王 勇 韓曉強(qiáng)

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

鐵路小橋涵作為鐵路工程的一部分，相較大中橋而言，其單個(gè)工程量小，造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易設(shè)計(jì)，在勘測(cè)中易被忽視。但是，由于其均為功能性構(gòu)筑物，總體數(shù)量龐大、類型多樣，與鐵路周邊百姓的生活息息相關(guān)且與鐵路工程的安全關(guān)系重大;特別是長(zhǎng)大限坡地段［6］，直接關(guān)系到整個(gè)線路的填土高，進(jìn)而影響整個(gè)工程造價(jià)。因此，長(zhǎng)大鐵路小橋涵的勘測(cè)應(yīng)引起鐵路設(shè)計(jì)人員的足夠重視。

1 項(xiàng)目概述

新街礦區(qū)鐵路專用線全長(zhǎng)99.5 km，其中，完成勘測(cè)的海勒斯壕南至桃林東段全長(zhǎng)67 km，為一次雙線電氣化鐵路。該段全部位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯伊金霍洛旗境內(nèi)，線路走行于鄂爾多斯高原，全線既穿越了人口較稠密的村鎮(zhèn)、農(nóng)田，也經(jīng)過(guò)了人煙稀少的沙漠邊緣、河谷及丘陵地帶。因此該線小橋涵的勘測(cè)方法具有一定的代表性。

2 新街礦區(qū)鐵路專用線小橋涵設(shè)置

2.1 涵洞類型及孔徑選擇

根據(jù)線路穿越的地形地貌，全線可分為兩個(gè)大的段落，涵洞的主要結(jié)構(gòu)形式也按此分為兩大類。DK0+000～DK35+900段走行于黃土丘陵沙丘區(qū)，該段落風(fēng)沙嚴(yán)重，沖溝明顯，部分溝谷下切劇烈，溝底縱坡較大，且沖溝有較好的積水條件，故在填土高度允許的情況下，優(yōu)先選用鋼筋混凝土蓋板涵;DK35+900～DK56+500段走行于丘陵微丘區(qū)，地形較平坦，相對(duì)高差0～10 m，該段落優(yōu)先選用鋼筋混凝土框架涵。

框架涵一般采用孔徑為1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m、4.5 m、5.0 m、6.0 m;普通及高填土鋼筋混凝土蓋板涵一般套用標(biāo)準(zhǔn)圖，具體見表1、表2;鋼筋混凝土肋板涵一般采用孔徑為4 m、5 m、6.0 m;渡槽一般選用孔徑1 m或1.5 m、跨徑16 m的結(jié)構(gòu);其余情況可個(gè)別設(shè)計(jì)。

表1 普通蓋板涵一般數(shù)據(jù) m

表2 高填土蓋板涵一般數(shù)據(jù) m

2.2 沙漠邊緣區(qū)小橋涵布設(shè)

DK0+000～DK19+900段走行于毛烏素沙漠邊緣，沿線均為波狀丘陵沙丘，全段沒(méi)有農(nóng)田，亦幾乎沒(méi)有道路，故本段落主要設(shè)置排洪涵。

由于地形波狀起伏，現(xiàn)場(chǎng)難以辨別沖溝，為了避免涵洞漏設(shè)、錯(cuò)設(shè)及多設(shè)，結(jié)合1∶10 000地形圖做較大范圍調(diào)查。對(duì)于流量小且通過(guò)改溝、順溝或?qū)β返套鲆欢ǖ姆雷o(hù)能有效地將洪水引至別處的，考慮合并設(shè)置小橋涵。同時(shí)，涵洞孔徑除考慮流量外，尚應(yīng)注意風(fēng)沙的影響，該段落優(yōu)先使用蓋板涵且孔徑適當(dāng)留有富余。另外，該段沿線零星長(zhǎng)有人工種植沙柳，對(duì)于橋間距較大的路基段落，對(duì)個(gè)別排洪涵追加了立交功能，以便行人及當(dāng)?shù)胤里L(fēng)固沙工程車輛通過(guò)［8］。

該段落共計(jì)設(shè)置蓋板涵17座，框架立交小橋1座。

2.3 山嶺重丘區(qū)小橋涵布設(shè)

