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行業(yè)資訊

公路涵洞設(shè)計的若干問題解答

新聞時間：2020-02-07 文章來源： 文章作者：ztcjjt
涵洞作為高速公路的排水構(gòu)造物之一，與橋梁、邊溝、排水溝、截水溝等一起組成了公路的排水體系。在普通公路的排水體系中，由于指標(biāo)較低、資金少等原因，橋梁數(shù)量少、規(guī)模小，涵洞是最重要的排水溝造物，在高速公路中，涵洞也是重要的排水構(gòu)造物，據(jù)近幾年的不完全統(tǒng)計，高速公路中涵洞（包括灌溉用）及兼排水通道數(shù)量達(dá)每公里3～5個，約占公路總造價的15%。x
　　一、涵洞的組成與分類 
　　1、涵洞的組成 
　　涵洞是路基下的一個過水孔道，由洞身、洞口和基礎(chǔ)等組成，洞身是過水孔道的主體，它一方面保證水流通過，另一方面也直接承受荷載壓力和填土壓力，并將其傳給地基。洞身通常由承重結(jié)構(gòu)物（拱圈、蓋板等）、涵臺、基礎(chǔ)以及防水層沉降縫等部分組成。涵洞洞底還應(yīng)有鋪砌并有適當(dāng)?shù)目v坡坡度，以利于排水，其最小坡度為0.4%。 
　　洞口是洞身、路基、河道三者的連接構(gòu)造物。涵洞洞口形式較多，作用和特點各異。涵洞設(shè)計洞口設(shè)計十分重要且洞口與洞身及基礎(chǔ)需分別設(shè)計，施工時分別施工。修建洞口建筑首先使涵洞與河道順接，使水流進(jìn)出順暢；其次是確保路基邊坡穩(wěn)定，使之免受水流沖刷。位于涵洞上游側(cè)的洞口稱為出水口。進(jìn)水口設(shè)計中應(yīng)能達(dá)到“束水導(dǎo)流”的作用，出水口應(yīng)能起到“散水防沖”的作用。"
　　2、涵洞的分類 
　　按建筑材料分為石涵、混凝土涵、鋼筋混凝土涵、其它材料組成的涵洞（磚、陶瓷、鑄鐵、鋼波紋管、石灰三合土等，少用）；按構(gòu)造形式分為管涵（常用圓管）、蓋板涵、拱涵、箱涵；按水力性質(zhì)分為無壓力式、半壓力式、壓力式(倒虹吸涵)。 
　　二、洞身構(gòu)造及適用條件 
　　1、鋼筋混凝土管涵 
　　主要由管身、基礎(chǔ)、接縫及防水層構(gòu)成。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，縱坡≤3％，每隔4-6m應(yīng)設(shè)置一道沉降縫。洞
　　2、蓋板涵 
　　主要由蓋板、涵臺、洞身鋪底、伸縮縫、防水層等構(gòu)成。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 
　　拱涵主要由拱圈、護(hù)拱、涵臺、基礎(chǔ)、鋪底、沉降縫及排水設(shè)施組成。適用于跨越深溝或高路堤。 
　　4、箱涵 
　　主要由鋼筋混凝土涵身、翼墻、基礎(chǔ)、變形縫等組成。箱涵為整體閉合式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，所以具有良好的整體性及抗震性能。一般僅在軟土基上采用。 
　　三、涵洞的設(shè)計 
　　1、涵址測量 
　　涵位中樁釘設(shè) 
　　直線上的涵位用花桿穿線的辦法（經(jīng)違儀）確定中樁，或用全站儀坐標(biāo)法定設(shè)中樁。曲線上的涵位用切線支距法定設(shè)中樁。 
　　切線支距法步驟： 
　　1、預(yù)估ZY到涵中心樁的曲線長。 
　　2、查切線支距X、Y，或根據(jù)曲線長和偏角計算X、Y。 
　　3、沿切線方向量X、垂直距離Y得中心樁。 
　　4、若該點不是河溝中心，則再估。 
　　測斜交角度、高程 
　　直線上的斜交角度 
　　涵洞的斜交角度指的是涵洞的中心線與道路中線垂直方向的夾角。在直線上測量涵洞的斜交角度相對比較容易，其測量步驟如下： 
　　1、立經(jīng)緯儀于涵洞中樁，對中、整平。 
　　2、瞄準(zhǔn)線路的中線方向。 
　　3、轉(zhuǎn)動水平盤，撥轉(zhuǎn)900角，讀數(shù)m。 
　　4、順時針或逆時針轉(zhuǎn)動水平盤，瞄準(zhǔn)河溝正中心，讀數(shù)n。 
　　5、斜交角度：順時針轉(zhuǎn)時為α=n-m；逆時針轉(zhuǎn)時為α=m-n。 
　　曲線上的斜交角度 
　　曲線上斜交角度的測量首先要找到該中樁的切線方向，由切線方向撥轉(zhuǎn)900得出線路中線的垂直方向，之后才能測量出斜交角度。因此，曲線段的斜交角度的測量關(guān)鍵是找到該點的切線方向。建 
　　測量步驟： 
　　立儀于ZY（HY）點，對中、整平，瞄準(zhǔn)交點方向，讀數(shù)m。 
　　轉(zhuǎn)動水平盤，瞄準(zhǔn)涵洞中樁，讀數(shù)n。 
　　n-m為ZY到涵洞中樁的曲線所對應(yīng)的弦切角。搬動儀器到涵洞中樁，對中整平。瞄準(zhǔn)ZY點。 
