摘要：涵洞在山区建设和运营过程中，受地形地貌、水流冲刷、地质灾害等不利因素的影响较为明显，由其引发的各种水毁病害直接影响到公路的正常使用及行车安全，因此，涵洞作为公路工程不可或缺的排水构造物，在建设过程中进行科学合理化设计显得非常重要。
背景：涵洞是公路排水的主要构造物，涵洞的设置是否合理，能否满足排水需要，对保证公路运输畅通、节省投资起着很大作用。
山区公路的建设对原有地表流径进行了改变，桥梁涵洞对于引导疏通公路范围内的河流、沟渠发挥着重要作用，而作为宣泄地表水流的涵洞，不仅要保证公路自身排水系统通畅，还要为公路用地范围以外的工、农产业提供辅助作用。
山区公路路线受地形限制，需要依山展线，逢沟设涵，而山区公路等级低，其抵抗自然灾害的能力较低，易受自然灾害的危害，公路建成通车后，涵洞水毁、病害逐渐呈现，轻则造成道路行车受阻，重则导致交通中断，是公路运营过程中的一大难题。
山区公路水毁照片
如何保障公路建设的成果，使其造福于民，确保公路的畅通将面临更多的挑战。通过分析总结山区涵洞水毁的成因和防治办法，是控制水毁发生的有效途径，对减少水毁造成的经济损失和社会影响意义重大。
1 涵洞水毁成因分析及防治办法1.1涵洞水毁成因分析：
①涵洞类型和孔径选择不合理，养护工作不到位，引起涵洞淤积堵塞、冲毁和结构破坏；
②涵洞压缩水流过大，在洞口形成高速螺旋水流，剧烈地冲刷床面泥沙，出口形成一个漏斗形的冲刷坑而引起洞口防护构造物破坏，导致路基、涵洞水毁；
③涵洞进出口紧接较陡的山坡，路基及防护构造物由于洪水急流的顶冲而被摧毁，部分涵洞由于基础埋置较浅，洪水长期冲刷导致基础边缘被淘空而引发水毁；
④以往公路建设受资金、材料的限制，公路标准低，施工质量差，涵洞承载能力有限，不能满足现在的交通需求。
1.2涵洞水毁防治办法：
①涵洞设计需考虑涵位、结构形式、孔径大小、进出口形式和布设方案等影响因素。
要使涵洞设置得合理，必须对公路沿线的地形、地质、水文以及农田水利等情况，进行充分的调查研究，尤其要加强对沿线群众的问询和对原有公路构造物及水利设施的详细调查，通过测量、调查、地质勘探、水文计算，并考虑安全、耐久、适用、经济、便于施工等方面因素，合理布置涵洞平纵面，选择合适的孔径和结构类型。
②山区水流流速较大，当涵位处地基为土质时，为了防止严重冲刷，应在涵洞上下游及洞内做好河床铺砌，上游入口可根据情况设跌水井或竖井，下游出口可采用挑坎或加设急流槽、消力池等消能设施。对于容易淤积的涵洞，应做好平时的养护工作，及时清理洞口淤积物，确保涵洞排水通畅。
③对上游蜿蜒曲折的河沟段，可裁弯取直，改善水流条件，减少冲刷。
④规范设计和施工管理工作，从源头提高涵洞的标准和质量。
综上所述，涵洞类型及孔径的选择、布设是否合理是导致涵洞水毁的重要因素，正确进行涵洞水力计算，合理确定涵洞孔径是减少水毁发生的重要措施。下面就涵洞的类型选择和布设、水文水力计算进行介绍和说明。
2 涵洞分类及适用条件表1 涵洞主要分类表
分类条件
按构造形式分
按填土高度分
按水力性质分
涵洞类型
管涵、盖板涵，拱涵、箱涵
明涵：填土高＜0.5m暗涵：填土高≥0.5m
压力式、半压力式、无压力式、倒虹吸
表2 常用涵洞及适用条件
构造形式
适用性
优缺点
管涵
填土高大于0.5m，设计流量在10m3/s以下
对基础适应性强、受力性能较好，圬工数量少，造价低
盖板涵
运用广泛，对地基有一定要求，多用于排水
构造简单，养护维修方便
拱涵
跨越深沟或高路堤时选用，对地基要求较高，山区石料丰富区，可就地取材采用石拱涵
跨径较大，承载能力较大，但自重大，施工较繁琐
箱涵
地基承载力差或软土地基时设置，可用于排水和通道
整体性好，但用钢量大，造价高，施工难度相对较大
钢波纹管涵
柔性结构，能适应较大的沉降与变形，应急抢险、救灾、冰冻、软土、地震区优先选用
工厂生产，有利环保，用钢量大，对防腐有要求，管内粗糙系数大
钢筋混凝土管涵一般采用单孔，多孔时不宜超过3孔，多孔净间距宜大于25cm，盖板涵和箱涵多孔时不宜超过2孔，多孔时可根据地质情况及现场实际选用连体或分孔独立设置，倒虹吸多用于灌溉，在平原地区和路堑挖方高度不能满足设置渡槽的净空要求时设置，不适用于排洪河沟。
钢波纹管因其管内粗糙系数大，同等泄洪流量采用波纹钢管时，所需孔径较大，耗用钢材较混凝土管涵多，现国内未广泛采用。
3 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。
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