DK19+900～DK35+900段走行于山嶺重丘區(qū)，地形起伏較大，沿線人煙較少，本段落主要設(shè)置排洪涵，立交涵、灌溉涵較少。

小橋涵宜逢溝設(shè)置。但是，對(duì)于流量小，通過(guò)改溝、順溝或?qū)β返套鲆欢ǖ姆雷o(hù)能有效地將洪水引至別處的，考慮合并設(shè)置小橋涵。對(duì)于路基填土高20 m左右，溝內(nèi)林木茂盛的V形沖溝，考慮到涵洞孔徑小易受流木、雜草等堵塞，該部分沖溝優(yōu)先考慮橋式方案跨越。涵洞孔徑除考慮流量外，尚應(yīng)注意溝內(nèi)樹木、雜草及漂石的影響，該段落優(yōu)先使用蓋板涵、肋板涵且孔徑適當(dāng)留有富余。

與該段線路相交的道路均為土路，且道路多沿山脊線走行，相臨道路多有深溝相隔，故道路不宜封閉及改移，除非橋孔延伸至同一山坡上可將道路改至橋下，否則，應(yīng)在原位或鄰近位置設(shè)置立交涵或公跨鐵立交橋。

該段落共計(jì)設(shè)置蓋板涵9座，肋板涵3座，框架涵1座，公跨鐵立交橋8座，灌溉渡槽2座。

2.4 微丘區(qū)小橋涵布設(shè)

DK35+900～DK56+500段為丘陵微丘區(qū)，地勢(shì)較平緩，無(wú)明顯沖溝，線路穿越村莊、農(nóng)田，沿線人口密度較大，該段小橋涵的功能及種類多樣。

本段線路幾乎平行于等高線行走，排洪涵位置較難選定。由于該地區(qū)雨量小，排洪涵結(jié)合了道路立交、灌溉渠道等綜合考慮設(shè)置或合并設(shè)置。

該段地形平緩，難以逐溝得出其流量，故可先得出較大匯水區(qū)域的流量，按等壅水線法對(duì)預(yù)先布設(shè)的小橋涵進(jìn)行流量分配，小橋涵的孔徑及座數(shù)以全部排出洪水為準(zhǔn)。另外需注意，由于順溝工程量大，該段落不宜下挖設(shè)涵;為了避免淹沒(méi)上游農(nóng)田和危及村鎮(zhèn)安全，應(yīng)控制涵前積水不得過(guò)深。

該段落共計(jì)設(shè)置蓋板涵18座，肋板涵2座，框架涵33座，框架小橋2座，公跨鐵立交橋3座，灌溉渡槽1座。

2.5 與既有線并行段小橋涵布設(shè)

新街礦區(qū)鐵路專用線包神北聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)12.2 km，其中與既有包神鐵路并行段長(zhǎng)5.4 km，并行段涵洞設(shè)置主要參照既有橋涵。

包神鐵路最早修建于20世紀(jì)80年代末期，2008年增建了二線工程。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并比較既有橋涵竣工圖，包神二線橋涵孔徑及結(jié)構(gòu)與老包神基本一致，與新建線路并行的既有橋涵均無(wú)水害，個(gè)別橋涵存在沙害及混凝土結(jié)構(gòu)堿化的現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)并比較水文資料，對(duì)于需要接長(zhǎng)的涵洞，保持與既有涵結(jié)構(gòu)一致;不需接長(zhǎng)的涵洞，除風(fēng)沙填塞較嚴(yán)重者孔徑需加大一級(jí)外，其余均保持與既有橋涵結(jié)構(gòu)及孔徑一致。

該段落共計(jì)設(shè)置蓋板涵4座，肋板涵4座，框架涵4座。

3 小橋涵設(shè)置的原則特點(diǎn)及適用條件

3.1 小橋涵設(shè)置的一般原則［1，2，7］

(1)小橋涵應(yīng)根據(jù)排洪、灌溉和交通需要，結(jié)合地形、地質(zhì)等自然特征合理確定。尤其是排洪工點(diǎn)，避免路基上游出現(xiàn)水流直沖路基的死水區(qū)，在經(jīng)濟(jì)、合理的情況下，可考慮改溝并溝設(shè)置小橋涵。

