精品涵洞.docx
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精品涵洞
一、洞身及组成
按涵洞构造形式和组成部分不同，洞身也有不同的形式。
现将常见的洞身形式分述如下：
1.圆管涵（包括倒虹吸圆管涵）
圆管涵洞身主要由各分段圆管节和支承管节的基础垫层组成，见图2-1。
当整节钢筋混凝土圆管无铰时，称为刚性管节;当沿横截面圆周对称加设4个铰时，称为柔性管节（参见第六章第二节）。
圆管涵常用孔径d0为50（农田灌溉时用）、75、100、125、150cm，对应的管壁厚度δ分别为6、8、10、12、14cm。
基础垫层厚度t根据基底土质确定，当为卵石、砾石、粗中砂及整体岩层地基时，t=0;当为亚砂土、粘土及破碎岩层地基时，t=15cm当为干燥地区的粘土、亚粘土、亚砂土及细砂的地基时t=30cm。
图2-1圆管涵洞身
d0-孔径（净跨）;δ-管壁厚度;B-基底宽度;t-基础垫层厚度
尺寸单位：
cm
2.盖板涵
盖板涵洞身由涵台（墩）、基础和盖板组成。
盖板有石盖板及钢筋混凝土盖板等。
当跨径较小、洞顶具有一定填土高度时，可采用石盖板;当跨径较大时，宜采用钢筋混凝土盖板，见图2-2。
石盖板涵常用跨径L0为75、100、125cm，盖板厚度d随洞顶填土高度与跨径而变，一般在15～40cm之间。
作盖板的石料必须是不易风化的、无裂缝的优质石板。
钢筋混凝土盖板涵跨径为150、200、250、300、400cm，相应的盖板厚度d在15～22cm之间。
当L0达500cm以上时为小桥，相应的盖板厚度d可在25～30cm之间。
圬工涵台（墩）的临水面一般采用垂直面，而涵台背面采用垂直或斜坡面，涵台（墩）顶面一般做成平面。
涵台顶面有时做成L型企口，使其在支承盖板的同时，借助盖板的支撑作用来加强涵台的稳定。
涵台（墩）的下部用砂浆与基础结成整体。
钢筋混凝土盖板涵的涵台（墩）上部往往比台（墩）身尺寸略大，做成台（墩）帽。
为了增加整体稳定性和抗震性，当跨径大于2m且涵洞较高时，可在盖板下或盖板间，沿涵长每隔2m增设一根支撑梁，也可分别在盖板两端和台（墩）帽内预埋栓钉，使盖板与台（墩）加强连结。
图2-2盖板涵洞身
a）石盖板涵;b）钢筋混凝土盖板涵
L0-跨径;d-板厚;Hn-墙身高;H0-净高;a-涵台宽;a1-台基宽;b-涵墩宽;b1-墩基宽
尺寸单位：
cm
石盖板涵的涵台（墩）墙身高Hn（以原沟底面或铺砌层顶面至盖板顶面的高度计）一般为75～175cm，钢筋混凝土盖板涵的涵台（墩）墙身高Hn一般为75～450cm。
涵台（墩）基础可随地基土壤不同而采用整体式或分离式。
采用分离式基础且涵内流速较高时，可在基础之间地面表层予以铺砌，使涵台（墩）基础免受冲刷破坏。
基础底面的埋置深度（以距原沟底面或铺砌层顶面计）一般为100～140cm。
盖板涵的涵台（墩）宽度a及b，涵台（墩）基础宽度a1和b1，各自的常用值见表2-1。
盖板涵涵台（墩）及基础宽度值（cm）表2-1
盖板种类
涵台（墩）
基础材料
涵台宽a
涵墩宽b
涵台基础宽
a1
涵墩基础宽
b1
石盖板
块石
40
40
50～60
