901涵洞工程之基本概念

1 、涵洞

涵洞是为保证地面水流能够横穿公路而设置的小型构造物，一般由基础、洞身和洞口建筑组成。

涵洞通常是为了公路排水或跨越相交道路、管线以及其它障碍物而修建的结构物。

在各条公路上都拥有相当数量的涵洞，一般情况下，平原区每公里有涵洞 1-3 道，山区 3-5 道。

涵洞设计与施工的合理性，对于整条公路的造价和使用质量有很大影响。

与此同时，涵洞还与农田水利建设有着密切的关系。

2 、涵洞分类

（ 1 ）按建筑材料，涵洞分为圬工涵、钢筋混凝土涵和钢波纹管涵

（ 2 ）按构造形式，涵洞分为管涵、盖板涵、拱涵和箱涵。

（ 3 ）按填土高度，涵洞分为明涵和暗涵，当涵洞洞顶填土高度小于 0.5m 时称为明涵，当涵洞洞顶填土高度大于或等于 0.5m 时称暗涵。

高速公路的涵洞通常由管涵、拱涵、箱涵、盖板涵、倒虹吸涵和钢波纹管涵。

（ 1 ）圆管涵是洞身为管形的涵洞；

（ 2 ）拱涵是洞身截面顶部呈拱形的涵洞；

（ 3 ）箱涵是洞身为钢筋混凝土箱型截面的涵洞；

（ 4 ）盖板涵是洞身以钢筋混凝土板、石板等作为顶盖涵洞；

（ 5 ）倒虹吸涵是路基两侧水流都高于涵洞进出水口，且靠水流压力通过形似倒虹吸的涵洞。

3 、使用条件

（ 1 ）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。

（ 2 ）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。

（ 3 ）拱涵适用于跨越深沟或高路堤

（ 4 ）钢筋混凝土箱涵适用于软弱地基、高地震烈度区及其他特殊条件地段

（ 5 ）石盖板适用于石料丰富且过水流量较小的小型涵洞。

（ 6 ）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

（ 7 ）钢波纹管涵适用于地基承载能力较低，或有较大沉降与变形的路基。

4 、要求

（ 1 ）公路涵洞所使用的钢筋混凝土强度等级不应低于 C25 。

（ 2 ）新建涵洞应采用标准跨径 0.75 、 1.0 、 1.25 、 1.5 、 2.0 、 2.5 、 3.0 、 4.0 、 5.0 。其中 0.75 孔径适用于无淤积地区的灌溉渠，排洪涵洞跨径不宜小于 1.0m 。涵洞内径或净高不宜小于 0.75m ，涵洞长度大于 15m 但小于 30m 时，其内径或净高不宜小于 1.0m ，涵洞长度大于 30m 且小于 60m 时，内径或净高不宜小于 1.25m ，涵洞长度大于 60m 时，其内径或净高不宜小于 1.5m.

（ 3 ）回填： 涵洞两侧紧靠涵台部分的回填土不宜采用大型机械进行压实施工，宜采用人工配合小型机械的方法夯填密实。填土每侧长度不应小于洞身两侧填土高度的一倍。涵洞洞身两侧填土应对称均衡分层夯实，压实度不应小于 96% 。

二级及二级以上公路路堤与涵洞连接处应设置过渡段，其长度宜按 2-3 倍路基填土高度确定，压实度不应小于 96% ；当采用施工碾压机械作业时，可再增加 3~5m 。对高填土涵洞宜根据实际情况处理

当采用机械填土时，须待涵洞圬工达到容许强度后，洞身两侧应用人工或小型机具对称夯填，待填方高出涵顶不少于 1.0m 时，再用机械填筑；

预制混凝土拱圈、盖板宽度不应小于 1m ，当需加宽时，可按 0.5m 的倍数增加，预制混凝土圆形管节长度不宜小于 1m 。

（ 4 ）考虑到路基施工压实方便，其涵洞间距不宜小于 50m 。

5 、结构

（ 1 ）洞身

洞身是涵洞的主体，其作用一方面是保证水流通过，另一方面也直接承受车辆荷载的压力和上部填土的重量，并将其传递给地基，因此既要求它具有保证设计流量通过的必要孔径，同时又要求其本身坚固和稳定。

洞身通常由承重结构（如拱圈、盖板等）、涵台基础，以及防水层和伸缩缝等部分组成。为了便于排水，涵洞洞身应有适当的纵坡，最小排水纵坡一般要求为 0.3% 。

（ 2 ）洞口

洞口建筑一般由进水口、出水口和沟床加固三部分组成。其作用是平顺连接涵洞与河道，使水流进出顺畅，还起着保护路基边坡免受水流冲刷的作用。 洞口类型很多，有八字式、端墙式、跌水井、扭坡式、平头式、走廊式、流线形等。

1 ）八字式洞口：正八字式洞口由敞开斜置八字墙构成，敞开角宜采用 20° ，且左右翼墙对称。适用于河沟平坦顺直，无明显沟槽，且沟底与涵底高差变化不大的情况。当八字墙与路中线垂直时，称直墙式洞口。适用于涵洞跨径与沟宽基本一致，无需集纳和扩散水流或仅为疏通两侧农田灌溉时的情况。八字墙墙身宜为块（片）石砌筑，有条件时可做料石或混凝土预制块镶面。当地形和水流条件要求涵洞与路线斜交时，应做斜八字式洞口。可分为斜交斜做或斜交正做。

