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第六章涵洞第一节涵洞的组成与分类一、涵洞的类型涵洞是一种横穿路堤的建筑物，有多种分类方式。（一）按用途可分为：排洪涵、灌溉涵和交通涵；（二）按水力性质可分为：1.无压涵（图6—1a）：水体在其经过涵洞的全部流程上保持自由水面。2.有压涵（图6—1b）：涵洞入口处水位高于涵洞顶面，整个洞身为水流所充满。3.半有压涵（图6—1c）：涵洞入口被水淹没，但在入口下游的全部流程上水体仍具有自由表面。图6—1无压、有压、半有压涵洞（三）按涵洞的洞身横截面形状可分为：1.圆形涵洞：圆形涵洞的洞身系圆形的混凝土管、钢筋混凝土管、铸铁管或皱纹铁管等；目前新建的圆形涵洞一般均采用钢筋混凝土圆管。（图6—2a）2.拱形涵洞：此种涵洞的洞顶结构部分具有拱形截面（图6—2b）。拱形涵洞因所用材料之不同分为石拱涵、混凝土拱涵、钢筋混凝土拱涵。钢筋混凝土拱涵现在极少使用。3.矩形涵洞：此种涵洞的洞身截面具有矩形的过水断面（图6—2c）。其构造特点是，洞身或系钢筋混凝土的封闭式刚架结构，或系内侧竖直的边墙上支以水平的盖板。目前所称矩形涵洞一般指前者；后者称为盖板箱涵。图6—2涵洞的洞身截面形式圆涵拱涵板涵（四）按涵洞轴线与线路中线的交角可分为：1.正交涵：涵洞轴线与线路中线垂直。2.斜交涵：涵洞轴线与线路中线不垂直。（五）按涵洞的孔数可分为：单孔涵洞、双孔涵洞和多孔涵洞。二、涵洞的组成部分为适应过水、受力以及与路堤的衔接等方面的要求，涵洞由洞口和洞身两个主要部分，以及附属工程部分组成（图6—3）。（一）洞口位于洞身两端，起连接洞身和路堤边坡并诱导水流顺利地进出涵洞等作用。位于上游端的称入口，下游端的称出口。常见的洞口形式有以下两种：1-轨底；2-路肩；3-路堤；4-洞身；5-基础；6-沉降缝；7-翼墙；8-端墙；9-雉墙；10-碎石垫层；11-垂裙；12-河床铺砌；13-锥体护坡；14-流向。图6—3涵洞的组成1.端墙式洞口（图6—4）：2.由一道垂直于涵洞轴线的竖直的端墙以及盖于其上的帽石和设于其下的基础组成。端墙外有收敛路堤边坡的附属工程――锥体。其构造简单，但泄洪能力小。2.八字式洞口（图6—3）：除端墙外，并在端墙外的洞口两侧设有张开成八字形的翼墙。为缩短翼墙长度和便于设置锥体，在适当位置将翼墙折成与线路平行的雉墙，雉墙外为锥体。端墙、翼墙、雉墙之上均盖以帽石，整个洞口下设基础。1-端墙；2-锥体；3-保护层；4-防水层图6—4端墙式出入口（二）洞身洞身是涵洞的主要部分，它承担排水或交通任务，并承受路堤填土自重及由路堤填土传来的列车活载压力。由于压力对洞身中部作用大，而对洞身端部的作用较小，因此位于非岩石地基上的涵洞，一般将洞身分段修建，其间设置沉降缝，以避免因受力不均匀导致洞身的不规则断裂。沉降缝用有弹性且不透水的材料填塞。为避免涵洞投入使用后，因洞身中部受力较大而形成中部下沉多，两端下沉少，以致中间积水淤积，或出现洞身下游逆坡现象，对于修建于非岩石地基上的涵洞，特将洞身中部的标高较理论设计标高再提高一数值Δ，称为上拱度（图6—5）。图6—5预留上拱度示意图（三）基础基础是洞口和洞身的一部分，主要有整体式和分离式两种（图6—6），孔径较小的涵洞一般采用整体式基础，若孔径较大且地质情况良好，则可采用分离式基础，以节约圬工。对于分离式基础，一般在分离的边墙与基础之间用片石砌成较薄的流水板。流水板与边墙基础之间留有纵向缝隙，板下设砂垫层。对于圆涵及其它封闭式截面的涵洞，若基底为石质或砂质土壤，且质地均匀，下沉量不大，亦可采用无基涵洞（不设圬工基础），但涵洞出入口节仍应设置基础。图6—6基础类型（四）附属工程1.涵洞的附属工程包括：2.收敛路堤边坡并起导流作用的锥体；3.防止冲刷的河床及路堤边坡铺砌；4.改移和加固河渠的人工水道；5.提供养护人员工作方便的路堤边坡检查台阶等。