60～80
钢筋混凝
土盖板
块石
40～120
40～80
60～140
80～130
混凝土
30～70
40～80
50～100
80～130
a、a1、b、b1值随跨径L0和墙身高Hn增加而增大。
3.拱涵
拱涵洞身主要由拱圈和涵台（包括涵台基础）两部分组成。
若是二孔以上，还应增加涵墩（包括涵墩基础）。
涵洞的横截面形式有：
半圆拱、圆弧拱、卵形拱，见图2-3。
卵形拱不便施工，很少采用，应用最多的是圆弧拱涵洞，见图2-4。
图2-3拱形涵洞横截面形式
a）半圆洪涵;b）圆弧拱涵;c）卵形拱涵
图2-4圆弧拱涵洞身
L0-跨径;f0-净拱矢度;d-拱圈厚度;H0-台（墩）高;a-台顶护拱宽;a1-台身底宽;b-墩身宽
尺寸单位：
cm
拱涵的常用跨径L0为100、150、200、250、300、400cm。
500cm以上称拱桥。
拱涵的拱圈厚度d一般为25～35cm。
圆弧拱的矢跨比f0/L0常取1/3和1/4。
拱涵的其他几何尺寸取值范围如下：
台（墩）高H0一般为50～400cm，台顶护拱宽度a为45～140cm
，台身底宽a1为70～260cm，墩身宽度b为50～140cm。
a、a1、b的取值随着跨径L0、台（墩）高H0的增加而增大。
涵台基础视地基土壤情况，分别采用整体式或分离式。
整体式基础主要用于卵形涵及小跨径涵洞。
对于松软地基上的涵洞，为了分散压力，也可用整体式基础。
对于跨径大于2～3m的涵洞，宜采用分离式基础，见图2-3。
当采用分离式基础且涵内流速较高时，可在基础之间地面表层加以铺砌。
有时为了较好地抵抗地基反力，避免基础可能的弯曲变形，可在基础之间设置反拱式涵底。
若基础之间在10cm厚砂垫层上作石料铺砌或浇注混凝土涵底，可在涵台基础与铺砌（涵底）间设纵向沉降缝，以免基础沉陷时铺砌（涵底）受到破坏，见图2-3a、b。
基础底面埋置深度一般为1m，但地基土质较差时，可适当加深。
当基础设在冻土层中时，除了以上的要求之外，其基底最小应设置在冰冻线下25cm。
图2-5箱涵洞身
L0-跨径;H0-净高;δ-箱涵壁厚度;t0-砂石垫层厚度;t-垫层厚度
尺寸单位：
cm
4.箱涵洞身
箱涵洞身可采用钢筋混凝土封闭薄壁结构，根据需要做成长方形断面或正方形断面，见图25。
因施工较困难，造价较高，仅在软土地基上采用。
箱涵的常用跨径L0为200、250、300、400、500cm，箱涵壁厚度δ一般为22～35cm，垫层厚度t为40～70cm，箱涵内壁面四个角处往往做成45°的斜面，其尺寸为5×5cm。
二、洞身接头的设置及处理
1.洞身接头的设置
沿洞身的整个长度方向，在地基强度变化处;天然河沟床面纵坡较陡，涵洞洞底基础需分成几段不同坡度的变坡点处;基础和洞身同时分段，在阶梯形的分级处;洞身构造沿整个长度需要管节分开处均需设置接头。
2.洞身接头处理的常用方法
涵洞沿纵向分段长度一般为3～6m（圆管涵的管节长度以施工预制安装便利决定），每段之间以沉降缝分开，基础也同时分开。
涵洞分段以后，可以防止由于荷载分布不均及基底土壤性质不同引起的不均匀沉陷，避免涵洞断裂。
