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1、第 10 章 涵洞,桥梁工程系,本章知识结构图,在铁路、公路的过水建筑物中，涵洞使用得最多。特别是平原地区，由于沟谷不明显，为了保持水流顺畅通过路堤，修建桥梁是不现实的，因此，必须每隔一定距离修建一座过水涵洞。 涵洞的作用与小桥的作用基本相同，与小桥的最基本区别是：涵洞一般埋在路堤下，其结构轴线横穿路堤，涵洞顶上一般有填土，涵洞处的路堤是连续的，而小桥则使路堤断开。它具有构造简单、施工简便、维修工作量小、行车平顺等许多优点。 涵洞以其过水断面上的最大水平尺寸为孔径，如圆涵以过水断面的直径为跨度。 无论是公路还是铁路，目前大量采用标准设计涵洞。以孔径大小为序，其标准孔径在1.5m以前以0.25
2、m为级差，即0.75、1.00、1.25、1.50 m；以后用0.5 m为级差，即2.00 m、2.50 m、3.00m、。其中，0.75m的孔径只适用于无淤积地区的灌溉渠。泄水隧洞的孔径不宜小于2.0m。排洪涵洞的最小孔径不应小于1.25m。 涵洞宜采用框架涵。涵洞可设单孔或双孔，如技术上和经济上均属适宜，可多于两孔。涵洞顶至轨底的填方厚度不应小于1.2m。,概述,涵洞主要由涵身、出入口、河床铺砌三部分组成，如图10.1-1所示。,图10.1-1 涵洞构造,10.1 涵洞的构造及类型,10.1.1 涵洞的构造,涵身包括洞身和基础，位于涵洞中间部位，由若干节组成，每节长度一般为25m，节与节之
3、间设3cm的沉降缝，沉降缝应贯通洞身及基础。岩石地基上的涵洞可不设沉降缝。 由于基础的不均匀沉降，涵底沿水流方向也会出现凹曲线，引起积水。因此，非岩石地基上的涵洞，要设预留上拱度。为排洪，涵洞底面还要设置一定的纵向坡度。置于非岩地基上的涵洞，其涵底还应在纵坡线的基础上迭加一凸曲线，称这一措施为预留上拱度，上拱度的最大值z如表10.1-1所列。待全部沉降完成后，涵底能达到排洪所需要的纵坡或微呈上拱，但入口流水槽面的高程不应低于中心管节流水槽面的高程。,1、涵身,表10.1-1 涵洞的上拱度,注：1）H为线路中线处自涵洞流水槽面至轨底的高度； 2）基底土属软塑状态的黏性土或新黄土时，上拱度可适当加
4、大； 3）基底土为岩石，涵洞顶上填方厚度不足2m以及坡度较陡的涵洞，可不设上拱度。,10.1.1 涵洞的构造,涵洞入口及出口应设置翼墙(又称八字墙)或端墙(又称一字墙)，其式样和尺寸应使涵洞具有相应的过水能力和保证涵洞处路堤的稳定。翼墙前端应设置锥体护坡，起挡土和导流作用。翼墙、端墙下都应设有基础，因为它们所处位置在洞口，易受冻害，其基础深度应比洞身基础更深一些。 进口节是非常重要的组成部分，应使涵洞与路堤很好的衔接，保证涵洞处路堤的边坡稳定；还要求引导水流平稳进入涵洞。为充分利用过水空间，拱涵和箱涵常将进口节的净空提高。考虑到进口节受水流的冲刷作用，常在进口前方一定范围内用片石或大卵石铺砌沟
5、床。必要时，还作消能池以减小洪水对涵洞的冲击。 出口节与进口节类似，也应使涵洞与路堤具有良好的衔接。为防止冲刷，在出口节下游的一定范围内设铺砌层作为防护。,2、出入口,10.1.1 涵洞的构造,修建涵洞之后，洞内过水断面要比建涵前的天然过水断面小得多，水流速度因而加大。为避免基础被淘空，涵洞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，对无显著沟槽者，出口平面宜采用等腰梯形，其水流扩散角取为20；铺砌材料应按铺砌层上最大流速确定。铺砌末端必须设垂裙，并宜为直裙，其深度应lm。当沟床为岩石或不被洪水冲移的大块石、漂石所覆盖时，沟床可不作铺砌。,3、河