第二节涵洞的构造一、圆形涵洞（图6—7）：壹桥5191圆涵的孔径为：0.75m（单孔和双孔），1.0，1.25，1.50，2.0，2.50m（单孔、双孔和三孔）。圆涵的孔径系指洞身管节的内径。1-管节；2-接缝；3-沉降缝；4-帽石；5-端墙；6-翼墙；7-混凝土管座；8-浆砌片石基础；9-黏土层；10-防水层；11-锥体护坡。图6—7钢筋混凝土圆形涵洞1.管节置于路堤下的管节所受竖直荷载大，水平侧压力较小，导致上下管壁内侧受拉，左右管壁外侧受拉，因此孔径1.0m以上的管节均布置有双层螺旋主筋，用纵向分配钢筋及箍筋连成骨架。0.75m孔径管节因其所受弯矩较小，主筋设为单层。各孔径管节长度均定型化为1m。管壁厚度因路堤填土高度的不同而不同。2.出入口孔径0.75m的圆形涵洞仅用作流量较小的灌溉涵，故采用端墙式出入口。其余孔径圆涵一律采用八字式出入口。3.基础圆涵洞身的基础分为有基（一律为整体式）和无基两种（图6—8）。较好的岩石地基采用无基。一般的石质土、砂质土以及土质均匀、下沉量不大的黏性土地基原则上采用无基，亦可用有基。一般黏性土地基采用有基。若洞顶至轨底填方高超过5m且为非岩石地基；或最大流量的涵前积水深度超过2.5m；或位于经常流水的河沟或沼泽地区，则不得采用无基。出入口的端墙、翼墙、雉墙一律采用有基。4.管节接缝和沉降缝与防水层（图6—9）有基涵洞：非沉降缝的各管节接缝应尽量顶紧，内外侧均用M10水泥砂浆填塞。沉降缝外，管节内侧用M10水泥砂浆填塞，外侧用沥青浸制的麻筋填塞（深50mm）；基础用黏土或砂黏土填塞。接缝及沉降缝外面，自管座襟边以下150mm开始，铺设一层沥青浸制的麻筋两层石棉沥青的防水层，其宽度为500mm。无基涵洞：洞身不设沉降缝，仅在洞身与出入口相接处各设一道沉降缝。防水层作成封闭式，且接头处应搭接100mm。涵洞的防水层外面，均需铺设通长的、拌和均匀的塑性黏土或砂黏土保护层，厚度为150～200mm。图6—9圆涵的防水层和保护层二、拱形涵洞（图6—10）：专桥50041.一般构造石及混凝土拱涵分单孔和双孔两种。孔径范围为0.75～6.0m。孔径系指涵身边墙与边墙或边墙与中墩之间的水平净距。拱涵的洞身主要由基础、边墙和拱圈组成；双孔尚有中墩。1-管节；2-基础；3-边墙；4-拱圈；5-沉降缝；6-端墙；7-翼墙；8-黏土层；9-防水层；10-锥体护坡；11-路堤。图6—10拱涵拱涵的基础有整体式、分离式和板凳式。整体式基础拱涵用于压缩性很小的各类地基和岩石地基上，不得用于湿陷性黄土地基。对于拱顶至轨底填方高H=1～12m和H＞12m的情况，要求地基基本承载力分别大于200kPa和300kPa。分离式基础拱涵主要用于压缩性极小，土壤密实度在“密实”以上的各类地基和岩石地基上；基本承载力必须大于500kPa。板凳式基础拱涵主要用于压缩性极小，土壤密实度基本在“密实”以上的砂土和“中密”以上的碎石土以及岩石地基，基本承载力必须大于400kPa。拱涵的边墙适应受力的要求，设计成上窄下宽的类似挡墙的形式。拱圈一律采用圆弧形。对于孔径1.5～2.5m，填方高度大于10m或孔径3.0～6.0m，填方高度大于5m的拱涵，需在边墙与拱圈之间设置400mm厚的拱座。拱座采用与拱圈相同的材料砌筑。其适应的填方高因路堤填料的不同而异。其中最小者为1m，最大者为30m。拱涵的出入口节一律采用八字式。其中入口节又分提高节和非提高节两种形式。顺便指出，有提高节的涵洞较无提高节的涵洞有更高的泄水能力。此外还有一种低边墙扁平式拱涵（采用整体基础），配合较低矮的路堤使用。入口形式仅有非提高节式一种。2.建筑材料拱圈：根据填方高度和外力大小分别采用混凝土、浆砌片石或浆砌粗料石。边墙和中墩：根据填方高度和外力大小分别采用片石混凝土、浆砌片石或浆砌块石。洞身基础：片石混凝土或浆砌片石。出入口端墙、翼墙、雉墙及基础：浆砌片石。以上各部分如采用片石圬工，水泥砂浆强度等级不得低于M10。3.沉降缝及防水层（图6—11）拱涵沉降缝外侧填塞50mm深的沥青浸制麻筋，内侧填塞150mm深的M10水泥砂浆。