设置沉降缝的常用方法是在缝隙间填塞浸涂沥青的木板或浸以沥青的麻絮，也有的顺沉降缝周围设置厚约20cm、顶宽约20cm的粘土保护层。
具体处理方法见第六章第二节。
压力式和倒虹吸管涵洞的洞身接头（包括竖井与洞身间的接头），除了按上述对沉降缝的处理之外，还要设置防水层。
设置防水层的常用方法是用热沥青粘包两层油毡于管外壁;或用掺入麻刀的塑性粘土沿全管外敷20cm厚;还有的在缝隙背面用防水水泥砂浆涂抹后，再在全部拱（或盖板）顶面及涵台外侧填筑约15cm厚的胶泥防水层。
具体处理方法见第六章第三节。
第二节洞口构造及其选择
一、洞口的作用
洞口建筑是由进水口和出水口两部分组成。
洞口应与洞身、路基衔接平顺，并起到调节水流和形成良好流态（流线）的作用，同时使洞身、洞口（包括基础）、两侧路基以及上下游附近河床免受冲刷。
另外，洞口型式的选定，还直接影响着涵洞的宣泄能力和河床加固类型的选用。
涵洞与路线相交，可分为正交和斜交两种。
当涵洞沿纵轴线方向与路线轴线方向相互垂直时，称为涵洞与路线正交;当涵洞纵轴线与路线轴线向不相互垂直时（所夹锐角为α），称为涵洞与路线斜交，涵洞标准图上所列常用斜交角α为75°、60°、45°三种。
二、正交洞口类型及适用性
洞口建筑类型有八字式、端墙式、锥坡式、直墙式、扭坡式、平头式、走廊式及流线型等（图2-6），其中常用的有八字式、端墙式、锥坡式、走廊式和平头式。
1.八字式（图2-6a）
八字式洞口建筑为敞开斜置，两边八字形翼墙墙身高度随路堤的边坡而变。
为缩短翼墙长度并便于施工，将其端部建为矮墙。
八字翼墙配合路基边坡设置，工作量较小，水力性能好，施工简单，造价较低，因而是最常用的洞口形式。
八字式翼墙的敞开角（一边翼墙的迎水面与涵身轴线之间的夹角）按水力条件最适宜的角度，由实验得知，进口处13°左右，出口处不宜大于10°（但习惯上用30°）。
经验证明，其敞开角不宜过大，否则靠近翼墙端部处易发生涡流以致加大冲刷。
因此，应根据具体的沟渠地形情况灵活设置，以利于合理地汇积和扩散水流，并顺畅地与原有沟渠相衔接。
图2-6涵洞洞口各种类型
a）八字式;b）端墙式;c）锥坡式;d）直墙式;e）扭坡式;f）平头式;g）走廊式;h）流线型式
2.端墙式（图2-6b）
端墙式（又称一字墙式）洞口建筑为垂直涵洞纵轴线、部分挡住路堤边坡的矮墙，墙身高度由涵前壅水高度而定，若兼做路基挡土墙时，应按挡土墙需要的高度确定。
端墙式洞口构造简单，但水力性能不好，适用于流速较小的人工渠道或不易受冲刷影响的岩石河沟上。
在人工渠道上，端墙应伸入渠道两侧边坡内一定距离。
为防止涡流淘刷，必要时对靠近端墙附近的渠段进行砌石加固。
土质很好的河沟上，当流速很小时，路堤边坡可直接以锥形填土在洞口两侧衔接。
但端墙应伸入路堤边坡内一定距离，同时锥形填土需保持稳定。
3.锥坡式（图2-6c）
锥坡式洞口建筑，是在端墙式的基础上将侧向伸出的锥形填土表面予以铺砌，视水流被涵洞的侧向挤束程度和水流流速的大小，可采用浆砌或干砌。
这种洞口多用于宽浅河流及涵洞对水流压缩较大的河沟。
锥坡式洞口圬工体积较大，不如八字式经济，但对于较大较高的涵洞，因这种结构形式的稳定性较好，是常用的洞口形式。
4.直墙式（图2-6d）
直墙式洞口可视为敞开角为零的八字式洞口。
