公路多孔箱涵设计_涵洞设计，设计师可参考~

 涵 洞 分 类 

(1) 圆管涵

1)填土高度为0.5m～20m。

2)圆管涵参考图适用于圆管涵纵坡≤3%的情况。

3)圆管涵参考图的洞口形式为八字墙，八字墙按1：1.5和1:1.75的边坡坡率进行设计。

4)汽车荷载为公路－Ⅱ级。

5)圆管涵标准节段长度为1.0m，在考虑现场吊装能力后，可适当加长预制管节以加快施工进度。 

(2) 盖板涵

1)填土高度为0.5m～20.0m。

2)汽车荷载为公路－Ⅱ级。

3)涵洞基础分为分离式和整体式，可根据实际涵洞基底的地基承载力基本容许值[fa0]选用。

4)盖板涵参考图的洞口形式为八字墙，八字墙按1：1.5和1:1.75的边坡坡率进行设计。

5)盖板涵参考图适用于涵洞纵坡≤5%的情况。

6)当通道涵周边的地下水位高于涵底标高较大时，应考虑地下水的浮力影响，根据工程的具体情况做专门的抗浮设计。

7)盖板涵参考图提供的现浇正交盖板标准宽度为400cm；当现浇正交盖板宽度B1<400cm时，可参照B1=400cm盖板钢筋构造图中提供的配筋原则进行施工；当B1>400cm时，应重新进行盖板的配筋计算。

8)端部预制斜交盖板仅适用于斜度θ≤15°的涵洞。

(3) 箱涵

1)无压力式单孔箱涵填土高度0.5～6.0m。

2)箱涵主要适用于软土地基、经处理后承载力仍偏低的特殊地基及受路面标高、洞口两端连接线标高限制导致建筑高度受限的通道涵。

3)八字翼墙按路基边坡为1：1.5进行设计的尺寸。

4)箱涵洞口形式分为八字翼墙和一字翼墙两种型式。八字翼墙适用于0°～45°的箱涵，一字翼墙适用于0°～25°的箱涵，两种洞口型式可自行选择使用。当斜交角为30°～45°时，考虑到端部涵段的整体滑移稳定性，洞口可采用八字翼墙，不推荐采用一字翼墙。

(4) 拱涵

1)拱涵适用于单孔涵洞，分3种型式：通道拱涵、过水拱涵、过人兼过水拱涵。涵洞净高H0为2.0m的拱涵仅作为过水拱涵使用。

2)拱涵主要适用于填土高度较大、地基条件好(地基承载力基本容许值[fa0]≥400kPa)，同时建筑高度不受限的涵洞，不适用于土质地基。

3)若为岩石地基，可考虑采用分离式基础，需结合具体项目另行设计。

4)当拱涵轴线与道路设计线斜交时，可适当延伸涵洞长度，采取“斜交正做”的处理方式。

5)公路－Ⅱ级时可参照使用。

6)拱涵适用于涵顶填土高度8～20m的涵洞设计，小于8m填土时，考虑经济适用性，一般建议采用盖板涵设计。 

(5)施工注意事项

1)涵洞完成后，基底混凝土强度应达到设计强度的85%时，方可进行回填。涵身两侧的墙背填土要求严格夯实。洞身两侧填土应严格对称均衡，水平分层夯实，其每侧长度不应小于洞身两侧填土高度的一倍，压实度不小于96％。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。

2)施工中当涵洞上填土高度不足0.5m时，严禁采用振动或碾压设备对涵顶和涵洞范围内的填土进行碾压；填土高度不足1.0m时，采用人工或小型机具夯填；填土高度超过1.0m时，方可采用机械填筑。对于拱涵，填土高度不足3.0m时，压路机通过涵洞顶时，必须静压通过，禁止开振动器。

3)基底地基土承载力检测：采用轻便动力触探、静力触探等方法对涵洞基底地基土的承载力进行检测，检测频率一般情况下每10～20m布置一个断面，每个涵洞不少于三个断面，每个断面不少于三个检测点，地质条件复杂时适当加密。

