涵洞

摘要涵洞(函洞)是当渠道与道路、溪谷等障碍物相交时,为输送渠水或宣泄溪谷来水,在交通道路或填方渠道下修建的交叉建筑物。它还可以作为横跨大小道路的立交涵洞,兼作排水和人、畜及车辆的通道。涵洞施工质量的好坏,直接影响到铁路工程的整体质量及使用性能,以及周围农田的灌溉、排水等。 涵洞组成 ...

涵洞

涵洞(函洞)是当渠道与道路、溪谷等障碍物相交时,为输送渠水或宣泄溪谷来水,在交通道路或填方渠道下修建的交叉建筑物。它还可以作为横跨大小道路的立交涵洞,兼作排水和人、畜及车辆的通道。涵洞施工质量的好坏,直接影响到铁路工程的整体质量及使用性能,以及周围农田的灌溉、排水等。

涵洞组成

涵洞一般由进口、洞身、出口三部分组成。涵洞应满足设计流量、坚固和稳定,洞口建筑物与洞身和路基边坡衔接要良好等要求。

洞身主要由承重结构(如拱圈、盖板等)、涵台、基础、防水层、伸缩缝等组成,其作用是保证水流通过,直接承受荷载压力和填土压力,并将其传递给地基。

洞口是洞身、路基、河道三者的连接构造物。由进水口、出水口、沟床加固三部分组成。其作用是使涵洞与河道顺接、流水顺畅,确保路基边坡稳定,免受水流冲刷。

涵洞分类

(1)按结构形式分类

涵洞按构造形式的不同,可分为圆管涵、盖板涵、拱涵、箱涵、倒虹吸管等。

①管涵。又称圆管涵。其直径一般为0.5~2.0m,最小填土厚度50cm,受力情况和适应基础的性能好,仅需设置端墙,不需墩台,圬工量小,造价低,但清淤不便,多孔时不宜超过三孔。

②盖板涵。由于盖板涵建筑高度较低,较适于低填土的地段使用,一般做成明涵。一般适用于小跨径的明涵或暗涵。当跨径要求较大时,可采用钢筋混凝土盖板涵。

③拱涵。拱涵是一种常用型式,其超载潜力大,砌筑工艺易掌握,易于施工,养护费用低,便于就地取材。

④箱涵。箱涵适用于软土地基,但因施工困难、造价较高,一般不常用。高速公路的通道多采用箱涵。

(2)按建筑材料分类

①木桥涵。木桥涵是以木材为主要承重结构的桥涵,一般为临时性结构物,其他情况较少采用。

②石桥涵。石桥涵是以石料为主要承重结构建造的桥涵,为公路中常见的类型。按其力学性能不同又分为盖板涵、石拱涵、石拱桥等类型。按构成桥涵的砌体有无砂浆,有浆砌和干砌之分。

③混凝土桥涵。混凝土桥涵是以混凝土为主要承重结构建造的桥涵。按力学性能不同,又有四铰管涵、混凝土圆管涵、混凝土盖板涵、混凝土拱桥、双曲拱桥之分。砖、石料和混凝土材料在工程结构物中以承受压力为主,统称圬工材料,由这些材料组成的桥涵叫圬工桥涵。

④钢筋混凝土桥涵。钢筋混凝土桥涵是以钢筋混凝土为主要承重结构建造的桥涵。由于钢筋混凝土材料坚固耐用,力学性能好,是高等级公路常采用的类型。按力学性能不同,又分钢筋混凝土管涵、钢筋混凝土板涵、钢筋混凝土板梁桥、钢筋混凝土箱涵、钢筋混凝土拱涵、钢筋混凝土拱桥、钢筋混凝土双曲拱桥等类型。

⑤其他材料组成的涵洞。除以上4种桥涵外,涵洞由于孔径小,有时也可以采用其他材料建造,如砖、陶瓷、铸铁、钢波纹管、石灰三合土等。这类涵洞有砖涵、陶瓷管涵、波纹管涵、石灰三合土涵。这类涵洞除特殊情况外,一般很少采用。

(3)按水利特性分类

水流通过涵洞时,因其深度的不同,产生不同的涵洞水力计算图式。因此可分为无压力式、半压力式与压力式三种类型。

①无压力式。涵洞入口处的水流深度小于涵洞口的高度,并且在整个涵洞长度范围内水面均不与洞顶接触,水面呈自由水面状态,这种形式的涵洞称为无压力式涵洞。

②半压力式。涵洞入口处的水流深度大于洞口的高度,水流充满洞口,而在涵洞长度范围内,水面都不与洞顶接触,水面呈自由水面状态,这种形式的涵洞称为半压力式涵洞。与无压力式涵洞相比,只是在水流进入洞口时有所不同。

③压力式。涵洞入口处的水流深度大于洞口的高度,并且在涵洞长度范围内都充满水,全长与洞顶接触,水面无自由水面,这种形式的涵洞称为压力式涵洞。

(4)按洞顶填土高度分类

①明涵。洞顶不填土或填土<0.5m时称为明涵,适用于低路堤和挖方地段的涵洞。

②暗涵。洞顶填土高度≥0.5m时称为暗涵,适用于填方较高的路堤。

涵洞布置要求

涵洞布置的任务是确定洞轴线的位置和洞底高程,一般根据地形、地质和水流条件,通过方案比较决定,最终达到水流平顺、不产生冲刷和淤积、运用安全可靠、工程量最小和经济合理等目的,具体要求如下:

