三、涵洞工程

　　涵洞是修建在路基、堤壩或塘堰當(dāng)中，由洞身及洞口建筑組成的排水構(gòu)造物。一般用來宣泄小量水流，作排洪、灌溉之用;少數(shù)用作交通，供行人、車輛通過。

　　涵洞和橋的區(qū)別，按《公路工程技術(shù)標準》規(guī)定，單孔跨徑小于 5m，多孔跨徑總長小于 8m 的統(tǒng)稱為涵洞;而圓管涵及箱涵則不論孔徑大小、孔數(shù)多少，都稱作涵洞。

　　(一)涵洞的分類

　　根據(jù)《公路涵洞設(shè)計細則》(JTG TD65-04)，涵洞的分類如下：

　　1.按建筑材料不同分類

　　涵洞可分為石涵、混凝土涵及鋼筋混凝土涵、鋼波紋管涵等。

　　2.按構(gòu)造形式不同分類

　　涵洞可分為圓管涵、拱涵、蓋板涵、箱涵等。

　　(1)圓管涵。圓管涵的直徑一般為 0.75～2m。圓管涵受力情況和適應(yīng)基礎(chǔ)的性能較好，兩端僅需設(shè)置端墻，不需設(shè)置墩臺，故圬工數(shù)量少，造價低，但低路堤使用受到限制。

　　鋼筋混凝土管涵適用于缺少石料地區(qū)有足夠填土高度的小跨徑暗涵，一般采用單孔，多孔時不宜超過 3 孔。倒虹吸管涵適用于路塹挖方高度不能滿足設(shè)置渡槽的凈空要求時的灌溉渠道，不適用于排洪河溝。鋼波紋管涵適用于地基承載力較低，或有較大沉降與變形的路基。

　　(2)蓋板涵。蓋板涵在結(jié)構(gòu)形式方面有利于在低路堤上使用，當(dāng)填土較小時可做成明涵。鋼筋混凝土蓋板涵適用于無石料地區(qū)且過水面積較大的明涵或暗涵。石蓋板涵適用于石料豐富且過水流量較小的小型涵洞。

　　(3)拱涵。拱涵適用于跨越深溝或高路堤。一般超載潛力較大，砌筑技術(shù)容易掌握，是一種普遍采用的涵洞形式。

　　(4)箱涵。鋼筋混凝土箱涵適用于軟土地基，但施工困難且造價較高，較少采用。

　　3 按洞頂填土情況不同分類

　　涵洞可分為明涵和暗涵。

　　(1)明涵。洞頂無填土，適用于低路堤及淺溝渠處。

　　(2)暗涵。洞頂有填土，且最小填土厚度應(yīng)大于等于 0.5m，適用于高路堤及深溝渠處。

　　4.按水力性能不同分類

　　涵洞可分為無壓力式涵洞、半壓力式涵洞、壓力式涵洞。

　　(1)無壓力式涵洞。水流在涵洞全部長度上保持自由水面。

　　(2)半壓力式涵洞。涵洞進口被水淹沒，洞內(nèi)水全部或一部分為自由面。

　　(3)壓力式涵洞。涵洞進出口被水淹沒，涵洞全長范圍內(nèi)以全部斷面泄水。

　　新建涵洞應(yīng)采用無壓力式涵洞;當(dāng)涵前允許積水時，可采用壓力式或半壓力式涵洞;當(dāng)路基頂面高程低于橫穿溝渠的水面高程時，也可設(shè)置倒虹吸管涵。

　　(二)涵洞的組成

　　涵洞由洞身、洞口、基礎(chǔ)和附屬工程組成，如圖 2.2.13 所示。在地面以下，防止沉陷和沖刷的部分稱作基礎(chǔ);建筑在基礎(chǔ)之上，擋住路基填土，以形成流水孔道的部分稱為洞身;設(shè)在洞身兩端，用以集散水流，保護洞身和路基使之不被水流破壞的建筑物稱為洞口，它包括端墻、翼墻、護坡等。

