山区高速公路小桥涵勘察设计探讨

山区高速公路小桥涵勘察设计探讨【摘要】本文从山区的地质、地形特点入手，综合山区高速公路小桥涵的建设实践，探讨山区高速公路小桥涵布设的一般原则，并介绍了一些新的设计思路和方法。【关键词】山区高速公路;桥涵;勘察设计“东部加密、中部成网、西部连通”是我国《国家高速公路网规划》的总体布局思路，到现阶段，”五纵七横”的高速公路网已基本形成，东中部平原微丘区高速公路网已趋成熟，成规模的高速公路建设转移到中西部，特别是山区高速公路面临着新的发展机遇和挑战。在高速公路勘测设计中，小桥涵位置与孔径是否设置合理直接关系到高速公路的路基稳定性及工程造价，是高速公路排水设计的重要环节。而由于山区地形地质复杂，地面高差大，纵横向地形起伏变化频繁，路线标准相对较难把握，桥涵在确定方案和测设时往往缺乏成熟的经验。基于此，笔者从山区公路的基本特点入手，结合工作经验，针对山区高速公路小桥涵布设的一般原则和方法进行探讨，并介绍了一些新的设计思路和方法，以供参考。1.山区公路的基本特点山区山高沟深，地形相对复杂，公路的布线受地形、地质和气候条件的限制很大。在地形方面，路线平、纵、横均受到约束；在地质方面，山区往往土层薄，岩层厚，岩层产状和地质构造变化复杂，影响布线；在气候方面，山岭区暴雨多，山洪急，溪流水位变化幅度较大，这都是山岭区公路定线时不可忽视的因素。而山区公路桥涵总的特点是桥涵占路线长度的比例较大，因此，由于受地形、地质和气候条件制约，其技术指标要求相对较高。2.山区高速公路小桥涵的布设2.1总体布设原则2.1.1为确保桥涵基础的稳定并减少基础加固的工程量与投资，小桥涵一般要求选在地质条件较好、地基稳定的位置。2.1.2涵洞位置应服从路线走向。因单个小桥涵的工程数量不大，所以小桥涵位置一般是在路线走向基本确定的情况下来选择的。只有在如路线与河沟斜交太大、路线遇大洼深沟等特殊情况下才进一步权衡利弊，在不降低路线标谁的条件下局部调整路线，使之从较好的桥涵位通过。2.1.3小桥涵址应选择在水文、水力条件较好的河段，不因小桥涵位设置不当而造成排洪不畅、冲毁路基、积水淹田或使农业灌溉和正常交通受到影响。小桥涵位置和轴线方向的确定，要满足设计流量的宣泄，使水流畅通，做到”进口要顺、、水流要稳”，不发生斜流、漩涡等现象，以免冲毁洞口、堤坝或农田。2.1.4位置选择要综合考虑各种因素并进行技术经济比较，使桥涵工程量(包括桥涵主体及一切附属工程)最小，以减少工程造价和养护费用。2.2平面布置2.2.1小桥涵位置最好选择河道顺直、水流平缓段，以减少水流对桥台的冲刷，也可减少墩台基础及河岸防护加固工程数量。2.2.2山区公路小桥涵一般应为一沟一涵，尤其是在降雨量大，暴雨集中，植被稀疏的地段，河沟不宜合并设涵。2.2.3当地势较平坦，汇水面积不大，两沟间距很近，具备沟通合并条件，在不影响上游河流正常泄洪的情况下，通过经济技术比较后，工程造价低，技术合理，方可两沟合并设涵，但应注意做好相邻河沟间排水沟的连接及路基防护。2.2.4当原沟底纵坡很陡，路基填土较高，不宜沿沟设涵，可移位，改设在边坡一侧。2.2.5对一侧坡面汇水面积较大，以及具有鸡爪形山面的路段，又无明显沟谷，须在适当的地点布涵。由于山区暴雨洪水汇集快，流速大，水势猛，为确保路基安全，虽无明显沟壑处也要每隔200m～400m布设涵洞，将内边沟水引出，以免路基内侧边沟集水过深、过大，漫路冲毁外侧边坡。2.3立面布置2.3.1设在天然沟床的涵洞，其洞底标高及纵坡，原则上应与天然沟床的标高及坡度相一致。在沟床坡度甚小，涵长较短时，可按下游洞口沟床标高，将洞底做成平的，或按水流的临界坡度设置沟底纵坡(常取数值1%～3%)，如图1。在有逐年往下冲深趋势的沟床上，一般将洞底标高较现有河床深20m～30m（清底），以保护洞底不至于很快悬于沟床之上。2.3.2涵台高度应按水力计算的要求确定，最好不用加高涵台或加高侧墙的方法来缩短涵长。对于管涵在设计中采用标准管节，用加高端墙调整涵长，也是常用的做法，但因故需要大幅度增加端墙高度以缩短涵长时，需做经济比较。2.3.3当河沟的比降较陡，附近有大量石方可以利用，而修建陡坡涵造价较大时，则涵基可设置砌石基底以缩短涵长。