小橋涵設(shè)計相關(guān)問題探析

魏孟嬌

（中交遠洲交通科技集團有限公司 河北石家莊 050035）

為滿足公路連續(xù)通行的需求，在跨越山谷、溪溝、河流、人工渠道、既有道路等特殊情況下，修筑小橋涵或通道作為其連續(xù)節(jié)點工程顯得尤為重要。在既有規(guī)范中涵洞位于平原區(qū)時，一般設(shè)置1-3 道/公里；涵洞位于山區(qū)，一般設(shè)置3-5 道/公里，其造價約占公路工程總造價的20%。因此，準確地勘察選址、合理的確定結(jié)構(gòu)形式，以為公路的建設(shè)增值。

由于小橋涵工程實際情況較為復(fù)雜，設(shè)計方案具有多樣性，各個項目無法完全復(fù)制，僅參考常規(guī)設(shè)計文件無法綜合全面的得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。因此本文對小橋涵多個技術(shù)標準進行了要點歸納與補充，以便快速準確地進行小橋涵方案設(shè)計。

1 設(shè)計原則

小橋涵設(shè)計要結(jié)合項目的實際情況，從設(shè)計可行性、安全性、經(jīng)濟性角度，本著“簡單實用、可行且安全牢固、經(jīng)濟適用、方便施工”的原則。在遇到復(fù)雜工程地質(zhì)環(huán)境時，要控制最少經(jīng)濟投入，首要確定最合理的橋涵結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)工程現(xiàn)場的地形、地貌、工程地質(zhì)及河流水域，并應(yīng)綜合考慮路基設(shè)計、防護。為減少公路工程對周邊自然環(huán)境的影響，外業(yè)調(diào)查時要注意詳細了解周邊現(xiàn)有環(huán)境情況、與人文景觀的協(xié)調(diào)一致，調(diào)查并進行水文計算，合理選定小橋涵最佳方案。

在公路工程設(shè)計工作中，沿線設(shè)置構(gòu)造物從降低造價的角度，一般優(yōu)先考慮設(shè)置涵洞。對現(xiàn)場溝形明顯的小河、干涸溝、路線與耕地交叉，且當(dāng)路線上游計算的匯水面積大于0.1km2時；路線經(jīng)過農(nóng)田區(qū)域、與水渠交叉處、滿足水庫的排水要求；山區(qū)公路的山坡線；將挖方路基邊溝積水導(dǎo)走，應(yīng)設(shè)置涵洞、倒虹吸等。

當(dāng)路線與鐵道、公路、農(nóng)村農(nóng)用道路及天然氣管道、消防通道等管線、道路交叉的情況，應(yīng)設(shè)置小橋或通道。對于有通行需求的涵洞要綜合當(dāng)?shù)卣陀嘘P(guān)主管部門的意見。

2 小橋涵結(jié)構(gòu)形式的選擇確定

2.1 小橋涵流量計算及孔徑確定

小橋涵設(shè)計中先要進行流量計算，是確定小橋涵結(jié)構(gòu)尺寸的主要依據(jù)。常用的方法有暴雨推理法、徑流形成、形態(tài)調(diào)查和直接類比法。在設(shè)計計算前，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)、地貌情況來選定，據(jù)項目實際情況比較確定流量大小。另外，在實際設(shè)計工作中，由于工程影響因素較多，要想計算更為準確可行，為小橋涵方案確定提供更有效依據(jù)，則需要對構(gòu)造物區(qū)域內(nèi)歷史洪水水位、洪水發(fā)生階段等調(diào)查勘測，洪水參數(shù)計算，確定洪峰流量值。

涵洞一般常用跨徑為：0.75m-5m。其中一般選用圓管涵時，其結(jié)構(gòu)尺寸為0.75m-2m，采用鋼筋混凝土蓋板涵或鋼波紋管涵，其結(jié)構(gòu)尺寸選定為2.5m-5m。中、小橋梁跨徑一般為8m，10m，13m，16 m，20m。其中8 m，10m，13m 跨徑優(yōu)先采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。16m，20m 一般選用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用預(yù)制梁時應(yīng)結(jié)合項目地情況，滿足預(yù)制小箱梁的運輸條件。

2.2 涵洞結(jié)構(gòu)形式選擇

結(jié)構(gòu)形式選擇是設(shè)計中的一項重要內(nèi)容，應(yīng)與孔徑選定綜合考慮。一般先據(jù)水利計算，對于跨線橋需控制最小橋下凈空確定孔徑，再進行結(jié)構(gòu)形式選擇。

圓管涵，在灌溉農(nóng)田區(qū)域是較為常見的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式比較單一，屬于工廠預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效率高，現(xiàn)場運輸拼裝方便，工程造價較低，一般要求地基承載力120Kpa 左右。圓管涵有一定的局限性，其泄洪能力比較小，長期以來容易造成淤塞。因此，如果對于匯水面積比較大，防水性要求比較高的位置，要盡量少采用此結(jié)構(gòu)。

拱涵，能承受上部較大的土壓力的作用，路線位于山區(qū)，地質(zhì)條件比較好，一般優(yōu)先選用拱涵結(jié)構(gòu)形式。其在施工現(xiàn)場不僅取材方便，且其凈高較高，能夠通過較大流量的洪水，但施工周期較長，工藝復(fù)雜。