　　撥角n-m，得該點的切線方向。 
　　旋轉(zhuǎn)水平讀盤900得該點的垂直方向，讀數(shù)o。 
　　旋轉(zhuǎn)水平盤，瞄準(zhǔn)河溝中心方向，讀數(shù)p。 
　　p-o為斜交角度。 
　　斷面測量 
　　涵洞作一縱剖面圖，上下游各測15―20M。 
　　涵位平面圖 
　　一般不測地形圖，但地形復(fù)雜時測，范圍為河槽寬的4倍。比例1：200―1：500，等高線1m一根，平坦地0.5m一根。 
　　2、圓管構(gòu)造設(shè)計 
　　圓管涵按無壓力式和半壓力式管涵設(shè)計，出水口為自由堰流。 
　?、?圓管涵按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩種方法分別對截面進(jìn)行強度與裂縫寬度驗算。 
　?、?計算理論：按剛性管節(jié)計算即不考慮管節(jié)的變形，不考慮涵洞頂土柱和周圍填土間的摩擦力，采用角度分布法計算，半無限彈性體理論核算。 
　?、?管節(jié)配筋按純彎板斷面分析，采用雙向配筋管壁設(shè)置內(nèi)外圈兩層鋼筋,管節(jié)配筋由裂縫控制設(shè)計。 
　?、?汽車荷載作為可變作用，填土及管身自重作為永久作用按規(guī)范要求進(jìn)行效應(yīng)組合。 
　　⑤.土重：按土柱重理論計算，內(nèi)摩擦角φ=35°，土容重：18KN/m3。 
　?、?管節(jié)分標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)和調(diào)整長度用的輔助管節(jié)。標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長2米，輔助管節(jié)長1米和0.5米。 
　?、?洞口水流條件較好，采用八字墻型式洞口。 
　?、?管節(jié)接頭構(gòu)造：管節(jié)間縫隙用瀝青浸過的瀝青紗、瀝青麻絮填塞，外面圈滿涂熱瀝青兩層。 
　　3、蓋板構(gòu)造設(shè)計 
　　蓋板涵裝配式鋼筋混凝土預(yù)制板按兩端簡支板計算內(nèi)力，不考慮涵臺傳來的水平力；蓋板設(shè)計為變厚度板，根據(jù)內(nèi)力計算分別確定跨中與板端的厚度；計算涵洞上車輛荷載引起的豎向土壓力時，車輪按其著地面積的邊緣向下按30°角擴(kuò)散，當(dāng)幾個車輪的擴(kuò)散線相重疊時以最外邊擴(kuò)散線為準(zhǔn)；蓋板上最小填土厚度為0.5m；向
　　預(yù)制蓋板按99cm和74cm兩種寬度繪制，若需要變更蓋板寬度時，可參照本圖的配筋根數(shù)，按實際板寬進(jìn)行折算； 
　　4、計算涵臺內(nèi)力 
　　計算涵臺內(nèi)力時，將分離式基礎(chǔ)蓋板涵結(jié)構(gòu)型式簡化成蓋板與涵底鋪砌為橫向支撐，涵臺為上下端簡支的豎梁，承受臺后的水平壓力；對整體式基礎(chǔ)蓋板涵洞，按一端簡支，一端固定的豎梁計算；臺后荷載換算成土柱高度，計算臺后土壓力；涵洞之基底應(yīng)力小于本圖擬定的容許值范圍時，可在基底設(shè)置砂礫、碎石或砂墊層，提高地基承載力，使其達(dá)到容許范圍；面
　　5、涵洞布置設(shè)計 
　　涵洞的布置設(shè)計需要考慮到涵洞施工為止的具體的地理環(huán)境與地質(zhì)條件，尤其是河溝兩岸各種地質(zhì)因素的變化，在涵洞的布置設(shè)計之前應(yīng)該做好當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的勘察工作，并提出最好的解決方式，有條件的話可以通過仿真模擬實驗來為施工做參考。在涵洞的布置設(shè)計中的兩項核心工作是縱斷面的布置設(shè)計（圖7）與平面布置設(shè)計（圖8），通過縱斷面確定洞口和洞身的形式，平面布置可以確定涵洞的布置。優(yōu)化這兩項工作可以使道路的通行與涵洞的排水得到充分的保障。
　　涵洞的布置設(shè)計應(yīng)該滿足的要求是道路的通行方面、涵洞的排水方便、工程的施工方便，因此在設(shè)計工作的開展中應(yīng)該綜合考慮各項因素，做到整體的優(yōu)化。在公路涵洞的施工中所要設(shè)計的涵洞數(shù)量非常多，因此必須對每個涵洞都進(jìn)行仔細(xì)的勘察，獲得第一手資料，最后做出具體的設(shè)計方案。準(zhǔn)
　　結(jié)束語 
　　現(xiàn)實工程中涵洞的設(shè)計工作至關(guān)重要，考慮到了各個細(xì)節(jié)可能存在的問題并采取措施加以防范解決，這對于后期的施工有著巨大的幫助，同時也能夠使施工的質(zhì)量有完整的保障。因此在設(shè)計階段，設(shè)計人員的工作相當(dāng)繁重，必須給予高度重視。 
 

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