樊日輝

(內(nèi)蒙古交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

公路在野外山區(qū)跨越溝渠、在城鎮(zhèn)平原區(qū)跨越水利設(shè)施等時，需設(shè)置小型構(gòu)造物；在草原、荒漠等動物集中通行的位置需設(shè)置滿足凈空需求的動物通道；供熱管線、供水管線、天然氣管線與公路相交時需考慮設(shè)置管線涵洞。高速公路(固定出入口、全封閉、全立交)除了在跨越野外山區(qū)溝渠和平原區(qū)灌溉渠時必須設(shè)置排水構(gòu)造物外，在車流、人流集中穿越高速公路或普通公路的位置，也應(yīng)設(shè)置汽車通道、人行通道。每條公路的小橋涵在滿足公路排水和通行方面都起到了顯著的作用，這種重要性同時也體現(xiàn)在公路工程質(zhì)量驗收和評定中。公路工程質(zhì)量驗收和評定采用公路技術(shù)狀況指數(shù)MQI來評定，當(dāng)存在5類橋梁(無法正常使用)，危險涵洞的評定單元時，MQI直接取值為0，意味著橋梁涵洞失去使用功能且存在安全隱患，整條道路都判定為不合格，由此可見,橋涵對公路正常發(fā)揮使用功能起著至關(guān)重要的作用。

1 蓋板涵的特點

涵洞按構(gòu)造形式分為管涵(包括鋼筋混凝土圓管涵和波紋管涵)，蓋板涵(按洞頂有無填土分為暗板涵和明板涵)，拱涵和箱涵。蓋板涵主要由蓋板、涵臺、基礎(chǔ)支撐梁(分離式基礎(chǔ))共同組成，蓋板涵在當(dāng)前公路工程涵洞建設(shè)過程中占有十分重要的地位。

圖1 蓋板涵

目前，蓋板涵分為整體式基礎(chǔ)和分離式基礎(chǔ)兩種形式。和圓管涵相比較蓋板涵的過水?dāng)嗝骘@著增大。蓋板涵對基底承載力要求較高，一般要200 kPa以上，當(dāng)遇到軟弱地基的時候要進(jìn)行處理。在孔徑較大和路堤較高時，蓋板涵比拱涵造價高但其施工技術(shù)較簡單，且蓋板可以集中制造[1]。蓋板涵綜合了圓管涵、拱涵的優(yōu)點，整體施工技術(shù)和涵體結(jié)構(gòu)相對簡單，且結(jié)構(gòu)自重小，對地質(zhì)條件要求不高，不會對于原本地基造成其他的影響，而且具有相對較大的排洪能力，后期養(yǎng)護(hù)、維修方便。因此，蓋板涵本身的應(yīng)用相對較為廣泛，在公路工程構(gòu)造物設(shè)計中較為常見，普遍應(yīng)用于山區(qū)排水以及農(nóng)村灌溉、排水工程中。另外，蓋板涵的蓋板能夠通過集中制造的形式來實現(xiàn)，在一定程度上降低了工程施工周期?？傮w而言，蓋板涵洞的整體結(jié)構(gòu)較為簡單，但是對于工程的施工工藝具有相對較高的要求[2]。