6、床铺砌,10.1.1 涵洞的构造,接缝是指预制管节、钢筋混凝土盖板、拱圈之间的拚装缝隙，拚装时应尽量顶紧，接缝内外均以M10水泥砂浆填塞。沉降缝内侧用M10号水泥砂浆填塞外侧用沥青浸制麻绳填塞，深为5cm，基础用塑性粘土或砂粘土填塞。在接缝、沉降缝与土壤接触部分均应铺设防水层，防水层通常为沥青浸制麻布或石棉沥青涂层。,4、接缝、沉降缝、防水层,10.1.1 涵洞的构造,涵洞按过水断面的形式分成圆涵、拱涵、箱涵、梨形涵、卵形涵等，其中圆涵、拱涵、箱涵使用广泛。 涵洞按其作用可分为泄洪涵、交通涵，也有泄洪和交通兼顾的涵洞。 按洞身所使用的材料分有石、钢筋混凝土、混凝土涵洞。,10.1.2 涵洞的类
7、型,图10.1-2表示了钢筋混凝土圆涵的构造，圆涵多为工厂、现场集中预制，再运至工点铺设在事先做好的基础上构成圆涵。如果在管节设计中没考虑列车或汽车冲击作用，必须使轨底到涵顶高度不小于1m。,1、钢筋混凝土圆涵,10.1.2 涵洞的类型,图10.1-2 钢筋混凝土圆涵的构造,钢筋混凝土圆涵的标准孔径有0.75、1.0、1.25、1.50、2.0、2.5m六种。管节长通常为lm，小孔径管可根据运输能力长于1m。管节壁厚按洞顶填土高15、510、1015m三个等级设计，壁厚为l024cm。为便于清淤及维修，以保证涵内有适当的工作条件，涵洞孔径大小与涵长都需要适当限制，据桥规规定，0.75m孔径的圆
8、涵仅用于无淤积地区的灌溉渠，排洪涵孔径不应小于1.25m。,（1）管节,1 钢筋混凝土圆涵,管节内的内外两层螺旋形主筋，与纵向分布钢筋、箍筋(辐射方向的定位钢筋)连成一个骨架。分布钢筋的作用是把外力分布于主筋，箍筋是防止主筋在受压时产生曲折，如图10.1-3所示。,图10.1-3 管节钢筋布置图,1 钢筋混凝土圆涵,图10.1-4 圆涵基础,（2）基础,圆涵基础可设计为有基(整体基础)及无基(沙垫层)两种类型，如图10.1-4所示。,1 钢筋混凝土圆涵,基础可用M10浆砌片石或C15混凝土，其厚度根据填土高度而决定，若填土不高于5m，厚度为0.5m；若填土高大于5m，则厚度为0.7m。管座部分
9、按管节的外形灌注混凝土，使管节下部在140范围内完全受到管座混凝土的支持。接缝、沉降缝（包括基础）内外均需填塞，要求见前。在接缝、沉降缝外侧，凡与土壤接触部分均须铺设一层沥青浸致麻布或两层石棉沥青的防水层，其宽度不小于50cm，要求延伸至管座襟边以下至少15cm，防水层外还需用塑性粘土做20cm厚的保护层。,1 钢筋混凝土圆涵,无基涵洞是用砂垫层代替圬工基础，只有地基条件较好、土质均匀、下沉量不大的地段，例如岩石、砂性土、有较硬的粘土层时，才能采用无基涵洞，但涵洞出入口应设基础并考虑防渗作用。同时只有满足以下五个条件时，才可以采用无基（无基涵洞管节底的处理形式见表10.1-2）： 洞顶填方高不
10、大于5m，但位于岩层上的涵管不受此限制； 涵前积水深不超过2.5m； 涵洞内不经常流水； 涵洞不在沼泽地区； 涵洞坡度不大于5。,表10.1-2 无基涵洞管节底的处理形式,1 钢筋混凝土圆涵,砂垫层的构造如图10.1-4部分所示，管下砂垫层厚不小于0.4m，宽度不应小于管径的1.2倍，管的下部应与砂垫层密贴，接缝、沉降缝均应填塞，要求与有基涵洞相同。但无基涵洞含水层要求做成封闭式的。为了在接缝、沉降缝处设置防水层，在放置管节前，应将宽约0.5m的防水层先搁在砂垫层上，待管节间缝隙内用水泥砂浆填塞后，再将防水层自上而下合拢，至少要搭接0.1m，然后用砂垫层夯实，不管有基、无基的涵洞，防水层外面均
11、须铺设通长的拌合均匀的塑性粘土或砂粘土保护层，厚约20cm。 圆涵出入口的构造特点是不存在提高节，入口、出口段长均为1m，即包括端墙在内的1m管节，凡在圆涵设计一定要遵守这一条件。,1 钢筋混凝土圆涵,图10.1-5为孔径1.5m入口有抬高节的钢筋混凝土盖板箱涵实例图。这种涵洞的涵节由基础、边墙和盖板组成。 基础和墙身用石砌圬工或混凝土就地砌筑，盖板为钢筋混凝土预制件。每块的宽度为0.5m或1.0m，因路堤高度不同，盖板也相应有不同的厚度和钢筋用量。盖板通常设计成中间高两端低，以适应盖板跨中弯矩大和涵顶排水要求。孔径小于1.0m且路堤高度不高，则可选用条石或素混凝土盖板，盖板与边墙之间缝隙必须
