公路工程盖板涵设计要点探析

樊日辉

(内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010)

公路在野外山区跨越沟渠、在城镇平原区跨越水利设施等时，需设置小型构造物；在草原、荒漠等动物集中通行的位置需设置满足净空需求的动物通道；供热管线、供水管线、天然气管线与公路相交时需考虑设置管线涵洞。高速公路(固定出入口、全封闭、全立交)除了在跨越野外山区沟渠和平原区灌溉渠时必须设置排水构造物外，在车流、人流集中穿越高速公路或普通公路的位置，也应设置汽车通道、人行通道。每条公路的小桥涵在满足公路排水和通行方面都起到了显著的作用，这种重要性同时也体现在公路工程质量验收和评定中。公路工程质量验收和评定采用公路技术状况指数MQI来评定，当存在5类桥梁(无法正常使用)，危险涵洞的评定单元时，MQI直接取值为0，意味着桥梁涵洞失去使用功能且存在安全隐患，整条道路都判定为不合格，由此可见,桥涵对公路正常发挥使用功能起着至关重要的作用。

1 盖板涵的特点

涵洞按构造形式分为管涵(包括钢筋混凝土圆管涵和波纹管涵)，盖板涵(按洞顶有无填土分为暗板涵和明板涵)，拱涵和箱涵。盖板涵主要由盖板、涵台、基础支撑梁(分离式基础)共同组成，盖板涵在当前公路工程涵洞建设过程中占有十分重要的地位。

图1 盖板涵

目前，盖板涵分为整体式基础和分离式基础两种形式。和圆管涵相比较盖板涵的过水断面显著增大。盖板涵对基底承载力要求较高，一般要200 kPa以上，当遇到软弱地基的时候要进行处理。在孔径较大和路堤较高时，盖板涵比拱涵造价高但其施工技术较简单，且盖板可以集中制造[1]。盖板涵综合了圆管涵、拱涵的优点，整体施工技术和涵体结构相对简单，且结构自重小，对地质条件要求不高，不会对于原本地基造成其他的影响，而且具有相对较大的排洪能力，后期养护、维修方便。因此，盖板涵本身的应用相对较为广泛，在公路工程构造物设计中较为常见，普遍应用于山区排水以及农村灌溉、排水工程中。另外，盖板涵的盖板能够通过集中制造的形式来实现，在一定程度上降低了工程施工周期。总体而言，盖板涵洞的整体结构较为简单，但是对于工程的施工工艺具有相对较高的要求[2]。

图2 盖板涵构造

2 盖板涵设计要点

2.1 最小填土

最小覆土厚度是指盖板顶至路面顶之间最小的填土高度，规范要求暗板涵最小填土高度为0.5 m，一条公路中所有盖板涵最小填土高度必须够0.5 m，否则不满足规范要求。一般路线在横断面设计时会设置横坡，正常直线段的路拱是中间高，两面低，当路线是圆曲线时会设置超高，在涵洞设计中，最小填土高度受直线横坡和曲线超高影响很大，同时涵底标高、涵底纵坡、净空都会影响洞顶最小填土的判断，如何准确的判断最小填土在路基的那一侧，对于计算最小填土至关重要。在影响最小填土的诸多因素中，涵底标高和涵底轴纵坡一般在外业调查后结合实际地形就可以确定了，但横坡和涵底纵坡却随着路线平面要素和地势高低处处不同。当路线是直线时，路面左右边缘高程相同，这时最小填土很好判断，涵底纵坡呈左高右低，最小填土就在左侧，左低右高，最小填土就在右侧。当路线在涵洞位置是曲线时，情况就复杂了。当圆心在路线前进方向的左侧时，路面横坡为左低右高，此时若涵底纵坡为左高右低，最小填土在路基左侧，若涵底纵坡为左低右高，与路面横坡方向相同，此时还需判断涵底纵坡与路面横坡的大小。若涵底纵坡小，则最小填土发生在左侧，若涵底纵坡大，左侧路面横坡的延长线和涵底纵坡的延长线则永远无法相交，反而右侧会相交，所以最小填土发生在右侧。当圆心在路线前进方向的右侧时，情况反之亦然。当然在计算最小填土时，为确保左右两侧都满足规范要求，也可以同时计算出两侧的填土，从而直观地看出哪侧是最小的。当然通过路面横坡和涵底纵坡的计算判断出最小填土对于涵洞设计人员来说可以更好地把握设计要点。