圖2 蓋板涵構(gòu)造

2 蓋板涵設(shè)計要點

2.1 最小填土

最小覆土厚度是指蓋板頂至路面頂之間最小的填土高度，規(guī)范要求暗板涵最小填土高度為0.5 m，一條公路中所有蓋板涵最小填土高度必須夠0.5 m，否則不滿足規(guī)范要求。一般路線在橫斷面設(shè)計時會設(shè)置橫坡，正常直線段的路拱是中間高，兩面低，當(dāng)路線是圓曲線時會設(shè)置超高，在涵洞設(shè)計中，最小填土高度受直線橫坡和曲線超高影響很大，同時涵底標(biāo)高、涵底縱坡、凈空都會影響洞頂最小填土的判斷，如何準(zhǔn)確的判斷最小填土在路基的那一側(cè)，對于計算最小填土至關(guān)重要。在影響最小填土的諸多因素中，涵底標(biāo)高和涵底軸縱坡一般在外業(yè)調(diào)查后結(jié)合實際地形就可以確定了，但橫坡和涵底縱坡卻隨著路線平面要素和地勢高低處處不同。當(dāng)路線是直線時，路面左右邊緣高程相同，這時最小填土很好判斷，涵底縱坡呈左高右低，最小填土就在左側(cè)，左低右高，最小填土就在右側(cè)。當(dāng)路線在涵洞位置是曲線時，情況就復(fù)雜了。當(dāng)圓心在路線前進(jìn)方向的左側(cè)時，路面橫坡為左低右高，此時若涵底縱坡為左高右低，最小填土在路基左側(cè)，若涵底縱坡為左低右高，與路面橫坡方向相同，此時還需判斷涵底縱坡與路面橫坡的大小。若涵底縱坡小，則最小填土發(fā)生在左側(cè)，若涵底縱坡大，左側(cè)路面橫坡的延長線和涵底縱坡的延長線則永遠(yuǎn)無法相交，反而右側(cè)會相交，所以最小填土發(fā)生在右側(cè)。當(dāng)圓心在路線前進(jìn)方向的右側(cè)時，情況反之亦然。當(dāng)然在計算最小填土?xí)r，為確保左右兩側(cè)都滿足規(guī)范要求，也可以同時計算出兩側(cè)的填土，從而直觀地看出哪側(cè)是最小的。當(dāng)然通過路面橫坡和涵底縱坡的計算判斷出最小填土對于涵洞設(shè)計人員來說可以更好地把握設(shè)計要點。

2.2 涵底標(biāo)高和涵底縱坡

涵底標(biāo)高和涵底縱坡的確定是涵洞設(shè)計的關(guān)鍵，涵底標(biāo)高和涵底縱坡直接影響涵長，影響整個涵洞的工程數(shù)量。同時合理的確定涵底標(biāo)高和涵底縱坡也關(guān)系到涵洞正常發(fā)揮使用功能。對于過水的涵洞，涵底縱坡的大小影響水流在涵洞內(nèi)的宣泄速度，涵底縱坡過緩，水流進(jìn)入進(jìn)水口后低速流出出水口，如果泥沙過大容易導(dǎo)致淤積，涵底縱坡過陡使涵洞基礎(chǔ)容易滑動導(dǎo)致基礎(chǔ)不穩(wěn)，在施工后難以保證運(yùn)行質(zhì)量。一般蓋板涵涵底縱坡最小不少于0.5%，否則過小使水流動不暢，最大不大于5%，否則使基礎(chǔ)不穩(wěn)，或者增加抗滑構(gòu)造，或者設(shè)置成階梯涵洞來克服陡大縱坡。涵底縱坡設(shè)置時應(yīng)盡量考慮涵底自然地面縱坡，使涵底設(shè)計縱坡與自然原始地面坡度盡量一致，此種情況是當(dāng)滿足最小填土的涵底比自然地面高程高，如果滿足最小填土的涵底比自然地面高程還低，此種情況就需要考慮涵底是否會下挖，若是通道涵，則需結(jié)合通道引線的縱坡綜合確定，若是水涵則需考慮進(jìn)出水口與原地面順接問題。涵底標(biāo)高的確定一般以滿足排水需求、凈空需求、填土需求為主。若是路線縱斷高程高，則盡量以自然地面的高程為準(zhǔn)，結(jié)合地勢有利于排水。若是路線縱斷高程受其他因素制約受限，在滿足填土要求、凈空要求后，涵底標(biāo)高低于自然地面高程則需要特殊考慮洞口的處理，當(dāng)自然地面有利于出水口出水時，則進(jìn)水口順接原地面，當(dāng)自然地面有利于進(jìn)水口進(jìn)水時，則出水口順接原地面，同時如果必要，需設(shè)置集水井或跌水，保證水流順利集聚順暢排出，不影響宣泄能力，或者增加引水渠或排水渠等附屬設(shè)施。此外，涵底標(biāo)高和涵底縱坡的確定還應(yīng)考慮洞口基礎(chǔ)不要裸露，由于地勢變化特別是山區(qū)公路在涵洞范圍內(nèi)變化大，若是進(jìn)水口至出水口按同一縱坡設(shè)置，非常有可能在洞口處基礎(chǔ)漏出自然地面，這時需要調(diào)整涵底標(biāo)高和涵底縱坡，使洞口基礎(chǔ)覆蓋于土中確保使用功能。

