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道路設計中涵洞類型的選擇
筆者接觸的很多是縣鄉級道路,一般為穿越鄉村及農田區域,原有路部分因排水或者灌溉需要設置的涵洞較多,由于近些年交通量的劇增,涵洞破損嚴重,病害多發,在做道路測量的時候應該先對現有涵洞進行調查,得出關鍵性的數據,給業主作為參考是否重修。隨意無論對涵洞病害的分析,還是對涵洞新修的選型都需要在測量的同時確定清楚。
一、工程中常用的涵洞類型
1、鋼筋混凝土蓋板涵:其優點是結構形式簡單,過水量好,其蓋板可預制,施工方便,施工工期短,使用范圍廣;整體性好,對地基不均勻沉陷和地震的適應性好;維修費用低;中小孔徑(0.75m—3m)的蓋板涵要求的地基承載力較小,要求板頂填土高度較??;投資省。 其缺點為:對于較大孔徑(3m—6m)的涵洞其基礎厚度大,圬工體積大,自重大,要求地基承載力高,投資較大,尤其在軟土地基、高地下水位的情況下尤為突出。
2、鋼筋混凝土圓管涵:其優點是管節便于集中制造,易于施工;圬工體積小,造價低,對要求流量不大的灌溉涵特別適宜。 其缺點為:要求涵頂填土高,使用范圍窄,排洪能力差,易于淤積,維修不方便。
3、鋼筋混凝土箱涵:其優點是整體性好,自重輕,對地基承載力要求低,特別是隨著電子計算機技術的發展,其正斜交孔徑、凈高、結構尺寸等均可任意選擇,箱涵在軟土地基上的應用在經濟、技術各方面都有其它涵洞形式無與倫比的優點,在既有小橋涵接長工程中采用,既可減少既有翼墻拆除量,又可利用翼墻防護既有線,節省投資,減少對既有線運營的干擾,更顯其優越性。 其缺點為:施工較復雜,耗費鋼筋較多,造價較高,施工周期較長。
二、涵洞的各種類型都有其優點及不足,在工程設計中應充分發揮其優點,克服其存在的缺陷,亦即合理選擇涵洞的類型。應根據每個工程所處的河溝特征、地質、水文等自然條件,結合涵洞附近的路基高度和路堤填料情況,考慮排洪、灌溉和交通需要等因素進行綜合比較確定。涵洞類型選擇的一般原則如下:
1、涵洞類型的選擇與該地區的水文、地質情況密切相關
按照設計流量選擇涵洞類型時,應保證涵前積水不致漫溢或在上游形成串流危害路基安全(如路基被長期沖刷、浸泡,造成下沉,路堤鉆洞、潰決等),防止洪水淹沒上游或沖刷下游的農田村舍。在地形比較平坦區,必須具有保證洪水不致漫溢地形條件,方可設置涵洞。在涵前積水受限的情況下,由于其它因素(如石料供應方便、經濟等),仍以設置涵洞為適當時,可加大采用孔徑,增多孔數等措施以滿足排洪的需求。
2、涵洞基礎對涵洞使用質量影響很大
大孔徑蓋板涵都要求有較堅實基礎,中小孔徑蓋板涵、箱涵要求的地基承載力要小些。在沼澤、軟土等地基土壤較差地區的涵洞,應采用基底應力較小的輕型結構,如圓形涵洞、鋼筋混凝土整基蓋板涵等。修建在濕陷性黃土地區上的涵洞,應采用不均勻沉陷敏感性小的結構,如整基圓形涵洞、整基蓋板涵等。例如,我省東營、濟陽地區,該區所處地層特性為粘土、砂粘土,土壤承載力為100kPa左右,且地下水位很高。若用分離式基礎的蓋板涵,由于孔徑過大,其基礎大,結構自重大,要求的地基承載力也高,用換填砂夾碎石提高其承載力,投資很大。故較大孔徑的涵洞用鋼筋混凝土箱涵或者整基的鋼筋混凝土蓋板涵最為經濟。其自重輕,要求的地基承載力為100kPa左右,挖基少,不需要換填,工程造價也比相應的分離式基礎的蓋板涵經濟的多。但建議在投資及施工條件允許的情況下推薦采用箱涵。
3、涵洞類型的選擇應遵循就地取材,降低造價的原則
在砂、石料短缺的地區,如黃河三角洲及黃河沖積平原區,應首先采用圬工體積小,自重輕的圓涵及鋼筋混凝土箱涵形式,以避免大量砂、石料遠運,節約工程投資。
4、涵洞類型的選擇應根據涵洞不同用途而定
作為排洪涵洞,鋼筋混凝土圓形涵洞只適用于淤積小,流量小的的地區。當水流中夾泥砂石塊或樹枝雜草,可能造成淤塞和磨損時,應避免采用圓形涵洞,此時,應首先采用矩形涵。在農田地區設置排灌涵洞時,需考慮搶洪蓄水、集中輪灌、輸砂洗堿和歲修清淤的特點,不宜壓縮渠道斷面和任意改變排灌水位,應優先選用蓋板涵或矩涵洞,最好采用單孔涵洞跨越原有渠道渠道,盡量減少積水高度,以免增加大量渠道修建工程。
5、涵洞類型的選擇應結合周圍環境要求
涵洞屬永久性建筑物,涵洞的修建應盡量達到與周圍環境的統一,起到美化環境的效果,特別在城市或近郊區,亦應考慮到其它各方面的具體要求。
總之,在具體的工程實踐中,應根據涵洞性質、技術條件、地質特性等多種因素進行方案優化比選,在滿足涵洞技術要求的前提下,選擇經濟合理的涵洞類型,以達到節省工程投資的目的。另外在涵洞進出口的選擇上應根據實際情況現場進行確定,合理的洞口型式,對于防止涵洞發生附屬結構病害有著極其重要的作用。
以上是我具體設計工作中,同時翻閱了一些資料得出的一些體會及看法,由于經驗與水平的不足,其中肯定很多不足、錯誤,與大家共勉!
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