2 ）一字墙式正洞口：为涵台两侧垂直涵洞轴线部分挡住路堤边坡的矮墙（端墙）， 墙外侧可用砌石椭圆锥坡、天然土坡、砌石护坡或挡土墙与天然沟槽、渠道和路基相连接，构成多种形式的一字墙式洞口。适用于沟床稳定、土质坚实的河沟以及流速较小的人工渠道或不易受冲刷的岩石河沟。当涵洞与路线斜交时，锥坡洞口宜采用斜交正做洞口，其端墙可做成斜坡式或台阶式。

3 ）扭坡式洞口：与渠道之间由一段变化坡度的过渡段构成。适用于盖板涵、箱涵、拱涵洞身与人工灌溉渠道的连接。进口收缩过渡段长度宜为渠道水深的 4~6 倍，出口扩散段还应适当增长。

4 ）平头式洞口：常用于钢筋混凝土圆管涵和波纹钢管（板）涵，需制作特殊的洞口管节。适用于水流通过涵洞挤束不大和流速较小的情况

5 ）走廊式洞口：由两道平行翼墙在前端展开成八字形或圆曲线形构成，可使涵前的壅水水位在洞口部分提前收缩跌落，降低无压力式涵洞的计算高度或提高涵内计算水深，增大涵洞的宣泄能力。适用于高路堤的情况。

6 ）流线型洞口：由进水口端节在立面上升高形成流线型构成，平面也可做成流线型，使涵长方向涵洞净空符合水流进洞收缩的实际情况。用于压力式涵洞时，可使洞内满流；用于无压力式涵洞时，可增大涵前水深，提高涵洞的宣泄能力。适用于高路堤或路幅较宽、涵身较长的涵洞

7 ）跌水井式洞口：主要有边沟跌水井洞口与一字墙跌水井洞口两种。边沟跌水井洞口适用于内侧有挖方边沟的涵洞，一字墙跌水井洞口适用于一般陡坡沟槽跌水。跌水井式洞口适用于当天然河沟纵坡＞ 50% 或路基纵断面设计不能满足涵洞建筑高度要求、涵洞进出口开挖大，以及天然沟槽与洞口高差大时，以解决天然沟槽或路基边沟与涵洞进口的连接，且仅适用于涵洞进水口。

（ 3 ）进出水口沟床加固及防护

在涵洞上、下游河沟和路基边坡一定范围内，宜采取冲刷防护措施。当沟底纵坡小于或等于 15% 时，可铺砌到上、下游翼墙端部，并应在上、下游铺砌端部设置截水墙，其埋置深度不小于台身或翼墙基础深度。涵洞可设置养护阶梯。

进水口沟床加固及防护应符合下列规定 ：

当河沟纵坡小于 10% ，河沟顺直，且土质和流速许可时，可对进口采用干砌片石铺砌加固。

当河沟纵坡为 10%~50% 时，除岩石沟槽外，沟底和沟槽侧向边坡以及路基边沟均应铺砌加固。加固类型应由水流流速确定，并符合下列规定：

1 ）当采用缓坡涵进口时，涵前沟底纵坡较陡，涵身纵坡较缓，应在进口段设置 缓坡段，其长度为 1~2 倍的涵洞孔径。

2 ）当采用陡坡涵进口时，涵身纵坡较大，水流呈急流状态，涵底坡度与涵前沟底纵坡基本平顺衔接，可不设缓坡段，只做铺砌加固。

3 当河沟纵坡大于 50% 时，流速很大，进口处宜设置跌水井，可采用急流槽与天 然河沟连接。急流槽底每隔 1.5~2.0m 宜设一防滑墙。为减缓槽内流速，可在槽底增设加糙设施

出水洞口沟床加固及防护应符合下列规定：

1 ）在河沟纵坡小于 3% 的缓坡涵洞中，当出水流速小于土壤的允许冲刷流速时，下游洞口河床可不作处理。当出水口流速大于或等于土壤的允许冲刷流速时，下游洞口沟床应铺砌片石加固或设置挑坎防护。

2 ）在河沟纵坡为 3%~15% 的缓坡涵洞中，出水口流速较小时，可对下游河床进行一般的铺砌加固，并在铺砌末端设置截水墙。其埋置深度不小于洞身或翼墙基础深度。截水墙外作干砌片石加固。出口流速较大时，采用延长铺砌石块或混凝土块，同时设深埋的截水墙。其深度应大于铺砌末端冲刷深度 0.1~0.25m 。

3 ）在河沟纵坡大于 15% 的陡坡涵洞中，其洞口末端应视河沟的地质、地形和水力 条件，可采用出口阶梯、急流槽、导流槽、跌水、消力池、消力槛、加糙等特殊加固消能设施。

（ 4 ）沉降缝

除置于岩石地基上的涵洞和无圬工基础的圆管涵洞身范围可不设沉降缝外，其余沿洞身长度方向每隔 4-6m 应设置一道沉降缝。

涵洞沿洞身方向应分段设置沉降缝，防止不均匀沉降而使结构破坏。

涵洞洞身、洞身与端墙、翼墙、进出水口、急流槽交接处宜设置沉降缝，缝内宜填弹性不透水材料。

预制圆管涵的沉降缝应设在管节接缝处，预制盖板涵的沉降缝应设在盖板处的接缝处，沉降缝应贯穿整个洞身断面，波纹钢管涵可不设沉降缝。