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公路涵洞设计的若干问题解答
涵洞作为高速公路的排水构造物之一，与桥梁、边沟、排水沟、截水沟等一起组成了公路的排水体系。在普通公路的排水体系中，由于指标较低、资金少等原因，桥梁数量少、规模小，涵洞是最重要的排水沟造物，在高速公路中，涵洞也是重要的排水构造物，据近几年的不完全统计，高速公路中涵洞（包括灌溉用）及兼排水通道数量达每公里3～5个，约占公路总造价的15%。x
一、涵洞的组成与分类
1、涵洞的组成
涵洞是路基下的一个过水孔道，由洞身、洞口和基础等组成，洞身是过水孔道的主体，它一方面保证水流通过，另一方面也直接承受荷载压力和填土压力，并将其传给地基。洞身通常由承重结构物（拱圈、盖板等）、涵台、基础以及防水层沉降缝等部分组成。涵洞洞底还应有铺砌并有适当的纵坡坡度，以利于排水，其最小坡度为0.4%。
洞口是洞身、路基、河道三者的连接构造物。涵洞洞口形式较多，作用和特点各异。涵洞设计洞口设计十分重要且洞口与洞身及基础需分别设计，施工时分别施工。修建洞口建筑首先使涵洞与河道顺接，使水流进出顺畅；其次是确保路基边坡稳定，使之免受水流冲刷。位于涵洞上游侧的洞口称为出水口。进水口设计中应能达到“束水导流”的作用，出水口应能起到“散水防冲”的作用。"
2、涵洞的分类
按建筑材料分为石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、其它材料组成的涵洞（砖、陶瓷、铸铁、钢波纹管、石灰三合土等，少用）；按构造形式分为管涵（常用圆管）、盖板涵、拱涵、箱涵；按水力性质分为无压力式、半压力式、压力式(倒虹吸涵)。
二、洞身构造及适用条件
1、钢筋混凝土管涵
主要由管身、基础、接缝及防水层构成。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，纵坡≤3％，每隔4-6m应设置一道沉降缝。洞
2、盖板涵
主要由盖板、涵台、洞身铺底、伸缩缝、防水层等构成。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
拱涵主要由拱圈、护拱、涵台、基础、铺底、沉降缝及排水设施组成。适用于跨越深沟或高路堤。
4、箱涵
主要由钢筋混凝土涵身、翼墙、基础、变形缝等组成。箱涵为整体闭合式钢筋混凝土框架结构，所以具有良好的整体性及抗震性能。一般仅在软土基上采用。
三、涵洞的设计
1、涵址测量
涵位中桩钉设
直线上的涵位用花杆穿线的办法（经违仪）确定中桩，或用全站仪坐标法定设中桩。曲线上的涵位用切线支距法定设中桩。
切线支距法步骤：
1、预估ZY到涵中心桩的曲线长。
2、查切线支距X、Y，或根据曲线长和偏角计算X、Y。
3、沿切线方向量X、垂直距离Y得中心桩。
4、若该点不是河沟中心，则再估。
测斜交角度、高程
直线上的斜交角度
涵洞的斜交角度指的是涵洞的中心线与道路中线垂直方向的夹角。在直线上测量涵洞的斜交角度相对比较容易，其测量步骤如下：
1、立经纬仪于涵洞中桩，对中、整平。
2、瞄准线路的中线方向。
3、转动水平盘，拨转900角，读数m。
4、顺时针或逆时针转动水平盘，瞄准河沟正中心，读数n。
5、斜交角度：顺时针转时为α=n-m；逆时针转时为α=m-n。
曲线上的斜交角度
曲线上斜交角度的测量首先要找到该中桩的切线方向，由切线方向拨转900得出线路中线的垂直方向，之后才能测量出斜交角度。因此，曲线段的斜交角度的测量关键是找到该点的切线方向。建
测量步骤：
立仪于ZY（HY）点，对中、整平，瞄准交点方向，读数m。
