内部跌落式盖板涵在山区公路中的应用

吕德浩

(林口县水电开发总公司，黑龙江 林口 157600)

1 工程概况

牡丹江下游某水电站，设计装机100MW，库容1.25m3，属大型水电工程。发电机组位于大坝有右岸。右岸进厂公路长2.81km，是一条新建公路，公路起点位于坝址，终点与下游方虎公路相交，是外界进入坝址的唯一通道。距该进厂公路终点下游2.05km处是电站施工所需的主料场，供应水电站围堰及坝体施工的土石方共计200余万m3。因此，右岸进厂公路承担着建设水电站所需的土石方、机电设备、金属结构等运输任务，是水电站工程建设的关键性道路。

2001年该电站开始进行前期的“四通一平”工程，其中右岸公路确定为一般二级公路，涉及涵洞六座。其中六号涵洞设计为圆管涵(双排)，管径1.0M，涵上填土高度平均为4.37M，涵长22.0M，坡度2%。由于该处落差较大(4.23M)，涵洞上游设消力跌水，下游设急流槽、消力池等。

经对六号涵洞进行实地勘测，该涵洞上游沟道长约2.0km，平均宽约0.4km，沟道两侧已大部分开荒种地，已形成冲刷沟；下游出口距牡丹江约100M；沟道内平时无水，根据洪痕，水位较高，经走访当地百姓，该沟道雨季洪水裹胁着泥沙及柴草等下泄，一般土涵洞已冲毁多次。鉴于该公路工程的重要性，决定对该涵洞的型式进行修改。

2 设计选型

六号涵洞沟道平均坡度为11.3%，末端沟道较宽、较深。经探挖该段基础较好为天然稳定砂砾石，俗称铁板砂。根据因地制宜、就地取材和便于施工养护等原则，选取涵洞构造型式中常用的圆管涵(双管Ф1.0)、盖板涵、内部跌落式盖板涵进行方案比较。

材料来源：毛石拟采用距离工地1.0km处的该路段爆破山石石方经选料后作为涵洞石料(经检测满足涵洞用料要求)；水泥自林口供应，距离98公路；碎石场距工地80km；施工用沙距工地5.0km。在同等材料价格的基础上对三种涵洞的型式、施工难易程度、造价等比较如下：

1)圆管涵洞(双管Ф1.0)：是一种常用的涵洞型式，结构简单，施工方便，辅助当地的农民工就能完成工程，且造成价低。缺点：本工程所用管材需从厂家运送，距离较远(约98km)，圆管安装需吊装设备；碎石运距较远；稳管垫层所需要混凝土用量较大且需现场拌制；发电机、搅拌机等一应俱全，直接增加施工成本[1]。

2)盖板涵洞：盖板涵主要由盖板涵台及基础等部分组成，盖板涵与简支板梁桥的结构型式基本相同，具有受力明确，构造简单，施工方便，排洪能力强等特点。广泛用于公路工程中，特别是水利水电工程的前期“四通一平”山区公路工程建设中。一般情况下造价较圆管涵高，由于本工程采用的石料距离较近，减少了较多的材料成本；盖板所需钢筋混凝土工程量较小，可预制后运抵工地安装；主要施工是砌筑浆砌石，辅助当地的农民工就能完成工程。

3)内部跌落式盖板涵：是盖板涵洞的一种改进，采用涵洞内部分层跌水，减少了上游、下游的高差，减少了上游设置跌水、下游设置急流槽的长度。同盖板涵一样，具有受力明确，构造简单，施工方便，排洪能力强等特点。主要施工是砌筑浆砌石，辅助当地的农民工就能完成工程。

3种型式涵洞的工程量、造价比较见表1。

表1 3种型式工程量、经济指标比较表

根据上述3种涵洞的特点分析，从工程量、造价等的比较看，3种涵洞造价相差不大，盖板涵造价最高，圆管涵次之，最小的是内部跌落式盖板涵；从施工的角度上讲，盖板涵、内部跌落式盖板涵施工简便、适合涵洞就地取材的原则；从运行方式上看，盖板涵、内部跌落式盖板涵有利于泥沙、柴草等杂物的通过，而双排圆管涵中的两圆管涵之间的隔墩阻碍泥沙、柴草下泄，增加水流对涵洞的冲击，影响涵洞的稳定性。由此看出，无论工程造价、施工难易程度、运行方式上看内部跌落式盖板涵都优越于盖板涵和圆管涵(双排)，因此选择方案3内部跌落式盖板涵。

3 涵洞尺寸的确定

3.1 涵洞进口尺寸确定

根据《公路工程建设标准规范定额汇编》，一般二级公路涵洞设计洪水频率为1/50，经计算，洞径为1.0m的涵洞可以满足过水要求，但是考虑到上游流域内植被破坏严重，下泄洪水中泥沙、柴草等杂物较多，易导致涵洞口堵塞，因此将涵洞进口尺寸调整为1.5m×1.5m。