中间空隙处填塞黏土。在沉降缝处，于拱背及边墙的外面(至襟边以下150mm)设两层石棉沥青中间夹一层沥青麻布的防水层，宽500mm。其余部分用水泥砂浆抹平以防积水。最后用200mm厚的黏土将整个洞身抹平。图6-11-1沉降缝和防水层图6-11-2沉降缝和防水层图6-11-2沉降缝和防水层三、盖板箱涵（图6—12）：肆桥5009钢筋混凝土及混凝土、石盖板涵的孔径范围为0.750m～6.0m。1.出入口0.75m孔径板涵采用端墙式，其余孔径板涵一律采用八字式。孔径1.0～3.0m者，入口分提高节和非提高节两种；孔径为3.5～6.0m者入口均采用非提高节式。2.洞身洞身由盖板、边墙和基础组成。0.75m孔径的板涵，可采用石、混凝土、钢筋混凝土盖板。其余孔径的板涵一律采用钢筋混凝土盖板。盖板顶面设人字形排水坡。盖板沿涵轴方向定型化为1.0m。1-帽石；2-翼墙；3-盖板；4-边墙；5-基础；6-锥体护坡；7-沉降缝；8-防水层。图6—12盖板箱涵各种孔径板涵的边墙依据其高度的不同又分为高边墙和低边墙两类。从墙顶到盖板底面以下0.4m处，用C15混凝土灌注。边墙其余部分为M10水泥砂浆砌片石。板涵的基础分为刚性联合基础、分离式基础、钢筋混凝土联合基础三种。刚性联合基础：各种孔径板涵均可使用此种基础。材料采用M10水泥砂浆砌片石，基础厚度按材料刚性角40°决定，且不小于0.6m。分离式基础：此种基础用于孔径较大（≥2m）的板涵，要求地基土质较好。基础厚度为1.0m。孔内流水板厚度为0.5m。钢筋混凝土联合基础：此种基础内布置有适量的钢筋，用于单孔孔径为3.0～6.0m、土质较差的地基。基础的厚度不小于0.5m，材料为C20混凝土。3.防水层及保护层（图6—11）若涵中板顶填方高小于1.0m，则自板顶面至板底面以下0.2m的两侧边墙外面设甲种防水层。如涵中板顶填方高大于等于1.0m，则对于钢筋混凝土板涵的上述部位只涂两层热沥青；对于石及混凝土板涵顶面只需抹M5水泥砂浆。最后在涵洞顶面及两侧防水层的外面以不透水土壤作成150～200mm厚的通长保护层。4.沉降缝（图6—11）板涵沉降缝外侧填塞50mm深的沥青浸制麻筋，内侧填塞150mm深的M10水泥砂浆。中间空隙处填塞黏土。第三节涵洞设计简介一、涵洞标准孔径涵洞的标准孔径为0.75、1.0、1.25、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0m，其中0.75m孔径仅用于无淤积地区的灌溉渠。二、孔径选择选择涵洞孔径时，除考虑涵洞的排洪能力外，还要满足养护维修作业的要求。（一）排洪涵洞的最小孔径不应小于1.25m。（二）各式涵洞的长度应视其净高（或内径）h而定：h=1.25m，长度不宜超过25m；h＞1.5m，长度不受限制。当采用0.75m孔径，且h＜1.0m时，长度不宜超过10m；当h≥1.0m时，长度不宜超过15m。（三）位于城市或车站范围内有污水流入的涵洞，可根据需要酌情予以加大孔径。（四）增建第二线或改建既有线时，如旧涵洞状态良好，其孔径和长度可视具体情况而定。三、涵洞孔数确定涵洞一般设单孔或双孔，如技术上和经济上均属适宜，可考虑设置多于两孔的涵洞。因在相同的排水能力下，一般多孔涵洞的造价较单孔涵洞为高，水流在自然情况下，其流量分配不均匀而阻水影响亦较大，且多孔涵洞的宽度增加，沟床加固范围亦增大。四、洞顶填土厚度涵洞顶至轨底的填方厚度不应小于1.2m。如果涵洞顶填方厚度不足1.2m，涵洞所受活载冲击力的影响很大，而当涵洞顶填方厚度等于或大于1.2m时，竖向活载的冲击能量可被填方吸收。五、涵洞的过水情况涵洞一般设计为无压的。有压涵洞因其接缝可能透水，水流渗入路堤和基底将使路堤失去稳定，故仅在条件允许的情况下且结构上有一定措施时，方可设置有压涵洞。六、陡坡涵洞（图6—13）位于陡坡地段的涵洞，可采用错台平置式方案布置，但涵洞两节间错台的高度，一般不超过涵顶结构厚度的3/4。如坡度较大时，可加大错台高度，但不应大于0.7m，且错