转动水平盘，瞄准涵洞中桩，读数n。
n-m为ZY到涵洞中桩的曲线所对应的弦切角。搬动仪器到涵洞中桩，对中整平。瞄准ZY点。
拨角n-m，得该点的切线方向。
旋转水平读盘900得该点的垂直方向，读数o。
旋转水平盘，瞄准河沟中心方向，读数p。
p-o为斜交角度。
断面测量
涵洞作一纵剖面图，上下游各测15―20M。
涵位平面图
一般不测地形图，但地形复杂时测，范围为河槽宽的4倍。比例1：200―1：500，等高线1m一根，平坦地0.5m一根。
2、圆管构造设计
圆管涵按无压力式和半压力式管涵设计，出水口为自由堰流。
①.圆管涵按承载能力极限状态和正常使用极限状态两种方法分别对截面进行强度与裂缝宽度验算。
②.计算理论：按刚性管节计算即不考虑管节的变形，不考虑涵洞顶土柱和周围填土间的摩擦力，采用角度分布法计算，半无限弹性体理论核算。
③.管节配筋按纯弯板断面分析，采用双向配筋管壁设置内外圈两层钢筋,管节配筋由裂缝控制设计。
④.汽车荷载作为可变作用，填土及管身自重作为永久作用按规范要求进行效应组合。
⑤.土重：按土柱重理论计算，内摩擦角φ=35°，土容重：18KN/m3。
①.管节分标准管节和调整长度用的辅助管节。标准管节长2米，辅助管节长1米和0.5米。
②.洞口水流条件较好，采用八字墙型式洞口。
③.管节接头构造：管节间缝隙用沥青浸过的沥青纱、沥青麻絮填塞，外面圈满涂热沥青两层。
3、盖板构造设计
盖板涵装配式钢筋混凝土预制板按两端简支板计算内力，不考虑涵台传来的水平力；盖板设计为变厚度板，根据内力计算分别确定跨中与板端的厚度；计算涵洞上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下按30°角扩散，当几个车轮的扩散线相重叠时以最外边扩散线为准；盖板上最小填土厚度为0.5m；向
预制盖板按99cm和74cm两种宽度绘制，若需要变更盖板宽度时，可参照本图的配筋根数，按实际板宽进行折算；
4、计算涵台内力
计算涵台内力时，将分离式基础盖板涵结构型式简化成盖板与涵底铺砌为横向支撑，涵台为上下端简支的竖梁，承受台后的水平压力；对整体式基础盖板涵洞，按一端简支，一端固定的竖梁计算；台后荷载换算成土柱高度，计算台后土压力；涵洞之基底应力小于本图拟定的容许值范围时，可在基底设置砂砾、碎石或砂垫层，提高地基承载力，使其达到容许范围；面
5、涵洞布置设计
涵洞的布置设计需要考虑到涵洞施工为止的具体的地理环境与地质条件，尤其是河沟两岸各种地质因素的变化，在涵洞的布置设计之前应该做好当地地质条件的勘察工作，并提出最好的解决方式，有条件的话可以通过仿真模拟实验来为施工做参考。在涵洞的布置设计中的两项核心工作是纵断面的布置设计（图7）与平面布置设计（图8），通过纵断面确定洞口和洞身的形式，平面布置可以确定涵洞的布置。优化这两项工作可以使道路的通行与涵洞的排水得到充分的保障。
涵洞的布置设计应该满足的要求是道路的通行方面、涵洞的排水方便、工程的施工方便，因此在设计工作的开展中应该综合考虑各项因素，做到整体的优化。在公路涵洞的施工中所要设计的涵洞数量非常多，因此必须对每个涵洞都进行仔细的勘察，获得第一手资料，最后做出具体的设计方案。准
结束语
现实工程中涵洞的设计工作至关重要，考虑到了各个细节可能存在的问题并采取措施加以防范解决，这对于后期的施工有着巨大的帮助，同时也能够使施工的质量有完整的保障。因此在设计阶段，设计人员的工作相当繁重，必须给予高度重视。
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