这种洞口要求涵洞跨径与沟宽基本一致，且无需集纳与扩散水流，适用于边坡规则的人工渠道，以及窄而深、河床纵断面变化不大的天然河沟。
这种洞口形式，因翼墙短，且洞口铺砌少，较为经济。
在山区进水口前、迎陡坡设置的急流槽后，配合消力池也常采用直墙式翼墙与之衔接。
5.扭坡式（图2-6e）
扭坡式洞口主要用于盖板涵、箱涵、拱涵洞身与人工灌溉渠的连接。
其设置目的，是将原灌溉渠梯形断面的边坡通过洞口逐渐过渡为涵身迎水面的坡度（涵身迎水面往往是垂直的），这样可使水流顺畅，但施工工艺稍复杂。
6.平头式（图2-6f）
平头式（又称领圈式）常用于混凝土圆管涵。
因为需要制作特殊的洞口管节，所以模板耗用较多。
但它较八字式洞口可省材料45%～85%，而宜泄能力仅减少8
%～10%。
平头式洞口适用于水流通过涵洞挤束不大和流速较小的情况。
流速较大时，应对路堤边坡迎水面铺砌加固。
另外，当需大批使用时，可考虑集中预制。
7.走廊式（图2-6g）
走廊式洞口建筑是由两道平行的翼墙在前端展开成八字形或圆曲线形构成的。
这种进水口建筑，使涵前的壅水水位在洞口部分提前收缩跌落，因此可以降低无压力式涵洞的计算高度或提高涵洞中的计算水深，从而提高了涵洞的宣泄能力。
8.流线型（图2-6h）
流线型洞口建筑，主要是指将涵洞进水口端节在立面上升高形成流线型，有时平面上也做成流线型，使沿涵长向的涵洞净空符合水流进洞收缩的实际情况。
流线型洞口当用于压力式涵洞时，可使洞内满流（图2-7a），当用于无压力式涵洞时，可增大涵前水深，有效地提高了涵洞的宜泄能力。
图2-7流线型洞口与普通洞口的比较
a）进水口升高;b）进水口为尖锐角α的普通洞口;c）进水口为尖锐角α且涵洞全部潜水的普通洞口
若涵洞采用普通进水口，当涵前水深高于洞顶、出水口水深低于洞顶时，流线方向与洞顶成尖锐角α，则水流进洞收缩水深之后，靠近洞顶处形成空隙，不能满流，因而泄流量大为减小，如图2-7b）;若涵前、涵后水深都超过洞顶，但又不十分高时，水流进洞后收缩水深，在涵内较长距离内水面断续脱离洞顶，出现相当大的真空吸力（称为气蚀），在洞顶上产生附加力，减少了宣泄流量如图2-7c）。
常用的流线型洞口为升高式的盖板涵或箱涵，并配以八字墙（也可设曲线墙），如图2-8a。
对于拱涵，为便于施工，采用进口加高节段的方法（图2-8b）。
当用于圆涵时，为便于施工，有的采用端部升高形式，也有的采用比较简单的喇叭式，如图2-8c。
喇叭式是由一块斜顶板a，两块侧墙b及两块不大的曲线三角形板c组成，适于大量预制及装配。
流线型涵洞虽然施工工艺比较复杂，但对于高路堤涵洞，尤其是路幅较宽、涵身较长的涵洞，从提高涵洞宣泄能力，节省造价方面来说是可取的。
各种洞口型式的适用性和优缺点比较表2-2
洞口型式
适用性
优缺点
八字式
平坦顺直，纵断面高差不大的河
沟。
配合路堤边坡设置，广泛用于
需收纳、扩散水流处
水力性能较好，施工简单，工程
量较少
端墙式
平原地区流速很小、流量不大的
河沟、水渠
构造简单，造价低，但水力性能
不好
锥坡式
宽浅河沟上，对水流压缩较大的
涵洞。
常与较高、较大的涵洞配合
水力性能较好，能增强高路堤的