2.3.4根据现场条件需设计陡坡涵时，应充分利用地形和地质条件，做到经济合理，并注意结构的稳定性，对非岩石河沟，其纵坡小于10%时，可采用斜置式基础，基底做成齿状（见图1a)，或出口做成扶壁式（见图1b)。对岩石(风化层)河沟，采用斜置式基础时，其纵坡也不应大于30%，否则应采用台阶式基础（见图1c)。在进行陡坡涵立面布置时，还应注意以下几点：1)平置式陡坡涵每段长度一般以不小于2m为宜，相邻两端的高差一般不超过上部构造厚度的3/4。但这种布置分节数目太多，施工不便，因而可考虑使相邻两端的高差大于涵顶厚度而加设挡墙。同时，两节高差也不应大于0.7m或1/3涵洞净高，若超出此限，则需按洞内跌水情况另作调整，使涵洞的过水断面不受过大的缩减，通常将涵洞铺底台阶和涵基台阶错开以增大过水断面。2)当沟底自然坡度较大，也可适应地形条件分段做成缓坡及陡坡。此类形式，由于洞内跌水，水流速能损失较大，在跌水处容易产生沉积，故其跌水段的长度需大于设计流量的水流跌落长度，并不小于涵洞的孔径。3)要根据地质及基础变化情况，认真考虑设置沉降缝的位置，以免涵洞由于不均匀沉降而产生裂缝，甚至断裂。2.4孔径选择山区公路在选择孔径时，要考虑山洪的影响。山洪携带大量泥砂和落石，对桥涵、路基有巨大破坏力。过去很多山区涵洞毁坏，都是由于水流冲击或泥石淤积所造成的。故山区公路涌洞的孔径一方面决定于排泄洪水，同时要重视它的排泄泥砂和落石等条件的需要。一般讲，山区涵洞不可过小。对有大量淤塞或落石滚移的位置，尚应根据落石的尺寸定出适当的孔径。3.山区高速公路小桥涵一些常见问题解决的新方法3.1高填方路基较多路段山区地形复杂，相对高差较大，填方大于20m的路基较多。当前一般采用现行规范进行涵洞设计，造成结构尺寸特别大，基础设计采用特殊钢筋砼扩大基础甚至桩基础，若高填方路段又是分离式路基则难度更大。而在涵洞施工中，高填方属于控制工程，将有可能使工期滞后，以上问题在选取涵洞形式中必须考虑。在有条件的情况下，可以考虑前面”平面布设”中”岸坡设涵”的方式来解决，若条件不能满足，则可考虑在已建成的山区高速公路中曾采用过一种新的涵洞形式--泄水隧洞。该泄水隧洞是在天然山坡里设置，利用了天然地基的地质特性，因此既能有效解决高填方涵洞对于施工的影响，又能减少基础的工程量，控制造价，可作为一种有效的方法应用于工程建设中，并可不断加以研究改进。3.2连续分布较多小型冲沟路段“鸡爪”地形在山区高速公路中较普遍，冲沟多，冲沟汇水面积小。对此，一般解决方案是在公路冲沟处超填土方(即淹没法)，通过调节填方边沟标高与挖方边沟纵坡顺接，使边沟水顺坡流出。鸡爪”地形，即采用”纵向排水”，该做法的优点是”纵向排水”可合并集中设置构造物，结构物数量少，节约造价，缺点是路基填方侧易壅水而浸泡路基，影响路基稳定，并且边沟过长需加大加深下游边沟尺寸，挖方段山体开挖量大。现在，可以考虑一种新的方法：增设”横向排水”--从路基横向角度解决路基单侧所形成雍水，在冲沟位置设置横向碎石盲沟。根据实际汇水面积，通过水文计算确定盲沟尺寸及塑料排水管直径。为加快路基横向排水速度，冲沟段路基应优先采用透水性材料填筑。该法优点是纵横向排水结合，排水效果好；结构物数量少，节约工程造价；碎石盲沟施工简单，工期短。缺点是碎石盲沟进口易堵塞，需做好跌水井、集水井等附属结构物。总之，随着我国山区高速公路建设的不断发展，地形、地质条件日趋复杂多样，小桥涵设计作为整个山区高速公路勘察设计的重要环节，是一个综合考虑、整体设计的过程，需要设计者经过现场勘测，精心设计，并在不断的建设实践中研究新的思路和方法，使小桥涵在山区高速公路中发挥更大的作用。【参考文献】［１］JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］．［２］高冬光．公路桥涵设计手册--桥位设计［M］．北京：人民交通出版社,2005．［３］霍明.山区高速公路勘察设计指南［M］．北京：人民交通出版社，2003．［４］曾照亮，程涛.山区高速公路桥涵勘察设计［J］.中国水运，2008，（9）：223-224.［５］旷斌.精心设计小桥涵创建节约型山区高速公路［J］．中国科技信息，2006，（17）：113-115.