涵 洞 布 设 原 则 

涵洞布设应根据实际地形、地质及水文条件进行立面布设，确保涵洞基础稳定，涵底不冲不淤，山区涵洞一般应一沟一涵，如需合并设涵，需通过技术经济比较分析，并设相应的防护工程。路线在纵坡由陡坡过渡到缓坡和凹形竖曲线路段，可在变坡点附近设涵。在山区河沟比降大，水流流速较大，涵洞布设应结合具体地形地质设置缓坡涵或陡坡涵。斜坡上的涵洞涵底纵坡不宜大于5%，圆管涵的纵坡不宜大于3%。置于非岩石地基上的涵洞，根据涵洞的涵底纵坡及地基土情况，每隔4～6m应设置一道沉降缝；旧涵接长时，应在新旧接头处设置沉降缝；沉降缝应采用弹性不透水材料填塞。①缓坡涵布设：河沟纵坡较小时，可按上下游洞口沟床高程和涵长，确定涵底纵坡；当河沟纵坡小于15%且地基较好时，可将涵洞基础以缓坡形式设置，洞口通过设置跌水井、急流槽等结构与涵洞连接，当流速在洞口较大时，应设消能设施；②陡坡涵布设：对于河沟纵坡小于10%的土质地基，或纵坡小于30%的岩质地基，可采用阶梯涵，分节长度不小于2m，相邻台阶最大高差小于等于0.75d(d为上部结构厚度)，也可使高差大于d，在接头处加设挡墙，但应满足两阶高差Ｈ≤0.7m或Ｈ≤Hd/3(Hd为涵洞净高)；③水库地区应优先考虑设桥，如确实需要设涵，则涵洞应布设在水库正常蓄水位以上，由于水库地区的桥涵地基常年浸水，基础应尽量置于基岩上，如果地形条件允许，可以将涵洞设于岸坡上。④在农业灌溉区，涵洞布设时应与原农田排灌水系相一致，当必须局部改变原排灌系统时，不应降低原有排灌功能。各类新建涵洞的设计洪水频率、汽车荷载及安全等级按表3要求设计，涵洞孔径大小与涵长的关系按表4设计，当旧路改建、拓宽时，如原涵洞状态良好，其孔径和长度可视具体情况而定。表3　涵洞设计洪水频率、汽车荷载及安全等级

构造物名称	高速公路	一级公路	二级公路	三级公路	四级公路
设计洪水频率	1/100	1/100	1/50	1/25	1/25
汽车荷载等级	公路-Ｉ级	公路-Ｉ级	公路-Ｉ级	公路-Ⅱ级	公路-Ⅱ级
安全等级	三级

表4 涵洞孔径与涵长(L)关系

涵长范围	Ｌ≤15	15＜Ｌ≤30	30＜Ｌ≤60	Ｌ＞60
最小涵洞内径或净高	0.75	1.0	1.25	1.5

涵洞的洞身和出入口一定范围内的沟床、路基坡面、锥体填方均应铺砌加固。出入口铺砌的平面形式应根据沟形确定，对于无明显沟槽者，出口平面宜采用等腰梯形，其铺砌角可取为20°；在纵坡陡、流速大的河沟，必要时还需设置急流槽、跌水及相应的消能措施，并应在端墙外端底部设置截水墙；涵洞基础，应按涵洞的构造、地质条件及地基处理情况，设计为整体式或分离式。

涵 洞 水 力 计 算 

山区涵洞，由于流域控制的面积小，河沟长度较短，河床比降大，因而河床的调洪能力很弱，由暴雨形成的洪峰流量来势凶猛，对小桥涵及其构造物破坏性极大，因此，通过计算选取合理的涵洞孔径，对于涵洞设计至关重要。涵洞孔径计算的一般要求如下：

①涵洞孔径必须保证设计洪水、流水和漂流物等的安全通过；必须满足交通、灌溉、排涝等的合理需要；要考虑桥涵前积水对路堤的稳定和农田村舍的受淹影响，防止出口水流冲刷耕地，同时便于施工和养护等，通过全面分析来选定孔径。

②涵洞孔径不应单凭流量计算资料来确定，其他如流域水文特征、沟槽形态、地质特点、冲淤情况等对桥涵孔径大小都会产生影响，在确定孔径时，应充分给予考虑。

③涵洞孔径应尽量采用标准跨径，并应大于规定的最小孔径要求。

④小桥宜设计为非自由出流状态，涵洞应设计为无压力式。

暴雨是形成小汇水区域洪峰流量的根本因素，根据暴雨的大小和影响洪峰流量的因素分析，建立流量公式计算设计流量，通常有两种方法：暴雨推理法和径流形成法。按暴雨成因推理设计流量是公路涵洞最常用的计算方法。

暴雨推理法是运用成因分析与经验推断相结合的方法，从实测的暴雨资料入手，应用地区综合分析方法来分析暴雨资料和地区特征关系，从而间接地推求设计流量。它是一种半理论半经验的计算方法。

暴雨推理法计算公式主要有交通部公路科研所推理公式和经验公式：

①交通运输部公路科研所推理公式：

；

②经验公式：

经验公式Ⅰ：Ｑ_p =ψ×(S_P-μ)^m×F^λ2；

经验公式Ⅱ：Ｑ_p =C×S_P^β×F^λ3 

式中：

Ｑ_p为规定频率为p时的洪峰流量；

Sp为频率P时雨力(mm/h)；μ为损失参数(mm/h)；

n为暴雨递减指数；

τ为汇流时间(h)；

ψ为地貌系数；

Ｆ为汇水面积；

m、λ₂、Ｃ、β、λ₃均为系数和指数，可查表。

涵洞前水深可以低于涵洞净高，也可以高于涵洞净高，按照涵前水深是否淹没洞口及进水口洞口建筑形式，可有以下三种水力图式：无压力式、半压力式和压力式。

《公路涵洞设计细则》第4.3.2条规定：新建涵洞应采用无压力式涵洞；当涵前允许积水时，可采用压力式或半压力式涵洞；当路基顶面高程低于横穿沟渠的水面高程时，也可设置倒虹吸管涵，但必须做好管节接头处理。