2.3 路線轉(zhuǎn)彎半徑過小時暗板設(shè)計

低等級公路路線在轉(zhuǎn)彎半徑過小時會設(shè)置超高加寬段落，設(shè)計速度為40 km/h，不設(shè)超高的圓曲線半徑為600 m，半徑低于600 m的圓曲線需在內(nèi)側(cè)設(shè)置加寬值以利于行車，例如半徑為150 m時圓曲線內(nèi)側(cè)加寬值為1.5 m(公路等級為二級集散或干線)。當(dāng)路線超高加寬段落有暗板涵時，正交情況路基寬度可按路線加寬值考慮路基加寬，當(dāng)涵洞不是正交時涵長計算就不能簡單地用路基圓曲線加寬渠簡單的計算了。同時路線在圓曲線上設(shè)置超高加寬也會對涵洞左右兩側(cè)標(biāo)高的計算產(chǎn)生影響，這時需要特殊考慮。路線為直線時，正涵和斜涵在涵長計算時按常規(guī)的路基寬度計算即可，如果暗板涵處于路線的圓曲線段落并且有路基加寬的情況，正涵也可按正常路基寬度計算，但是斜涵還按正常加寬考慮，計算出的涵長就會比實際涵長短了。這是因為斜涵所處的圓曲線的計算應(yīng)選取的路基寬度不是正常的路基加寬后的值，而是應(yīng)該在加寬路基后再增加一個玄狐差值作為涵長計算路基寬度值，涵洞斜度越大這種情況越明顯。因此,路線在半徑過小，涵洞斜度過大，在涵長計算時需特別注意，很容易按常規(guī)涵洞計算涵長。

2.4 山區(qū)公路暗板設(shè)計

當(dāng)公路處于山區(qū)地形時，地勢變化大，涵底自然縱坡很可能大于5%，自然縱坡過大很使暗板涵在設(shè)計時需要特別考慮抗滑，進(jìn)出口處理，基底埋深等因素。涵底自然縱坡過大，暗板常規(guī)洞身分段設(shè)置很容易造成滑動，這時可將涵洞設(shè)置成階梯布置，階梯涵可以有效地克服自然縱坡過大的情況，同時也可以兼顧抗滑的功能，而且在工程數(shù)量上也不會增加太多，這種情況對于過水的涵洞時一種很好的處理方式，但對于過人或過車的通道涵就不是很理想的解決方式了。對于過水的階梯涵，如果洞口外的自然縱坡也很大，需要在進(jìn)水口根據(jù)地形設(shè)置集水井，在出水口設(shè)置急流槽，確保水可以順利地進(jìn)入也可以順暢地排出的同時也不會對進(jìn)水口和出水口的基礎(chǔ)造成損害。當(dāng)山區(qū)公路在跨越溝渠時，如果填土高度過大時使用波紋管的情況也很多。

3 結(jié)束語

對于公路工程而言，蓋板涵的布設(shè)要整體服從于路線的平面和縱面，路線的平縱指標(biāo)很大程度上影響蓋板涵的工程規(guī)模，同時蓋板涵的關(guān)鍵設(shè)計要點(最小填土、涵底縱坡和標(biāo)高)又影響著路線，也決定著最終的使用功能，無論是蓋板涵或是圓管還是波紋管在設(shè)計時同樣需要把握好相同的關(guān)鍵點，各種類型的涵洞既有不同點，也有相似的地方，筆者主要以蓋板涵設(shè)計為例，探析設(shè)計過程中最基本也是最關(guān)鍵的要素，對提高涵洞設(shè)計質(zhì)量和計算涵洞工程數(shù)量準(zhǔn)確度有一定的實用意義和應(yīng)用價值。