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涵洞工程

　　涵洞是修建在路基、堤坝或塘堰当中，由洞身及洞口建筑组成的排水构造物。一般用来宣泄小量水流，作排洪、灌溉之用;少数用作交通，供行人、车辆通过。

　　涵洞和桥的区别，按《公路工程技术标准》规定，单孔跨径小于 5m，多孔跨径总长小于 8m 的统称为涵洞;而圆管涵及箱涵则不论孔径大小、孔数多少，都称作涵洞。

　　(一)涵洞的分类

　　根据《公路涵洞设计细则》(JTG TD65-04)，涵洞的分类如下：

　　1.按建筑材料不同分类

　　涵洞可分为石涵、混凝土涵及钢筋混凝土涵、钢波纹管涵等。

　　2.按构造形式不同分类

　　涵洞可分为圆管涵、拱涵、盖板涵、箱涵等。

　　(1)圆管涵。圆管涵的直径一般为 0.75～2m。圆管涵受力情况和适应基础的性能较好，两端仅需设置端墙，不需设置墩台，故圬工数量少，造价低，但低路堤使用受到限制。

　　钢筋混凝土管涵适用于缺少石料地区有足够填土高度的小跨径暗涵，一般采用单孔，多孔时不宜超过 3 孔。倒虹吸管涵适用于路堑挖方高度不能满足设置渡槽的净空要求时的灌溉渠道，不适用于排洪河沟。钢波纹管涵适用于地基承载力较低，或有较大沉降与变形的路基。

　　(2)盖板涵。盖板涵在结构形式方面有利于在低路堤上使用，当填土较小时可做成明涵。钢筋混凝土盖板涵适用于无石料地区且过水面积较大的明涵或暗涵。石盖板涵适用于石料丰富且过水流量较小的小型涵洞。

　　(3)拱涵。拱涵适用于跨越深沟或高路堤。一般超载潜力较大，砌筑技术容易掌握，是一种普遍采用的涵洞形式。

　　(4)箱涵。钢筋混凝土箱涵适用于软土地基，但施工困难且造价较高，较少采用。

　　3 按洞顶填土情况不同分类

　　涵洞可分为明涵和暗涵。

　　(1)明涵。洞顶无填土，适用于低路堤及浅沟渠处。

　　(2)暗涵。洞顶有填土，且最小填土厚度应大于等于 0.5m，适用于高路堤及深沟渠处。

　　4.按水力性能不同分类

　　涵洞可分为无压力式涵洞、半压力式涵洞、压力式涵洞。

　　(1)无压力式涵洞。水流在涵洞全部长度上保持自由水面。

　　(2)半压力式涵洞。涵洞进口被水淹没，洞内水全部或一部分为自由面。

　　(3)压力式涵洞。涵洞进出口被水淹没，涵洞全长范围内以全部断面泄水。

　　新建涵洞应采用无压力式涵洞;当涵前允许积水时，可采用压力式或半压力式涵洞;当路基顶面高程低于横穿沟渠的水面高程时，也可设置倒虹吸管涵。

　　(二)涵洞的组成

　　涵洞由洞身、洞口、基础和附属工程组成，如图 2.2.13 所示。在地面以下，防止沉陷和冲刷的部分称作基础;建筑在基础之上，挡住路基填土，以形成流水孔道的部分称为洞身;设在洞身两端，用以集散水流，保护洞身和路基使之不被水流破坏的建筑物称为洞口，它包括端墙、翼墙、护坡等。

　　(三)涵洞的构造

　　1.洞身

　　洞身是涵洞的主要部分，它的截面形式有圆形、拱形、矩形(箱形)三大类。

　　一般情况同一涵洞的洞身截面不变，但为充分发挥洞身截面的泄水能力，有时在涵洞进口处采用提高节，如图 2.2.14 所示。交通涵、灌溉涵和涵前不允许有过高积水时，不采用提高节。圆形截面不便设置提高节，所以圆形管涵不采用提高节。

　　洞底应有适当的纵坡，其最小值为 0.4%，一般不宜大于 5%，特别是圆涵的纵坡不宜过大，以免管壁受急流冲刷。当洞底纵坡大于 5%时，其基础底部宜每隔 3～5m 设防滑横墙，或将基础做成阶梯形;当洞底纵坡大于 10%时，涵洞洞身及基础应分段做成阶梯形，并且前后两段涵洞盖板或拱圈的搭接高度不得小于其厚度的 1/4。

　　(1)圆管涵。圆管涵以钢筋混凝土及混凝土管涵最为常见。

　　钢筋混凝土圆管涵在土壤的垂直及水平压力作用下，静力工作性能良好。这种涵洞不仅混凝土的用量小，而且具有制造上的优点，即钢筋骨架和涵管本身制造简单，圆形管节在移动时也很方便。一般可分为刚性管涵和四铰式管涵。