3.2 沉降缝的选择及跌水的设置

一般情况下，非岩石地基上的涵洞每4-6m应设置沉降缝，考虑到该涵洞基底为稳定的天然砂砾石(铁板砂)，基础稳定。为便宜于施工，设置两道沉降缝，三段长度自上而下分别为7.5m、7.0m、7.5m。涵洞底坡为2%。

涵洞内的跌水设置在两道沉降缝处，跌槛高度为0.3m，总跌水高度为0.6m。

3.3 进、出水口的纵坡设置

进水口采用八字墙接走廊式洞口，增大了进口宽度和长度，有利于沟道内的洪水汇集。

加高隔水墙，使隔水墙距进口达1.0m，减缓上游原地面坡度，使原上游地面坡度由11.3%降为4.6%，防止上游沟道的继续加深，减少泥沙下泄量。加高的隔水墙使涵洞进口成为跌水进口，经计算，不会对涵洞产生任何不利影响。

出口采用八字式洞口，出口与原地面的高差采用台阶平置式陡坡，台阶采用30×30阶梯，八字墙角度为14°，出口总宽3.0m；台阶及八字式洞口均能消减大部分水能，使出口末端的原地面受到的水流冲击最小，经计算不会对涵洞基础产生影响。

3.4 涵洞结构设计

盖板设计：按简支梁结构设计，根据相关规范，盖板厚度为0.2m。

挡土墙设计：涵洞的墙体设计为重力式挡土墙，考虑当地冬季冻害情况，涵底以下基础均为2.0m，三段墙洞内净高分别为1.5m、1.8m、2.1m；挡土墙上口取0.5m，底宽2.7m。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态，经土压力、车辆荷载、填土重力、自身重力等多种不利荷载受力分析计算，该结构满足抗压、抗倾覆校核。

八字墙基础取1.8m，上口0.4m，下口1.3-1.6m不等，墙高为3.3-4.4m不等，经校核，满足设计要求。涵洞纵断面及平面图如图1所示。

(a)函洞纵剖面图

(b)函洞平面图

4 涵洞的施工

4.1 施工放样

根据涵洞中心线，确定涵洞的四边位置，并定桩标记。根据水准控制网，确定基础开挖轮廓线。注意：道路中心线与涵洞中心线并不重合。

4.2 沟槽开挖

按设计要求的沉降缝间距分段开挖，宽度为挡土墙实体工程基础加作业面宽，采用人工配合挖掘机或人工配合推土机开挖。开挖过程中，要边开挖、边检查，发现错误，立即给予纠正，保证开挖按设计要求进行。砌筑前，先在已经验收合格的基底铺一层30-50m厚的水泥砂浆，然后再向上施砌。

4.3 浆砌石施工

选料：由于使用公路爆破石料，首先要注意安全，应选择材质坚实，无风化剥落或裂纹，石材表面无污垢、水锈等杂质，必要时，应用水冲洗。水泥、沙等均应满足设计要求。

浆砌石施工方法：砌石施工方法采用座浆法，其砌石程序为：先砌“角石”，再砌“面石”，最后砌“腹石”。

拉结石的设置：由于墙体较厚到、较高，容易产生前后墙体块石砌筑不均，影响墙体的整体强度，一般每间隔1-2m，高度0.5m左右，应错缝分布“拉结石”(较长的条石)，使墙体前后能构成一个整体保证墙体的稳定。

4.4 混凝土盖板浇筑及安装

混凝土盖板采取预制方式在距工地1.0km处的江南村浇筑，养护后运至工地，人工配合及吊车安装。

4.5 养生与回填土

由于距离牡丹江较近，取江中水草袋履盖养生；养生完成后，墙后先作反虑层，再填路基土，人工分层夯填，超过涵顶盖板0.5m后，按正常道路施工填筑。

5 内部跌落式盖板涵的评价

经10余年的运行，该涵洞目前运行状况良好，涵洞上游约50m沟道内原冲刷沟已恢复到原沟底，沟道没有下切，达到了设计预期目的。下游涵洞出口处略有冲刷，对出口段无影响。

综合看内部跌落式盖板涵有以下特点：

1)优点：内部跌落式盖板涵结构简单，施工方便，就地取材，技术含量较低，造价低。泄洪能力强，稳定性强。汛期未出现洞口堵塞情况，适合牤牛大、泥沙含量高、柴草飘浮物多的山区涵洞。

2)缺点：由于是浆砌石体，对砂浆、石材、水泥等技术指标要求较高；沉降缝的处理较复杂；施工用业面较小，易出现施工干扰；大量块石施工，易出现人员伤害事故[2]。

3)不足之处：该涵洞内跌落差为0.6m，占整个涵洞上、下游高差的14%。目前看，跌落差设置有些保守，如能多设置几道跌槛使跌落差能达到总高差的30%-50%，消能效果能更加显著；另外，涵底采用跌落式，涵顶盖板未采用跌落式，仍按2%坡度下降，使涵洞出口净高高于进口净高0.6m(进口洞净高1.5m，出口洞净高2.1m)，增加了浆砌石工程量；可以通过试算，如涵顶也采用跌落式与增加涵长相比较确定合理的涵顶坡降和涵长。

以上不足之处有待在今后的工程中论证、比较、改进。