对于普通进水口涵洞一般不出现有压力式水流状态。因为，尽管涵前水深Ｈ大于1.4倍的涵洞内净高，且涵底纵坡小于洞内摩阻坡度，洞内可能局部充满水流，但由于进水口断面突变，水流在挤入洞内时吸进了空气，致使充满的管流不断被空气破坏，实际只能符合不稳定的半压力式水流状态。

无压力式涵洞水力图式差别条件如下：

对于普通进水口(包括端墙式、八字式、平头式等)：Ｈ≤1.2H_d

对于流线型进水口(包括喇叭形等)：Ｈ≤1.4H_d

涵前水深Ｈ，可按下式估算：Ｈ＝1.15×(H_d-Δ)

式中：

Ｈ为涵前水深(m)；

H_d为涵洞净高(m)；

系数1.15为与压缩程度和涵洞类型有关的系数，式中为估算，取为常数；

Δ为涵洞进水口处水面以上的最小净空高度(m)，按表5取值：

表5　无压力式涵洞净空高度

   无压力式涵洞孔径计算按照自由出流宽顶堰的计算公式，对以下三类涵洞选定相关数据，可得涵洞孔径计算的简化公式：

①盖板涵和箱涵：

；

②拱涵：

；

③圆管涵：

；

式中

Ｑ_p为洪峰流量；

Ｈ为涵前水深，

Ｂ为涵洞净跨径；

d为管涵孔径。

另外，还有一种相对简便的涵洞孔径确定方法：估算法。此法可根据涵位处河沟现场实际情况及问询得到的洪水位情况做出判断，以此来估算涵洞孔径。

该法基于经验和问询资料，运用时需对该地区涵洞孔径设计有一定的经验积累方可采用，否则，则需根据相关计算公式进行计算确定。估算法估定孔径的判断方法按以下两类情况分别进行处理：

1)有明显河槽、河岸稳定、无冲刷现象并可调查到洪水位的河沟；

①洪水不溢槽，水深小于0.5m的，以水面宽度一半来估算；

②洪水不溢槽，水深超过0.5m的，以水面宽度与沟底宽度之和的一半来估定；

③洪水溢槽的，采用沟顶的宽度，再考虑溢槽水深和泛滥宽度，酌情加大孔径。

2)冲刷痕迹明显的河床，最好在上下游选择比较稳定的河段，参照以下方法估算确定孔径。

①对于河槽明显、河岸稳定，但调查不到洪水位时，可用河沟顶宽和底宽之和的一半来估算；

②无明显河槽时，应估计过水面积，估算流量，拟定孔径；

③如能调查到历史洪水位，则可根据拟定采用洪水位的水面宽度和水深参照表6估定。如果上游不宜壅水，或河槽又不允许冲刷时，不宜压缩河槽。

表6　涵洞孔径估算表

综上，涵洞的孔径，应根据设计洪水流量、河沟断面形态、地质和进出水口河床加固形式等条件，经水力验算和估算确定。

5 涵洞流量及孔径计算

例：东方大桥至唐村段改建工程，路线全长10.8公里，二级公路，路基宽度8.5m，全线共设涵洞45座。本例选取K5+208处箱涵做为案例推求洪峰流量和水力计算，并结合涵位处实际情况确定涵洞孔径，已知水沟上下游河床纵坡为1%。

解：根据浙江省对水文相关数据的统计情况并结合当地实际情况，选用经验公式Ⅱ进行流量计算，小桥涵的设计洪水频率二级公路为1/50，即Ｑ_p=Ｑ_2%。

①涵洞流量Ｑ_2%计算：

首先在1：10000地形图中，勾绘出涵洞上游区域的汇水面积Ｆ＝4.48Km²，查表得参数分别为：C=0.015，β=1.37，λ₃=1.11，暴雨雨力S_p(P＝2%)为100，根据经验公式Ⅱ计算如下：

Ｑ_p＝2% =C×S_P^β×F^λ3＝0.015×100^1.37×4.48^1.11＝43.552(m³/s)；

②涵洞孔径计算：

涵位处上下游水沟沟宽6m，涵洞净宽取与水沟同宽，即B=6.0m，水沟粗糙系数m取25，根据矩形涵洞简化公式得到涵前水深H=2.77m，根据涵前水深估算公式Ｈ＝1.15×(H_d-Δ)及Δ取值(表5)可得：

由于水沟涵底坡i=10‰＞i_k=2.3‰，则沟内正常水深小于临界水深h_k=1.78m，涵洞为无压力式，查表知人工加固工程允许的平均流速V_y=6.0m/s；则涵洞出口处流速V_j为：

由以上计算可知，涵洞净宽B取6.0m、净高H_d取3.0m时，涵洞流量和流速均满足要求，因此，涵洞孔径确定为1孔6.0×3.0m箱涵。

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