　　①刚性管涵。刚性管涵在横截面上构成一个刚性环，圆环厚度随直径大小和填土高度而变。

　　②四铰式管涵。采用四铰式管涵的目的是为了降低圆管的应力，以节约材料。铰分别布置在最大弯矩处，即涵洞的两侧及涵洞的顶部和底部。

　　由于四铰式管较刚性管应力减小很多，所以它不仅可以缩小截面尺寸，减少配筋数量，而且可以采用纯混凝土来建造。

　　(2)拱涵。拱涵的洞身由拱圈、侧墙(墙台)和基础组成。拱圈形状普遍采用圆弧拱。侧墙(涵台)的断面形状，采用内壁垂直的梯形断面。

　　(3)矩形涵洞。盖板涵是常用的矩形涵洞，由基础侧墙(涵台)和盖板组成。跨径在 1m 以下的涵洞，可用石盖板;跨径较大时应采用钢筋混凝土盖板。

　　盖板涵的过水能力较圆管涵大，与同孔径的拱涵相接近，施工期限较拱涵短，但钢材用量比拱涵多，对地基承载力的要求较拱涵低。因此，在要求通过较大的排洪量，地质条件较差，路堤高度较小的设涵处，常采用盖板涵，且常采用明涵。

　　2.洞口建筑

　　涵洞洞口建筑在洞身两端，连接洞身与路基边坡。

　　(1)涵洞与路线正交的洞口建筑。涵洞与路线正交时，常用的洞口建筑形式有端墙式、八字式、井口式。

　　①端墙式。端墙式洞口建筑为垂直涵洞轴线的矮墙，用以挡住路堤边坡填土。墙前洞口两侧砌筑片石锥体护坡，构造简单，但泄水能力较小，适用于流量较小的孔径涵洞、人工渠道或不受冲刷影响的岩石河沟上。

　　②八字式。八字式洞口除有端墙外，端墙前洞口两侧还有张开成八字形的翼墙。八字翼墙泄水能力较端墙式洞口好，多用于较大孔径的涵洞。

　　③井口式。当洞身底低于路基边沟(河沟)底时，进口可采用井口式洞口。水流汇入井内后，再经涵洞排走。

　　(2)涵洞与路线斜交的洞口建筑。涵洞与路线斜交时，洞口建筑仍可采用正交涵洞的洞口形式，根据洞口与路基边坡相连的情况不同，有斜洞口和正洞口之分。

　　①斜洞口。涵洞端部与线路中线平行，而与涵洞轴线相交。斜洞口能适应水流条件，且外形较美观，虽建筑费工较多，但常被采用。

　　②正洞口。涵洞端部与涵洞轴线互相垂直。正洞口只在管涵或斜度较大的拱涵为避免涵洞端部施工困难时才采用。

　　3.涵洞的基础

　　涵洞的基础一般采用浅基防护办法，即不允许水流冲刷，只考虑天然地基的承载力。除石拱涵外，一般将涵洞的基础埋在允许承压应力为 200kPa 以上的天然地基上。

　　(1)洞身基础

　　①圆管涵基础。圆管涵基础根据土壤性质、地下水位及冰冻深度等情况，设计为有基及无基两种。有基涵洞采用混凝土管座。出入口端墙、翼墙及出入口管节一般都为有基。

　　有下列情况之一者，不得采用无基：岩石地基外，洞顶填土高度超过 5m;最大流量时，涵前积水深度超过 2.5m 者;经常有水的河沟;沼泽地区;沟底纵坡大于 5%。

　　②拱涵基础。拱涵基础有整体基础与非整体基础两种。整体式基础适用于小孔径涵洞;非整体式基础适用于涵洞孔径在 2m 以上，地基土壤的允许承载力在 300kPa 及以上、压缩性小的良好土壤(包括密实中砂、粗砂、砾石、坚硬状态的黏土、坚硬砂黏土等)。不能满足要求时，可采用整体式基础，以便分布压力，也可加深基础或采用桩基。

　　③盖板涵基础。盖板涵基础一般都采用整体式基础，当基岩表面接近于涵洞流水槽面标高时，孔径大于或等于 2m 的盖板涵，可采用分离式基础。

　　(2)洞口建筑基础。一般来说，涵洞出入口附近的河床，特别是下游，水流流速大并易出现旋涡，为防止洞口基底被水淘空而引起涵洞毁坏，进出口应设置洞口铺砌以加固，并在铺砌层末端设置浆砌片石截水墙(垂裙)来保护铺砌部分。

　　4.沉降缝

　　凡地基土质发生变化，基础埋置深度不一，基础对地基的压力发生较大变化，基础填挖交界处，及采用填石抬高基础的涵洞，都应设置沉降缝。置于岩石地基上的涵洞可以不设沉降缝。

　　5.附属工程

　　涵洞的附属工程包括：锥体护坡、河床铺砌、路基边坡铺砌及人工水道等。