分析山区高速公路涵洞设计方法

胡 可

(贵州省交通规划勘察设计研究股份有限公司)

1 涵洞设计特点

1.1 数量多

山区高速公路建设自身的特点决定其对涵洞的需求量较大，以某公路为例，平均每km就有5个涵洞，可见，山区高速公路涵洞的数量较多。

1.2 地形、地质条件复杂

涵洞一般沿着河流的方向布置，由于山区河流形状曲折，因此，涵洞所在的地质条件和地形条件较为复杂。且沟心的形状也不同，有的较宽，有的较窄，这些条件都加大了涵洞设计和施工的困难度，因此，设计时需要充分考察周围的地质和地形条件。

1.3 常用结构形式较固定

高速公路建设线路较长，因此，每段线路的地质条件和填土高度等都各不相同，因此，根据这些条件，使用的涵洞形式也不同，常用的有管涵、拱涵、箱涵等形式，这些涵洞形式的整体性较好，且对于地质的要求比较低，但是这些涵洞形式的投资较大，且施工工序较为复杂，只有特殊情况下才能够使用。

1.4 设计方法简单

涵洞的主要功能是排水，因此，一般布置在路面结构层的下方，因此，受到外界环境因素影响较低，设计时只需要考虑到填土静压力、车轮荷载和结构自重三项竖向荷载。此外，涵洞设计的形式比较固定，不同地区的涵洞设计都可以参考经过严格的标准套图，设计起来方便简单。

2 山区高速公路涵洞设计步骤

2.1 平面布置

首先，根据地形图初拟涵洞位置，其次，做好现场勘察工作，以保证水流通畅，降低工程造价。并沟设计方案，将A涵洞由原来的1-2×2拱涵改成1-3×3拱涵，去掉了B涵洞，这样满足原设计流量要求，增加了95.0m改渠工程量，两方案的经济性对比见表1。

表1 分别设涵与并沟设涵经济性比较表

2.2 立面布置

涵洞的立面布置主要是顺沟底纵坡布置涵洞，保证涵底不冲不淤。山区河沟沟底纵坡一般较大，为了确保基础稳定，纵坡小于10％的土质地基河沟，或纵坡小于30％的轻度风化岩石地基河沟，可采用斜置式陡坡，涵底基础课设置为齿状基础或台阶形基础，或将出口设置为扶壁式;纵坡大于10％的土质地基河沟，或纵坡大于30％的的轻度风化岩石地基河沟，可采用台阶斜置式陡坡涵。规范没有明确规定涵底纵坡下限，但基于基础稳定性考虑，一般不做纵坡大于30％的涵洞。另外，涵底纵坡也可以灵活变化，阶梯式和斜置式可以混合使用。

3 高速公路山区涵洞设计几点思考

3.1 山区涵洞填土荷载

我国的相关规范规定了山区台顶的计算公式，但是这个公式仅仅是针对一般的涵洞来确定的，如果考虑到涵洞台顶土的作用，就会失去其科学性。如果涵洞设计时没有结合涵洞的实际情况灵活运用计算公式，可能会造成地基沉陷、涵洞结构开裂等情况出现。

3.2 山区涵洞地基处理

山区地质较为复杂，涵洞的跨度虽然不大，但是还是会存在高差，高差的产生势必会对涵洞基础的稳定性造成很大的影响，不同节段基础之间的荷载也会不同，如果设计时没有考虑到这些情况，按照最高填土的荷载进行设计就会造成很大的浪费，如果按照最低填土的荷载进行设计，就会使一部分地基基础的处理达不到要求，进而影响到高速公路路面的耐久性和平整度。

3.3 山区涵洞台背填土

台背的填土受到自身条件的限制，会产生沉降，这样以来，底部的填土所承受的荷载就会加大，从而影响到涵洞地基基础的质量。如果涵洞所在的地势高低不平，就会产生沉降差，带来更大的摩擦力，进而影响到涵洞基础的稳定性。

3.4 山区涵洞末尾节段不均匀受力

(1)由于涵洞所在的地质条件比较复杂多变，地势会存在很大的高差，如果设计时没有考虑到这个问题，就会给之后的施工带来很大不便。因此，涵洞设计时应该首先考察清楚涵洞所在位置的地理位置和地势条件，然后根据不同的地势条件进行分别设计，只有这样才能够方便施工，提高设计的准确性和科学性。

(2)由于涵洞的施工较为复杂，因此，经常需要填土，但是受到涵洞周围地质条件的影响，填土的承受荷载的力量较小，这样会导致涵洞的质量得不到保证，针对这种情况，可以采取一些转移荷载的措施。

(3)涵洞台顶和台背受到周围地质的影响会产生滑坡，为了改善这种现象，可以再涵洞的基础底面设置成倒坡或者是在台背上涂抹一些润滑剂，减少荷载的作用。

(4)针对一些高差较大的涵洞，为了避免高差影响施工和后期的维护，可以再高差地设置减缓高差影响的连接器，这样不仅可以方便工作人员施工，还能够保证涵洞的稳定性及质量。

4 结束语

综上所述，涵洞设计与施工对于山区高速公路的质量有着重要的影响，因此，必须做好涵洞设计工作，为高速公路的日后使用打下坚实的基础。鉴于山区涵洞设计对于公路工程建设的重要性，因此，本文研究这个课题具有非常重要的现实意义。

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