摘要:针对山区公路工程涵洞的设计与施工，首先讨论涵洞可以选择的类型以及涵洞洞口种类，其次立足于涵洞设计与施工这两个方面制订方案，加强涵洞设计和施工实施的有效性，保证涵洞结构安全性与稳定性，以期为今后公路工程涵洞建设工作积累有价值的经验。
关键词:山区;公路工程;涵洞设计;交通运输
0前言
组织涵洞建设施工无需投入较大的成本，设计与施工环节比较简单，整体工作量小，特别是山路位置的涵洞项目。道路工程中的涵洞数量与涵洞整体规划布局有关，一般情况下涵洞设置间距是200～300m。针对山区道路涵洞的设计与施工，有时会因为严谨性不足、基底处理等问题，导致施工进度问题。
1类型选择
1.1涵洞类型
公路工程与我国的交通运输行业有密切的关系，组织公路建设期间，涵洞处于地面以下位置，是非常重要的排水通道，同时确保路基安全性。涵洞的设计与施工必须要提前确定具体类型，选择涵洞类型，按照不同的标准可以划分成多种类型[1]。根据涵洞构造有管涵、盖板涵、拱涵、箱涵。管涵一般在钢筋混凝土工程中比较常见，可以支持集中预制，施工过程相对简单;盖板涵具有较强的过水性，按照地基承载力、填土高度可以挑选不同的基础;拱涵通过拱结构所具备的抗压性可以在跨越V型山谷、高路堤等施工环境中应用，同时对公路项目地基承载力也有较高的要求，适合在地质条件良好的区域使用;箱涵在施工中往往运用整体现浇这一方法，体现出良好的整体性，适合在软土地基中使用，但是需要投入较大的成本。
1.2涵洞洞口类型
设计涵洞阶段按照所处地区的地形、地质条件等因素，科学选择涵洞进出口形式，加强涵洞结构坚固性、稳定性以及收排水流畅性。比较常见的涵洞洞口类型包括八字墙式挡墙、一字墙式挡墙、跌水井式洞口等。因为山区公路高填方涵洞的出口高差比较大，加之傍山线涵洞入口收水效果不明显，所以设计涵洞时，为了能够降低流速、规避水流冲刷问题，在进出口位置需要增设跌水井和急流槽等[2]。八字墙式挡墙的洞口设置为八字墙形式，敞开角的角度控制在30°，按照河道、沟渠边坡尺寸调整敞开角度。一字墙式挡墙的洞口与涵洞轴线端墙垂直，可以遮挡路堤边坡。设计端墙外侧部位可以选择不同的形式，例如天然土坡和浆砌片石锥坡等。建议在比较稳定的河床或者坚实土质的岩石河沟中应用。如果选择跌水井式洞口，山区公路涵洞排出傍山线山坡与边坡流水，考虑到道路两旁存在挖方，所以必须通过跌水井收水方式引入涵洞，以免涵洞淤积，设计跌水井底板标高不能超过涵洞入口的底标高。
2涵洞设计与施工方案
2.1涵洞设计方案
2.1.1综合考虑设计因素
涵洞设计阶段需要考虑的因素比较多，例如路线与路径平面、纵断面、横截面之间的匹配度，山区道路与涵洞平面位置也是非常重要的影响因素。建议将涵洞和沟渠充分结合，有利于减小地基处理这一环节的工作量，降低施工难度，提高基底坡度大或半填半挖段的处理效率，也不会影响到农田作业。若公路项目处在山区的低丘中心位置，涵洞并非顺延沟渠建设，建议将涵洞位置选择在比较低的一侧，可以加强涵洞整体承载力。
2.1.2选择涵洞位置
因为山区的地形整体较为复杂，并且有较高的坡度，公路项目建设期间，如果存在沟壑必须要设计涵洞。关于涵洞轴线的设计要与水流方向相同，这一环节要注意的是，涵洞设计过程中不能一味缩短涵洞长度[3]。若所在位置地形起伏过于明显，且河沟分布密集，然而汇水面积有限，那么在建设过程中遇到沟壑，此时涵洞设计难度较高，可以与周围山坡截水沟、排水沟结合，遵循就近原则，将涵洞位置设定在最低点。山区也会面临频繁的暴雨、洪水灾害，导致水流量增大，组织公路工程建设期间要想保证路基安全性与稳定性，涵洞间隔可以调整为200～400m，以免路基内侧的水管积水严重，致使外部斜坡受到冲刷与侵蚀，降低路基稳定性。如果沟壑整体较深，路基填土量高，此时涵洞设计工作按照原始沟壑所处位置进行，在上游位置增设拦水墙，起到过渡洪水的作用，也能够将涵洞长度缩短。若是原始河沟所在区域地质条件较好，便可以就近获取涵洞设计需要的资源，建议原始河沟内部路基的铺设采用石头这一材料，涵洞进水口设计也要考虑原始地面坡度，并且在出水口位置增设坡度快槽。考虑到山区水系较乱，所以进出水口的设计与处理需要综合考虑多方因素，减小路基坡脚水流冲击力。