(2)山區(qū)應(yīng)逢溝設(shè)置小橋涵。當(dāng)溝較小、流量較小，且其附近的沖溝又必須設(shè)小橋涵時(shí)，該溝對(duì)應(yīng)的路基可不設(shè)工點(diǎn)，但是需對(duì)路基做一定的防護(hù)，并通過(guò)路基邊、側(cè)溝等將水流導(dǎo)至鄰近的宣泄口處。

(3)山區(qū)沖積扇的小橋涵應(yīng)在主溝處分散設(shè)置。

(4)山前漫流無(wú)顯著溝槽地區(qū)，采取分片泄洪原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)、局部及地形圖，在主流水處設(shè)置小橋涵。

(5)平原區(qū)排水、排洪涵的設(shè)置，除了結(jié)合自然溝渠外，尚應(yīng)考慮路基兩側(cè)平衡水位的需要，避免線路一側(cè)出現(xiàn)內(nèi)澇。

(6)新增二線或改建既有線時(shí)，對(duì)于既有小橋涵，應(yīng)在調(diào)查研究及經(jīng)濟(jì)技術(shù)允許的條件下，盡量利用或部分利用既有建筑物，避免大拆大改。

3.2 一般涵洞的特點(diǎn)及適用條件［3，4，9］

(1)鋼筋混凝土圓涵

鋼筋混凝土圓涵便于集中制造，易于施工，適用于缺少石料地區(qū)，且有足夠填土高度的小跨徑涵洞且溝床縱坡較緩、流量較小的河溝或渠道。

當(dāng)水流中夾帶泥沙石塊或樹枝雜草，可能造成淤塞和磨損時(shí)，應(yīng)避免采用圓涵;在經(jīng)常有水的河溝上，冬季有形成冰錐的可能時(shí)，不應(yīng)采用圓涵;山區(qū)鐵路修建前交通運(yùn)輸不便，往往造成運(yùn)送管節(jié)的困難或破損，亦不宜采用圓涵;灌溉干渠、支渠上不宜采用圓涵;在一般斗渠上應(yīng)避免用多孔圓涵。

(2)鋼筋混凝土蓋板涵

鋼筋混凝土蓋板涵的蓋板可以預(yù)制，施工工期短，對(duì)地基不均勻沉陷和地震的適應(yīng)性較好，適用于無(wú)石料地區(qū)且過(guò)水面積較大的涵洞，并且溝床縱坡較陡、流量較大、具有積水條件的河溝上。

(3)鋼筋混凝土框架涵

鋼筋混凝土框架涵適用于軟土地基或低路堤地帶，尤其在當(dāng)?shù)厝彼蛉鄙俳ㄖ牧系那闆r下，可以預(yù)制成成品拼裝施工，施工條件簡(jiǎn)化，并可加快施工進(jìn)度。但是該類涵洞基礎(chǔ)埋深較淺，涵身鋼筋保護(hù)層較薄，當(dāng)河溝沖刷較大、水流中經(jīng)常夾帶泥沙、石塊時(shí)，不宜選用該類型涵洞。

(4)鋼筋混凝土肋板涵

肋板涵一般適用于山區(qū)、丘陵區(qū)等流量不大的深沖溝地段，由于路基填土過(guò)高，普通的蓋板、框架涵無(wú)法承受板頂?shù)木薮笸翂毫Χ辉龠m用;同時(shí)，與肋板涵相比，橋梁又因?yàn)殚L(zhǎng)度較長(zhǎng)、施工困難、經(jīng)濟(jì)不合理，且墩臺(tái)施工中需大量刷土石方而造成大量廢棄方壓占土地時(shí)，可以考慮設(shè)置肋板涵。