12、用水泥砂浆填塞封死。如果涵顶填土高度小于1m时，应考虑冲击作用，涵洞顶面宜满铺防水层，确保在盖板混凝土开裂后钢筋不生锈。,2 钢筋混凝土盖板箱涵,图10.1-5 盖板箱涵实例图,盖板箱涵入口分抬高节和不抬高节两种，抬高节较不抬高节通过流量能力大。以1.5m孔径为例，不抬高节通过流量为5.72m3/s，抬高节则为10.17m3/s。 小孔径箱涵一般都采用整体基础或称刚性基础，基础厚度按基础圬工刚性角扩展至涵中心来确定。孔径等于或大于2.0m的箱涵，根据地基的承载能力，盖板箱涵的基础有整体基础，以适应承载能力较差的地基，甚至作成钢筋混凝土联合基础。如果地基承载能力较高，可以作成分离式基础，减少工程
13、数量。如图10.1-6(b)所示。,（a）整体式基础,（b）分离式基础,图10.1-6 整体式基础和分离式基础,2 钢筋混凝土盖板箱涵,箱涵的标准设计孔径由0.75m6.0m，1.5m以下以0.25m递减，1.5m以上以0.5m递增。其中1.0m至3.0m设计有提高节，3.0m 以上均为无提高节。标准设计中还有高边墙涵洞与低边墙涵洞之分，后者适用于填土高度有限制时。在填土高度许可的范围内，应尽可能设计成抬高节高边墙涵洞。用于交通的箱涵，进出口宜采用抬高节，它可以改善采光和通风，也可以减短中间涵长。 若盖板顶上填土大于1.0m，可以使用涂抹热沥青两层作防水层；若填土小于1.0m，为防止盖板出现裂
14、缝导致钢筋锈蚀，宜在涵顶满铺防水层，即通常称之为甲种防水层，防水层要求做到盖板底面以下20cm处，防水层外同样要求设置保护层。,2 钢筋混凝土盖板箱涵,图10.1-7所示为有抬高节的拱涵全图。拱涵的涵身由拱圈、边墙及基础组成，三者都可以用石砌、混凝土砌筑混凝土灌注而成，拱圈用圆弧形。单孔拱涵的孔径由0.756.0m共13个孔径(1.5m以下以0.25m递减，1.5m以上以0.5m递增)，双孔拱涵的孔径由1.56.0m。适应路堤填土高为130m，拱涵的入口段同箱涵一样有抬高式和不抬高式之分，边墙也有高低之分，低边墙扁平拱涵主要用于路堤高度较小的情况，孔径只有13m共六种。 拱涵的基础有整体式、非
15、整体式、板凳式三种，整体式基础要求承载力较低，一般为200300kPa，非整体式基础要求承载力较高，为500kPa，板凳式基础按设计意图中间部分为柔性，两侧边墙下基础为刚性，使大部分边墙的反力由两侧基础承受。,3 石及混凝土拱涵,图10.1-7 单孔拱涵构造,拱涵的涵身每段长在25m，涵身与出入口间都设有3cm宽的沉降缝，要求边墙、基础、拱圈沉降缝设在同一位置，沉降缝外侧塞以5cm深的沥青浸制麻筋，内侧塞以15cm深的100号水泥砂浆，中间孔隙塞以粘土。基础沉降缝先填塞粘土，剩余20cm塞以5cm深的沥青浸制麻筋，再塞以15cm深的100号水泥砂浆与流水槽齐平。拱涵除沉降缝处设50cm宽防水层
16、外，涵顶其他部分不铺设防水层，只铺设厚度约20cm的纯净粘土一层，防水层要求铺至基础襟边以下延伸15cm。,3 石及混凝土拱涵,涵洞位置的选定，程序如下： （1）从纵断面图上标出涵洞中线(地面高程线的最低点)的里程及分水线点的里程(地面高程线的最高点)。 （2）在平面地形图上，勾出每个涵洞汇水面积的轮廓线。 （3）根据所在地区，选用这一地区的小流域暴雨径流公式，计算设计流量，选定孔径，验算路堤是否满足水力条件和结构条件。 （4）就涵洞的结构形式、孔径等问题，向当地有关行政和地方水利部门征求意见，取得一致，订立协议书。,1、涵洞位置的选定,10.2 涵洞的设计及计算,10.2.1 涵洞类型的选择与布置,为了施工方便，在一段线路内宜采用同一种类型的涵洞。为缩短工期，降低造价，小孔径的涵洞尽可能采用钢筋混凝土圆涵。 在平原地区，宜采用钢筋混凝土盖板箱涵。尽可能降低路堤高度。在山区或丘陵地带，由于路堤高度较大，采用拱涵、大孔径圆涵比较合适。 涵洞的设计流量是“百年一遇”的洪水流量，而路堤高度则是相应的最高水位。通常都是按一孔所能正常排泄