涵洞设计与施工环节包括涵洞地基处理，首先按照图纸明确涵洞位置并放样，技术人员与测量人员在涵洞所在位置实施护桩作业。开挖涵洞基坑之前准备好需要的设备，例如压路机，并且提前准备填料，严格按照施工放样、基础开挖、基底压实换填碎石、地基承载力检测的顺序完成涵洞地基处理。后期进行到台背回填阶段，工作人员将台背地段松土、杂物清除，压实原地面，选择8%石灰土与4%的水泥稳定碎石，将其运输到施工现场，并且采用人工的方式铺平，松铺厚度每层小于15cm。台背处理需要使用大型压路机、小型压路机等设备。压实结束后组织检测，一层土压实结束后也要检测压实度，保证台背处理质量。
2.1.3明确涵洞孔径
确定涵洞孔径要按照流域面积、河道自然坡度等数据展开计算，期间还需要分析沟槽间隙高度、过水面积、空隙等因素，得出计算结果之后分析涵洞净跨度和涵洞净高度，以此为基准确定标准涵洞跨度。在确定涵洞孔径时，涵洞间隙要小于涵洞范围。
2.1.4明确涵底坡度
涵洞坡度的设计，要认识到临界纵向坡度在涵洞纵向倾角设计环节的作用。由于涵洞本身具有较强的排水性，设计阶段涵洞纵向坡度要以槽底坡度为基准。涵洞最小纵向坡度不能小于0.3%，以免出现沉积现象。涵洞最小纵向坡度小于最大纵向坡度，可以避免涵洞底部冲击、侵蚀问题。
2.1.5涵洞洞口设计
设计涵洞洞口时，桥涵入口附近山区地形是非常重要的因素，沟壑总宽度与高度差也是设计必须要考虑的问题。建议采用八字墙式洞口，若河流排水沟相对明显，涵洞直径与快速排水要求相符，建议调整敞开墙角度，设计为直洞口，有利于减少涵洞数量，节省涵洞施工成本。考虑到涵洞设计阶段可能会出现遗漏问题，所以组织施工过程中要和其他环节负责人紧密联系，加强涵洞设计方案可行性。
2.2涵洞施工方案及要点
1)盖板涵。当开挖基坑结束之后，施工人员要对基底承载力进行检查，按照设计规定判断基底承载力是否符合要求，发现与设计要求不符便要及时处理，确保满足规定方可展开后续施工。涵洞施工期间盖板涵的涵台台身沉降缝要顺延涵长方向，调整间隔距离为5m，沉降缝在涵台断面中贯穿，控制缝宽度为1～2cm左右，并且和涵洞中心线垂直，两端部位平整对齐，不能有上下交错现象[4]。预制盖板环节，当混凝土强度超过80%，施工人员可以将模板拆除，涵背填土要在结束盖板与支撑梁浇筑之后进行，同时这一环节的混凝土强度也要大于设计强度80%，填土操作要在涵身两侧位置展开对称填筑，回填环节根据设计规定选择砂砾、石灰土，采取分层填筑与压实的方法。如果涵顶填土厚度不超过0.5m，施工人员不能够运用振动式碾压机，很有可能导致涵洞结构破损。
2)波纹管涵。若涵洞和旧涵接长，在基础开挖环节必须要严谨，以免旧涵基础和结构破损。安装管节需要从下游位置开始向上游进行，每一节管涵管和垫层、基座紧密贴合，而且涵管内部不能有杂质、砂浆存在，管节拼接可以采用沥青麻絮堵塞拼接缝隙，上半圈堵塞按照从外到内的顺序，而进行到下半圈则可以转换为从内向外堵塞。管节的运输与保存，施工人员务必要轻拿轻放，在施工现场选定好存放地点，提前在地面上铺设砂垫层，且砂垫层的厚度控制在5～10m左右，才能够加强管节受力的均匀性，也可以规避后期产生裂缝。明确波纹管涵安装与接缝规范性，砌体砂浆混凝土强度超过设计强度80%，可以组织回填砂作业。为了保证回填砂作业质量，建议提前展开砂性粗粒土填料实验，有利于节省成本。