蓋板涵，綜合了圓管涵、拱涵的優(yōu)點，不僅施工工藝、結(jié)構(gòu)簡單，且結(jié)構(gòu)自重小，對地質(zhì)條件要求不高，后期養(yǎng)護、維修方便。因此，在公路工程構(gòu)造物設(shè)計中較為常見。第四，箱涵，一般采用箱涵結(jié)構(gòu)形式是因為其整體性強，如果施工區(qū)域地質(zhì)為軟弱地基，則優(yōu)先選用箱涵。缺點是施工成本高，施工工藝復(fù)雜。

洞口作為涵洞的重要組成部分，選擇不同種類洞口形式直接影響構(gòu)造物的協(xié)調(diào)、整體性、耐久性。洞口構(gòu)造類型常見有八字墻式洞口、一字墻式、跌水井式、直墻式洞口、跌水式等。八字墻式收集、散水性能好，施工工藝較為常見，常應(yīng)用于填方路基位置；一字墻式結(jié)構(gòu)形式單一，成本低，但其散水性能一般；跌水井式適用于河道縱坡大于50%的情況，或者當(dāng)路基縱斷面不能滿足構(gòu)造物高度，一般采用與一字墻式配合選用；直墻式用于無需收集、擴散水的情況，比如與急流槽、消力池、灌溉水渠等直接相連的位置；錐坡式需要與一字墻式結(jié)合使用，其工程量大、結(jié)構(gòu)耐久性好，適用于高大的涵洞。跌水式多設(shè)置在構(gòu)造物出水口處，防止水流沖刷掏空構(gòu)造物基礎(chǔ)，起到支擋、基礎(chǔ)防護的作用。

2.3 小橋選址及上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

當(dāng)計算確定涵洞的結(jié)構(gòu)尺寸已較大，仍不能滿足泄洪需求，或者選用橋梁的造價要低于選用涵洞造價時，則應(yīng)考慮設(shè)置橋梁。

從經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、耐久性角度出發(fā)，橋梁應(yīng)盡量選擇在河道平順、穩(wěn)定水流、承載力較好、沖刷不嚴重的河段上，以降低工程成本和后期維護、檢修費用，并防止因沖刷過大而發(fā)生橋梁破壞的危險。如今對橋涵構(gòu)造物與路線的相對關(guān)系提出了更加舒適、平順、流暢的要求。《公路路線設(shè)計規(guī)范》JTG D20-2017 第5.0.2 條明確規(guī)定：“中小橋涵，中、短隧道，以及一般構(gòu)造物的位置應(yīng)服從路線走向”，橋址受地形、地物的限制，出現(xiàn)許多斜交橋梁。小橋上部結(jié)構(gòu)形式選擇：為方便施工，采用標準化的上部結(jié)構(gòu)形式，盡可能采用同一種跨徑，盡量統(tǒng)一下部結(jié)構(gòu)尺寸，有利于提高工程的質(zhì)量、節(jié)約資源、降低工程成本。

2.4 小橋涵下部及基礎(chǔ)設(shè)計

中小橋梁橋臺結(jié)構(gòu)形式選擇受河床內(nèi)的埋置深度、結(jié)構(gòu)承載力、地質(zhì)情況、工程水文、流速等條件的直接影響。同時，應(yīng)該考慮到安全可靠、耐久性強、工程造價低、養(yǎng)護維修較少、施工簡單、工期短等因素。在總體設(shè)計中，合理的選型，橋涵上、下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致，輕巧耐久性強，節(jié)約工程成本，對整個路線設(shè)計方案有很大影響。

中小橋基礎(chǔ)設(shè)計時，選用剛性擴大基礎(chǔ)其屬于一種淺基礎(chǔ)形式，一般適用于地表或河床頂面以下3～5m 范圍內(nèi)地基容許承載力[0σ]大于250～300kPa，若淺層地基容許承載力較小，宜采用樁基礎(chǔ)或其它結(jié)構(gòu)型式。最常用的基礎(chǔ)形式明挖擴大基礎(chǔ)，其具有結(jié)構(gòu)簡單，基礎(chǔ)埋深比較小，施工方法簡便及工程造價低等特點，一般在工程地質(zhì)條件比較好的情況下優(yōu)先選用。當(dāng)橋臺位于軟土地基上則選用輕型橋臺，其體積小，節(jié)省材料，主要靠鋼筋混凝土材料強度，結(jié)構(gòu)的整體剛度抵抗結(jié)構(gòu)的外力作用。

對位于山溝淤積軟土地區(qū)的涵洞，為避免對涵洞兩側(cè)路基造成不均勻沉降影響，涵洞宜采用整體式基礎(chǔ)形式。

3 結(jié)語

根據(jù)項目所在地實際地形、不同的地質(zhì)情況及當(dāng)?shù)毓饭こ痰脑O(shè)計習(xí)慣等綜合多方面因素做設(shè)計，確保設(shè)計的安全、可靠，提高道路的設(shè)計水平，延長使用時間。