　　(三)涵洞的構(gòu)造

　　1.洞身

　　洞身是涵洞的主要部分，它的截面形式有圓形、拱形、矩形(箱形)三大類。

　　一般情況同一涵洞的洞身截面不變，但為充分發(fā)揮洞身截面的泄水能力，有時在涵洞進口處采用提高節(jié)，如圖 2.2.14 所示。交通涵、灌溉涵和涵前不允許有過高積水時，不采用提高節(jié)。圓形截面不便設(shè)置提高節(jié)，所以圓形管涵不采用提高節(jié)。

　　洞底應(yīng)有適當(dāng)?shù)目v坡，其最小值為 0.4%，一般不宜大于 5%，特別是圓涵的縱坡不宜過大，以免管壁受急流沖刷。當(dāng)洞底縱坡大于 5%時，其基礎(chǔ)底部宜每隔 3～5m 設(shè)防滑橫墻，或?qū)⒒�礎(chǔ)做成階梯形;當(dāng)洞底縱坡大于 10%時，涵洞洞身及基礎(chǔ)應(yīng)分段做成階梯形，并且前后兩段涵洞蓋板或拱圈的搭接高度不得小于其厚度的 1/4。

　　(1)圓管涵。圓管涵以鋼筋混凝土及混凝土管涵最為常見。

　　鋼筋混凝土圓管涵在土壤的垂直及水平壓力作用下，靜力工作性能良好。這種涵洞不僅混凝土的用量小，而且具有制造上的優(yōu)點，即鋼筋骨架和涵管本身制造簡單，圓形管節(jié)在移動時也很方便。一般可分為剛性管涵和四鉸式管涵。

　　①剛性管涵。剛性管涵在橫截面上構(gòu)成一個剛性環(huán)，圓環(huán)厚度隨直徑大小和填土高度而變。

　　②四鉸式管涵。采用四鉸式管涵的目的是為了降低圓管的應(yīng)力，以節(jié)約材料。鉸分別布置在最大彎矩處，即涵洞的兩側(cè)及涵洞的頂部和底部。

　　由于四鉸式管較剛性管應(yīng)力減小很多，所以它不僅可以縮小截面尺寸，減少配筋數(shù)量，而且可以采用純混凝土來建造。

　　(2)拱涵。拱涵的洞身由拱圈、側(cè)墻(墻臺)和基礎(chǔ)組成。拱圈形狀普遍采用圓弧拱。側(cè)墻(涵臺)的斷面形狀，采用內(nèi)壁垂直的梯形斷面。

　　(3)矩形涵洞。蓋板涵是常用的矩形涵洞，由基礎(chǔ)側(cè)墻(涵臺)和蓋板組成。跨徑在 1m 以下的涵洞，可用石蓋板;跨徑較大時應(yīng)采用鋼筋混凝土蓋板。

　　蓋板涵的過水能力較圓管涵大，與同孔徑的拱涵相接近，施工期限較拱涵短，但鋼材用量比拱涵多，對地基承載力的要求較拱涵低。因此，在要求通過較大的排洪量，地質(zhì)條件較差，路堤高度較小的設(shè)涵處，常采用蓋板涵，且常采用明涵。

　　2.洞口建筑

　　涵洞洞口建筑在洞身兩端，連接洞身與路基邊坡。

　　(1)涵洞與路線正交的洞口建筑。涵洞與路線正交時，常用的洞口建筑形式有端墻式、八字式、井口式。

　�、俣藟κ健６藟κ蕉纯诮ㄖ�為垂直涵洞軸線的矮墻，用以擋住路堤邊坡填土。墻前洞口兩側(cè)砌筑片石錐體護坡，構(gòu)造簡單，但泄水能力較小，適用于流量較小的孔徑涵洞、人工渠道或不受沖刷影響的巖石河溝上。