3)拼装底板。以中心轴线，中点为基准，第一张波纹板定位，以此为起点向两侧延伸，直至二端。圆周向搭接长度为50mm，第二张板叠在(搭接部分)第一张板上面，对正连接孔。螺栓的螺纹部涂上润滑剂，套上垫圈由内向外插入孔位，对面套上垫圈旋上螺母，用套筒扳手预紧螺母。
4)拼装环形圈。由下向上顺次拼装。轴向搭接宽度为120mm，搭接部分上板复盖下板，圆周向连接采用阶梯形，即上面两块板的连接叠缝与下面两块板的叠缝错位，连接孔对正后，用涂上润滑剂的螺栓，套上垫圈(遇谷用凸垫，遇峰用凹垫，不得装反)由内向外插入孔位，用套筒扳手预紧螺母。圆周向拼装环形圈合拢时，测定截面形状，采用定位拉杆固定，调整预紧螺栓，拼装顶部第一块波纹板。圆周向拼装满三波纹板时，要测定一次截面形状，达到标准再继续拼装，达不到标准应及时调整。
5)管壁四周回填。管壁四周(楔形部位处的)填筑可采用以下方案:①采用粗砂“水密法”振荡器密实;②采用级配良好的天然砂砾(含水量要求比最佳含水量大2%左右)，人工用15×15木夯捣实，单次冲击力要达到9kg，木棒作用点必须紧贴管身，每个凹槽部位都必须夯实到位;③采用液态粉煤灰回填;④采用轻型混凝土回填，然后用小型夯实机械斜向夯实，确保管底的回填质量。为保证管底回填质量，管壁四周的填筑材料采用良好的天然砂砾(含水量要求比最佳含水量大2%左右)，人工用木棒在管身外向内侧进行夯实，木棒作用点必须紧贴管身，每个凹槽部位都必须夯实到位。涵管两侧及顶部的部位回填采用级配良好的天然砂砾或与路基同材料的回填料。在管身最大直径两侧50cm外使用18t压路机碾压，50cm范围内使用小型夯实机械夯实，以避免压路机等大型机械设备对管涵的撞击。
6)两侧及顶部回填。填筑时应分层填筑、分层压实，每层压实后的厚度为20cm，压实度要求达到95%方可进行下层填筑。填筑前在管节两侧上用红色油漆按每20cm高度标注，填筑时按标注线控制。与波纹钢板接触部分要铺设厚度7～15cm的粗砂垫层，其最大粒径为12mm。靠近管体周围0.5m范围内不允许有大于50mm的石块等硬物。对于有端部挡墙的涵洞，从两端向结构中心进行回填;对没有端部挡墙的涵洞，从结构中心向两端进行回填。填筑必须在涵管两侧同步对称进行，两侧的回填土高差不得大于30cm。管顶填土厚度大于或等于0.5m时，才能允许施工运输车辆通过。涵洞顶部及周围20m范围内，不允许强夯。
3结语
山区公路工程涵洞作为项目中不可或缺的一部分，在设计与施工环节必须要综合考虑周围环境因素制定设计施工方案，通过高质量的涵洞建设工程，提高公路项目稳定性与结构安全性，保证后期交通运输安全。
参考文献:
[1]武东超，方圆.高速公路改扩建涵洞设计要点分析[J].安徽建筑，2020，27(7):164-165.
[2]魏燕凤.涵洞施工技术在公路桥梁工程中的应用分析[J].山东农业工程学院学报，2020，36(3):142-143.
[3]肖建国.基于公路工程中桥涵施工质量管理要点探究[J].建筑与装饰，2020，35(4):119，124.
[4]邓飞，赵世海，张茂林，等.公路钢波纹管涵洞设计与施工技术研究[J].公路交通科技，2019，36(10):208-210.
[5]师影，李仲阳.湟源至西海公路工程钢筋混凝土盖板涵通用图设计[J].黑龙江交通科技，2019，42(3):133-134
作者：李优峰
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