2.2 涵底标高和涵底纵坡

涵底标高和涵底纵坡的确定是涵洞设计的关键，涵底标高和涵底纵坡直接影响涵长，影响整个涵洞的工程数量。同时合理的确定涵底标高和涵底纵坡也关系到涵洞正常发挥使用功能。对于过水的涵洞，涵底纵坡的大小影响水流在涵洞内的宣泄速度，涵底纵坡过缓，水流进入进水口后低速流出出水口，如果泥沙过大容易导致淤积，涵底纵坡过陡使涵洞基础容易滑动导致基础不稳，在施工后难以保证运行质量。一般盖板涵涵底纵坡最小不少于0.5%，否则过小使水流动不畅，最大不大于5%，否则使基础不稳，或者增加抗滑构造，或者设置成阶梯涵洞来克服陡大纵坡。涵底纵坡设置时应尽量考虑涵底自然地面纵坡，使涵底设计纵坡与自然原始地面坡度尽量一致，此种情况是当满足最小填土的涵底比自然地面高程高，如果满足最小填土的涵底比自然地面高程还低，此种情况就需要考虑涵底是否会下挖，若是通道涵，则需结合通道引线的纵坡综合确定，若是水涵则需考虑进出水口与原地面顺接问题。涵底标高的确定一般以满足排水需求、净空需求、填土需求为主。若是路线纵断高程高，则尽量以自然地面的高程为准，结合地势有利于排水。若是路线纵断高程受其他因素制约受限，在满足填土要求、净空要求后，涵底标高低于自然地面高程则需要特殊考虑洞口的处理，当自然地面有利于出水口出水时，则进水口顺接原地面，当自然地面有利于进水口进水时，则出水口顺接原地面，同时如果必要，需设置集水井或跌水，保证水流顺利集聚顺畅排出，不影响宣泄能力，或者增加引水渠或排水渠等附属设施。此外，涵底标高和涵底纵坡的确定还应考虑洞口基础不要裸露，由于地势变化特别是山区公路在涵洞范围内变化大，若是进水口至出水口按同一纵坡设置，非常有可能在洞口处基础漏出自然地面，这时需要调整涵底标高和涵底纵坡，使洞口基础覆盖于土中确保使用功能。

2.3 路线转弯半径过小时暗板设计

低等级公路路线在转弯半径过小时会设置超高加宽段落，设计速度为40 km/h，不设超高的圆曲线半径为600 m，半径低于600 m的圆曲线需在内侧设置加宽值以利于行车，例如半径为150 m时圆曲线内侧加宽值为1.5 m(公路等级为二级集散或干线)。当路线超高加宽段落有暗板涵时，正交情况路基宽度可按路线加宽值考虑路基加宽，当涵洞不是正交时涵长计算就不能简单地用路基圆曲线加宽渠简单的计算了。同时路线在圆曲线上设置超高加宽也会对涵洞左右两侧标高的计算产生影响，这时需要特殊考虑。路线为直线时，正涵和斜涵在涵长计算时按常规的路基宽度计算即可，如果暗板涵处于路线的圆曲线段落并且有路基加宽的情况，正涵也可按正常路基宽度计算，但是斜涵还按正常加宽考虑，计算出的涵长就会比实际涵长短了。这是因为斜涵所处的圆曲线的计算应选取的路基宽度不是正常的路基加宽后的值，而是应该在加宽路基后再增加一个玄狐差值作为涵长计算路基宽度值，涵洞斜度越大这种情况越明显。因此,路线在半径过小，涵洞斜度过大，在涵长计算时需特别注意，很容易按常规涵洞计算涵长。

2.4 山区公路暗板设计

当公路处于山区地形时，地势变化大，涵底自然纵坡很可能大于5%，自然纵坡过大很使暗板涵在设计时需要特别考虑抗滑，进出口处理，基底埋深等因素。涵底自然纵坡过大，暗板常规洞身分段设置很容易造成滑动，这时可将涵洞设置成阶梯布置，阶梯涵可以有效地克服自然纵坡过大的情况，同时也可以兼顾抗滑的功能，而且在工程数量上也不会增加太多，这种情况对于过水的涵洞时一种很好的处理方式，但对于过人或过车的通道涵就不是很理想的解决方式了。对于过水的阶梯涵，如果洞口外的自然纵坡也很大，需要在进水口根据地形设置集水井，在出水口设置急流槽，确保水可以顺利地进入也可以顺畅地排出的同时也不会对进水口和出水口的基础造成损害。当山区公路在跨越沟渠时，如果填土高度过大时使用波纹管的情况也很多。

3 结束语

对于公路工程而言，盖板涵的布设要整体服从于路线的平面和纵面，路线的平纵指标很大程度上影响盖板涵的工程规模，同时盖板涵的关键设计要点(最小填土、涵底纵坡和标高)又影响着路线，也决定着最终的使用功能，无论是盖板涵或是圆管还是波纹管在设计时同样需要把握好相同的关键点，各种类型的涵洞既有不同点，也有相似的地方，笔者主要以盖板涵设计为例，探析设计过程中最基本也是最关键的要素，对提高涵洞设计质量和计算涵洞工程数量准确度有一定的实用意义和应用价值。