洞口、洞身稳定性。
但工程量较大
直墙式
涵洞跨径与沟宽基本一致，无需
集纳与扩散水流的河沟、人工渠道
水力性能良好，工程量少。
在山
区能配合急流槽、消力池使用。
应
用不广泛
扭坡式
涵身迎水面坡度与人工水渠、河
沟侧向边坡不一致时采用
水力性能较好，水流对涵洞冲刷
小。
施工工艺较复杂
平头式
水流过涵侧向挤束不大，流速较
小。
洞口管节需大批使用，可集中
生产时采用
节省材料，工艺较复杂，水力性
能稍差
走廊式
需收纳、扩散水流的无压力式涵
洞。
涵洞孔径选用偏小时采用
水力性能较好，工程量比八字
式多，施工较麻烦
流线型
需通过流速、流量较大的水流。
路幅较宽，涵身较长，大量使用时
充分发挥涵洞孔径的宣泄能力，
水力性能最好。
但施工工艺复杂，
材料用量较多
图2-8流线型洞口的常用形式
a）盖板涵、箱涵升高式;b）拱涵加高节段;c）圆管涵的流线型（喇叭式）洞口
各种洞口建筑类型的适用性和优缺点归纳比较见表2-2。
三、斜交洞口的处理
当涵洞与路线斜交时，其洞口建筑所采用的各种形式与正交时基本相同。
根据洞身的构造不同，有两种处理方法：
1.斜交斜做（图2-9a、b）
为求外形美观及适应水流条件，可使涵洞洞身端部与路线平行，此种做法称为斜交斜做。
对于盖板涵和箱涵，运用斜交斜做法比较普遍。
在这种情况下，除洞口建筑外，还须对盖板或箱涵涵身的两端另行设计，以适应斜边的需要。
2.斜交正做（图2-9c、d）
在圆管涵或拱涵中，为避免两端圆管或拱的施工困难，可采用斜交正做法处理洞口。
即涵身部分与正交时完全相同，而洞口的端墙高度予以调整，一般将端墙设计成斜坡形或阶梯形。
为使水流顺畅，宜配合路堤边坡对洞口建筑另行设计。
当斜交涵管采用平头式洞口时，其突出路基之外的三角台，则以铺砌护道边坡的方法予以加固，如图2-9e。
图2-9斜交涵洞的洞口布置
a）、b）斜交斜做涵洞的洞口;c）、d）斜交正做涵洞的洞口;e）斜交圆管涵平头式洞口的处理
四、倒虹吸管涵洞的洞口形式和处理
公路上常用的倒虹吸管涵洞是竖井式（图2-10）。
涵身断面形状一般有方形和圆形两种，前者常用于钢筋混凝土方涵或浆砌条石盖板涵，后者常用于钢筋混凝土管或混凝土管。
除了钢筋混凝土方涵及管涵适用于较高水头之外，混凝土管、浆砌条石盖板涵等仅适用于3m以下水头。
水流通过倒虹吸管要损失水头，用以克服倒虹吸管对水流的阻力。
流速较大时，断面可以小些，能节省材料，且管内不致于淤积;流速过小时，虽对控制水位有利，但却增加了工程材料数量，涵内也容易淤淀泥沙。
一般比较合理的管内流速，选在1.5～2.5m/s之间为宜。
图2-10倒虹吸圆管涵洞口
尺寸单位：
cm
倒虹吸管涵洞进出口的竖井一般设计成矩形，便于与涵身端部的连接。
竖井底部一般设置0.5m深的沉沙池，以便沉积泥沙。
进出口应设计成与渠道平顺连接的渐变段，竖井应采取必要的防冲、防渗、拦污等措施。
有关竖井防渗时的防水层处理方法见第七章第三节。
为了便于管身维修，除直径较大的倒虹吸管涵洞的进出口外，应设有简单的拦水闸门或预留闸槽。
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