垮塌.三是整个路段都是陡坡横断面的,应当设置阶梯涵洞.此时之所以不选择填方涵洞,主要是基于安全考虑,因为整个断面的陡坡涵洞容易出现基础滑移,采用阶梯涵可以使基础尽量放置在原始地基上,再结合基底的反坡处理,从而有效抑制基础滑移.以上情形二和和情形三,之所以选用不同的方案,是因为情形二出口段的缓坡地基能有效地降低基础滑移的风险,采用在填方路基上放置基础没有太大的安全隐患,而情形三如果采用同样方案则存在较大的安全隐患.
4.尽量采用标准的涵洞斜交角度,降低施工难度
设计中,因为并非每条自然冲沟都与路线正交,为确保水流顺畅往往采用斜交涵位布置的方式.确定涵洞斜交角度时,应先实测出河沟水流与路线的夹角,但设计中无需精确地去满足自然冲沟的斜交角度,而应尽可能采用标准的涵洞斜交角度（通用图的涵轴斜度为0 o～45 o,一般按5 o一级设计）,如实测17.5 o的涵洞可按15 o或20 o来设计,因为几度的交角误差对涵洞流并没有太大影响,但对于需要预制的盖板涵、圆管涵,如果采用特殊角度,预制时会因钢筋放样规格过多而加大施工难度.当然,对高速公路而言,若涵洞斜交角度的变化可能带来较大的改沟数量时,就应据实际情况决定对策：或因受地形限制,调整涵洞斜交角度较困难时,可少量采用特殊角度；若无地形限制,则应尽可能采用标准角度.当然,通过同一合同段内的涵洞类型尽量保持一致从而降低施工难度也是提高经济性的有效措施之一.
5.采用较小的涵洞斜交角度缩短涵长
设计中会遇到这样的情形,自然冲沟的轴线和路线方向之间交角较大,如果仅从功能上考虑,顺沟设涵最有利于排水,但机械地采用这一原则会导致路线沿途众多异型斜交涵洞的出现,此时,应当本着降低造价和便于施工的思路对涵位及其斜交角做适当变换.在涵洞标高一定的情况下,减少涵长对降低造价效果是最明显的,因此,设计中可尽量采用较小的斜交角度（按涵洞与路线法向夹角计）,比如0 o、15 o、30 o等等,此时,为保证涵洞的进、出口排水通畅,只需在进、出口做适当的改沟接顺即可.此外,对涵位和斜交角度的调整也能将陡坡涵洞改为缓坡涵洞,这样既增加了安全性也降低了施工难度.
6.岸坡设涵缩短涵长
设计中,通过实地调查,较深的河沟,若其边坡稳定性较好,土壤密实,则可将涵位从沟底适当上移到岸坡上,以缩短涵长,降低造价.当然,此时应做好上下游的防护加固措施,合理设置引水沟、截水坝等,避免水流沿着原冲沟毁坏路堤和农田.
7.改沟整流减少涵洞数量
通常情况下,涵位布设均依照符合自然水流方向的原则,但如果两条河沟相距不超过100 m,河沟较浅,且沟底纵坡小于3%,水流不大,含沙量较小时,可依据实际情况灵活采用如填平次沟并入涵洞、用排水沟并入涵洞、同时改沟并入涵洞、改沟取消涵洞等多种形式对原沟进行整流以减少涵洞数量,从而降低工程造价.当然,如果改沟工程量过大或改沟合并后,河沟产生过大的冲刷和淤积,甚至影响到路基的稳定性时,则不宜改沟合并设涵.
8 合理利用不同地区的建筑材料,有效降低涵洞造价
涵位选择的经济性还应充分考虑建筑材料的影响.设计中,不能只追求出图效率而忽略业主提供的不同地区的建筑材料方案.比如对于山区,如果可用于建筑的石料丰富且便宜,就应该多选用石料.同时,不同建筑材料的强度不一样,在开始新的项目设计之前,应充分调查当地建筑材料的力学特性,如果其材料强度不能满足现有通用图的设计参数,则应通过结构验算为采用这种建筑材料提供相应结构尺寸的通用图,待通用图完成之后再展开下一步的设计工作.
9 利用端墙缩短涵长降低造价
在涵洞设计中,还可以适当地利用端墙来缩短涵长,以有效地降低涵洞的造价.综上所述,一份好的涵洞设计文件,应当于细微之中见其独到之处,以体现不同设计者、设计院的设计风格.