综述高等级公路涵洞设计与病害处治

　　摘要:本文结合对高等级公路建设中涵洞设计的过程进行了阐述，对涵洞工程中常见病害的处治提出了自已的看法。
　　关键词:高等级公路；涵洞设计；病害处治
　　0引言
　　近几年来，我省的高等级公路建设有了突飞猛进的发展，随着公路建设更是日新月异；同时桥涵设计运用了不少新技术、新结构、新材料、新工艺，《公路工程技术标准》和《公路涵洞设计规范》也作了相应修订。就单个涵洞而言，其工程数量小、费用低，但对一条公路而言，特别是高等级公路，因涵洞数量较多（一般3～4道km)，工程量占很大比重，由此可见，涵洞的设计是否合理，对整条公路的造价和使用质量都有很大影响，同时对沿线居民的出行和农田水利排灌也有很大影响。据此本文结合笔者多个项目的设计经验仅就高等级公路的涵洞的设计和常见病害的处治谈一些看法，以期与同仁同商榷。
　　1定义与分类涵洞
　　主要是排满泄地面水流（包括小河沟）和满足横穿公路而设置的横穿路基的小型构造物；单孔标准跨径L0＜5m或孔径总长L＜8m均称为涵洞。涵洞可进行以下分类：
　　（1）按建筑材料分：石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、砖涵等。
　　（2）按构造型式分：管涵、盖板涵、拱涵、箱涵。
　　（3）按洞顶填土情况分：明涵、暗涵。
　　（4）按涵洞孔数量分：单孔涵、双孔涵、多孔涵。
　　2外业详细勘测的必要性及勘测内容
　　根据这几年高等级公路建设中对设计质量的反馈信息看，涵洞的设计变更较多，主要反应涵洞地质情况与设计不符、涵洞位置不理想、对当地灌溉水系、出行情况考虑不周、特别是当路线通过大片梯田又无明沟（容易被外业勘测者忽略）时，调查人员没有充分考虑梯田的距离对农田灌溉的影响而设置灌溉涵，对当地农田排灌造成不利。这些都与外业勘测者对涵洞资料的收集不够重视、不够详细有关。而许多施工单位（尤其是没有高等级公路施工经验的）在施工过程中，一味的按图施工，待业主和监理发现后涵洞已施工一半甚至已经完工，这时才要求变更，有些无法变更的只好将就使用，势必将降低涵洞的使用功能，严重的可能返工处理，从而造成人力物力的极大浪费。因此这就要求外业勘测必须详细，应对拟建涵洞的位置、形态断面、水文情况、工程地质和地貌、洪水期暴雨资料、建筑材料的供源等进行详细调查。
　　3关于增加涵洞净高的思考
　　高速公路是专供汽车高速行驶的公路，采取了限制入、分隔行驶、汽车专用、全部立交以及采用较高的标准和完善的交通设施，从而为在高速公路上汽车的快速、安全、舒适、连续性运行创造了条件。但对高速公路所经过地区的人行、车辆横穿公路带来诸多不便。设计时为了减少这个矛盾增加了大量的过人、过车的桥梁和涵洞，以满足现实要求。随着开发步伐的加快，国家对农村基础设施投入加大，村级公路发展较快，许多村级路需要穿越高速公路，而在高速公路设计中又未充分考虑到当地政府对农村公路的规划，势必会影响当地农业和农村经济发展，为了缓减这个矛盾，可将通过城镇附近的部分人行通道涵洞净空加高到3.5m左右（注：原人行通道涵一般在2m～3m）这样在以后有通车要求时，可以经过简单改造就能满足当地的车行要求。这样虽然增加了涵台高度，但同时减少了涵长，对工程造价影响不大。
　　4对涵洞常见病害的处治浅谈
　　在常规的设计中均遵循了“适用、经济、安全和美观”的设计原则，但经过这么年来的车辆运行检验，部分涵洞跳车的现象应引起我们的重视，这不但影响到整条公路的质量，而且影响了行车的舒适性。涵洞跳车的原因很多，主要有：
　　（1）涵背回填材料差；
　　（2）涵背回填压实及压实宽度不足；
　　（3）基础不均匀沉降。
　　4.1材料引起沉降跳车的处治
　　前几年，在高等级公路的施中，施工人员还有部分监理人员对涵背的回填材料未引起足够的重视。在设计文件中对回填材料作了明确要求，选择分层夯实强度较高、稳定性较好、较均匀的透水性材料（砂砑石、片碎石等），保证内摩擦角不小于35O，以满足地基稳定和变形的要求。但在实际操作中，大部分采用的是粘性土、页岩等，这些材料的摩擦角均小于300，有的小于是10O且不透水。这样使台背回填的压实度、稳定性达不到设计要求。受上部填土荷载和车辆荷载的影响，势必造成刚性涵洞与柔性路基的不均匀变形。同时因涵洞的竖向压力和水平压力都与内摩擦大小成反比，故较好的回填材料能改善涵洞的受力状态，且材料的均匀性也能使涵台受力均匀，使涵洞不产生局部破坏。
　　4．2关于涵背压实宽度不足的处治
　　为了保证涵背的回填质量，除选用好的回填材料外还得保证各层填料的厚度（20～30㎝）、最佳含水量、压实度（不低于90%），及一定的回填宽度（基础边缘以外50㎝，以竖直方向向外旋转350到板顶）。在一些高等级公路施工中，施工单位为获取最大利润往往对基坑的开挖不按设计及规范要求做，涵墙背后的回填只有很少的一部分空间。
　　连人工夯实都不能进行，更不要说是机械碾压了。所以在设计文件上应明确压实宽度以保证达到压实度要求，同时也便于使用小型的机械，如打夯机，小型压路机等，以改变以往的单纯人工夯实状况。
　　4．3对基础不均匀沉降引起跳车的处治
　　高等级公路路基普遍较宽，涵洞较长，同一座涵洞不同位置的地质情况也会有所不同，因此在地基承受由基础传来荷载时就有可能产生不均匀沉降，从而引起路基下沉。为了减少这种病害可采取以下措施：
　　（1）对地基承载力低的一侧采用换土（垫层）法，这也是四川地区常用的方法。在需换填的软基不深时可采用换填砂砑石至基岩，换填较深时在基础底面以下1m范围采用换填砂砑石，其下设置一层水泥砂浆封闭层，避免砂砑下渗，再在下面换填（挤填）片石至基岩，一般情况都尽量换填完，不行再考虑挤（压）密法、浆液灌注加固法等进行处理，使地基承载力相差不大。
　　（2）对跨径较小的涵洞可采用整体式基础，让基础与洞身一起变形，避免局部破坏。
　　（3）把基础襟边加大，以加大基础的受力面积。
　　（4）在钢筋混凝土基础的盖板涵在沉降缝处设置传力杆，传力杆均匀布置在基础中心，一端埋在浇混凝土内，另一端套入钢管中，使涵洞在传力杆的牵制下只能有少量变形（包括横向和纵向变形）。
　　（5）钢筋混凝土板涵因台背填土残余沉降产生跳车现象时，可在两侧设置一定长度的现浇混凝土搭板，搭板一端支承在预埋连接钢筋的台背上，与涵面铺装相接形成一道假缝；另一端搁置地基层上，以增加台背填土的刚度。
　　5结语：
　　总之，涵洞设计是高等级公路的一个重要途径之一，不管是在外业勘测还是内业设计上都要引起足够的重视。作为桥涵设计人员应不断学习相关专业知识、技术规范等，勤于总结经验，这样才能使设计成果更加合理。