(5)渡槽

渡槽是用以跨越河渠、山谷、洼地和道路的輸水建筑物，在鐵路工程中，一般適用于路塹段落的灌溉、輸水渠道，排洪渡槽慎用。

(6)倒虹吸管

當(dāng)鐵路穿越農(nóng)田灌區(qū)或與輸水渠道相交、兩者高程相差不大且無(wú)法滿足渡槽及涵洞的設(shè)置要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后渠道又不便于改移的，可以考慮設(shè)置倒虹吸管。該類結(jié)構(gòu)一般用于灌溉或人工輸水構(gòu)筑物，不做排洪用;水流中含泥沙等雜物較多容易淤積的渠道，慎用倒虹吸管。

(7)既有小橋涵

既有小橋涵原則上應(yīng)利用或部分利用，不應(yīng)輕易廢棄。但是，有下列情形者，應(yīng)考慮改建:

①既有橋涵雖經(jīng)加固，但仍不能滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)或行車速度者。

②既有橋涵及附近路基發(fā)生過(guò)沖毀等嚴(yán)重病害者。

③橋涵上游積水過(guò)深，危及行車及上游村鎮(zhèn)生產(chǎn)生活安全者。

④橋涵限界不能滿足地方規(guī)劃要求者。

⑤既有小橋涵為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)的，如鑄鐵管、陶瓷管或木結(jié)構(gòu)等。

4 涵洞出入口的確定

涵洞的出入口有調(diào)節(jié)水流流速、流態(tài)和流向的作用，并保護(hù)涵洞及附近路基邊坡以及上、下游河床不受沖刷破壞［3］;另外，涵洞出入口位置的選擇，決定了涵洞的長(zhǎng)度，影響整個(gè)涵洞工程量［10］。因此，合理確定涵洞出入口是涵洞設(shè)置的關(guān)鍵所在。

勘測(cè)階段線路縱斷面尚不穩(wěn)定，故涵洞出入口亦不能在勘測(cè)時(shí)完全確定。為了在設(shè)計(jì)中合理確定涵洞的出入口，對(duì)于形狀彎曲的沖溝，視地形復(fù)雜程度，可以測(cè)量溝心或1∶500地形圖［5］，并以此作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)選定出入口。涵洞出入口高程均為實(shí)測(cè)值，極大地提高了設(shè)計(jì)精度。

涵洞出入口選擇時(shí)，遵循以下原則:

(1)涵洞出入口盡量順接原河溝，但當(dāng)溝槽彎曲劇烈，原河溝不易順接時(shí)，一般情況下優(yōu)先考慮順溝，對(duì)原溝裁彎取直，如若順溝引起的土方量過(guò)大或?qū)ο掠蔚臉?gòu)筑物產(chǎn)生危害時(shí)，可考慮設(shè)置曲線或折線涵洞［8，9］。

(2)涵洞出口不得直沖農(nóng)田及構(gòu)筑物。

(3)當(dāng)線路與溝渠、道路斜交時(shí)，一般應(yīng)設(shè)置斜交涵。但當(dāng)?shù)缆凡簧系燃?jí)、溝渠較小，或改移后無(wú)不良影響、工程量不大，且經(jīng)地方同意，可以設(shè)置正交涵。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10017—99 鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1999

［2］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．鐵路工程技術(shù)手冊(cè):橋渡水文［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1999

［3］ 顧克明，蘇清洪，趙嘉行．公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè):涵洞［M］．北京:人民交通出版社，1993

［4］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．鐵路工程技術(shù)手冊(cè):涵洞與拱橋［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1994

［5］ 程勉沖．山區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)淺析［J］．鐵道勘察，2011(1):94-97

［6］ 劉春明．鐵路選線應(yīng)綜合考慮的主要問(wèn)題［J］．鐵道勘察，2007(2):69-72

［7］ 王燕．山嶺重丘區(qū)小橋涵設(shè)置［J］．河南交通科技，2000(6):19－21．

［8］ 阮繼紅．鐵路小橋涵設(shè)計(jì)質(zhì)量通病探析［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(4):55-58

［9］ 成威．淺談小橋涵勘測(cè)設(shè)計(jì)的有關(guān)問(wèn)題［J］．交通科技，2002(5):25-26

［10］時(shí)麗霞．通過(guò)配合秦沈線施工對(duì)橋涵勘測(cè)設(shè)計(jì)中的常見問(wèn)題分析［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2005(3):58-60