(1)地形地质条件。涵洞的线路应选择在地基均匀且承载能力较大的地段,防止产生不均匀沉陷而使得洞身断裂。若受地形条件限制,必须建在软弱地基上时,应采取相应的加固措施。

(2)涵洞轴线的方向。涵洞的轴线应尽量与洞顶渠道或道路正交,以缩短洞身的长度,为了保证水流的畅通,还应注意洞轴线与来水方向一致。

(3)洞顶高程。位于填方渠道下面的涵洞,洞顶高程至少应低于渠底0.6~0.7m,以防止渠道的渗水沿洞身周围产生集中渗流,从而引起工程的破坏。

(4)洞底高程。对于排洪涵洞,洞底高程应等于或接近原渠沟底的高程,以防止上、下游渠沟的冲刷和淤积,特别是在出口部位更应注意。

(5)洞底坡度。涵洞底部的纵坡,一般应不小于原渠沟的坡度,一般可以采用1%~3%,以防止涵洞的上、下游沟谷遭受水流冲刷或淤积。对于纵坡过陡的涵洞,可以设置齿形基础或在出口设置镇墩,以增加洞身的稳定性。

涵洞水力计算

涵洞的水力计算任务是确定涵洞的孔径、下游连接段的形式和尺寸。根据涵洞不同的水流状态,可将其分为无压流、有压流和半有压流三种情况,进行水力计算时,首先应根据上下游水位、洞身的长度及纵坡的大小判断涵洞的水流形态,然后按照不同的水力学过水能力计算公式进行计算。

对于无压流,当洞身长度L&lt;5~12H(H为设计水深)时,属于短洞,洞身段水流可按淹没宽顶堰计算过流能力,过堰水头损失即为进口局部水头损失;当洞身长度L≥15~20H时,属于长洞,洞身段水流按明渠均匀流计算,其断面尺寸、水面衔接、总水位降低,均可参考渡槽的水力计算,在此不再重复。

对于有压流,其断面尺寸较小,进口水面壅高较大,通常以设计流量时上游允许的壅高水位计算洞身的断面尺寸。为保证洞内有压,洞身纵坡应尽量小些,断面尺寸也不宜太大,以防止洞内产生明满流交替现象。具体计算方法可参考倒虹吸管的水力计算。

涵洞结构计算

在涵洞上作用的荷载主要有涵洞自重、填土压力、洞内外水压力、洞顶车辆荷载(道路下的涵洞)等,填土压力式涵洞的主要荷载包括垂直土压力和水平面土压力,其值的大小与填土高度、土壤性质、填土施工方法以及洞身的刚度有关。由于涵洞的形式不同,其内力计算方法也不一样。

计算拱形涵洞的内力时,应根据拱圈构造及侧墙底板的连接形式不同,采用相应的计算方法:

①对于无铰拱,可按照弹性中心法计算;

②对于整体式底板和侧墙,可按整体式结构计算;

③对于分离式底板,其侧墙一般可按照重力式挡土墙法计算,考虑到顶拱推力及底板的支承作用,侧墙也可按拱桥轻型桥台计算;

④对于底拱,可根据构造情况,按无铰拱和两铰拱计算。

涵洞施工方案

1、涵洞的施工准备

涵洞施工前应对涵洞位置、孔径、长度、方向、出入口高程,与既有沟槽、排水渠道及道路的连接等,结合现场实际地形、地质情况与设计文件进行核对。若路基先行施工时,要特别注意取土、弃土,以免影响原设计排灌系统。必要时,要报设计变更来增加涵洞数量。

施工场地应该合理布置,做到砂石堆放场、工棚、施工运输便道等的设置互不干扰,以方便施工,同时应尽量选择在旱季施工。为防止水流进入基坑,对有小股流水的河沟应临时改沟导流。

2、涵洞的施工放样

涵洞施工设计图表是施工放样的依据,根据设计中心里程,在地面上标定位置并设置涵洞纵向轴线。当涵洞位于路线的直线部分时,其中心应根据线路控制桩的方向和附近百米桩里程来测定,位于曲线部分时,应按曲线测设方法测定。正交涵洞的轴线垂直于线路中线,斜交涵洞的轴线与线路中线前进方向的右侧成斜交角θ,θ角与90°之差称为斜度Φ。斜交涵洞施工放样应注意的事项与斜桥相同。

涵洞轴线确定后量出上下游涵长,考虑出入水口是否顺畅,当无需改善时,用小木桩标定涵端,用大木桩控制涵洞轴线,并以轴线为基准测定基坑在平面上的所有尺寸,用木桩标出。测量放样时,应注意涵洞的长度、涵底标高的正确性。对位于曲线和陡坡上的涵洞应考虑加宽、超高和纵坡的影响。

涵洞和隧道的区别

涵洞和隧道用处不同、大小深浅不同、结构不同。

隧道是用来埋置在地层内的工程建筑物,而涵洞是为了把水流宣泄到路基的下方,而设置的小型地面排水结构物;隧道的断面积是要大于2平方米的,而涵洞是建设在路堤的下面,采用单孔或者是双孔,一般孔径是在0.75-6m;隧道的结构是由主体建筑物以及附属设备两部分所组成的,而涵洞是由洞身以及洞口两部分所组成的。

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