　�、诎俗质健０俗质蕉纯诔�有端墻外，端墻前洞口兩側(cè)還有張開成八字形的翼墻。八字翼墻泄水能力較端墻式洞口好，多用于較大孔徑的涵洞。

　�、劬�口式。當(dāng)洞身底低于路基邊溝(河溝)底時，進口可采用井口式洞口。水流匯入井內(nèi)后，再經(jīng)涵洞排走。

　　(2)涵洞與路線斜交的洞口建筑。涵洞與路線斜交時，洞口建筑仍可采用正交涵洞的洞口形式，根據(jù)洞口與路基邊坡相連的情況不同，有斜洞口和正洞口之分。

　　①斜洞口。涵洞端部與線路中線平行，而與涵洞軸線相交。斜洞口能適應(yīng)水流條件，且外形較美觀，雖建筑費工較多，但常被采用。

　�、谡�洞口。涵洞端部與涵洞軸線互相垂直。正洞口只在管涵或斜度較大的拱涵為避免涵洞端部施工困難時才采用。

　　3.涵洞的基礎(chǔ)

　　涵洞的基礎(chǔ)一般采用淺基防護辦法，即不允許水流沖刷，只考慮天然地基的承載力。除石拱涵外，一般將涵洞的基礎(chǔ)埋在允許承壓應(yīng)力為 200kPa 以上的天然地基上。

　　(1)洞身基礎(chǔ)

　�、賵A管涵基礎(chǔ)。圓管涵基礎(chǔ)根據(jù)土壤性質(zhì)、地下水位及冰凍深度等情況，設(shè)計為有基及無基兩種。有基涵洞采用混凝土管座。出入口端墻、翼墻及出入口管節(jié)一般都為有基。

　　有下列情況之一者，不得采用無基：巖石地基外，洞頂填土高度超過 5m;最大流量時，涵前積水深度超過 2.5m 者;經(jīng)常有水的河溝;沼澤地區(qū);溝底縱坡大于 5%。

　�、诠昂�基礎(chǔ)。拱涵基礎(chǔ)有整體基礎(chǔ)與非整體基礎(chǔ)兩種。整體式基礎(chǔ)適用于小孔徑涵洞;非整體式基礎(chǔ)適用于涵洞孔徑在 2m 以上，地基土壤的允許承載力在 300kPa 及以上、壓縮性小的良好土壤(包括密實中砂、粗砂、礫石、堅硬狀態(tài)的黏土、堅硬砂黏土等)。不能滿足要求時，可采用整體式基礎(chǔ)，以便分布壓力，也可加深基礎(chǔ)或采用樁基。

　　③蓋板涵基礎(chǔ)。蓋板涵基礎(chǔ)一般都采用整體式基礎(chǔ)，當(dāng)基巖表面接近于涵洞流水槽面標高時，孔徑大于或等于 2m 的蓋板涵，可采用分離式基礎(chǔ)。

　　(2)洞口建筑基礎(chǔ)。一般來說，涵洞出入口附近的河床，特別是下游，水流流速大并易出現(xiàn)旋渦，為防止洞口基底被水淘空而引起涵洞毀壞，進出口應(yīng)設(shè)置洞口鋪砌以加固，并在鋪砌層末端設(shè)置漿砌片石截水墻(垂裙)來保護鋪砌部分。

　　4.沉降縫

　　凡地基土質(zhì)發(fā)生變化，基礎(chǔ)埋置深度不一，基礎(chǔ)對地基的壓力發(fā)生較大變化，基礎(chǔ)填挖交界處，及采用填石抬高基礎(chǔ)的涵洞，都應(yīng)設(shè)置沉降縫。置于巖石地基上的涵洞可以不設(shè)沉降縫。

　　5.附屬工程

　　涵洞的附屬工程包括：錐體護坡、河床鋪砌、路基邊坡鋪砌及人工水道等。

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