【桥涵工程(第三版)―郭发忠】第五章 涵洞

涵洞类型与构造涵洞类型及构造特点学习目标•认知涵洞的类型；•认知常用涵洞的主要构造组成；•认知各种涵洞洞口的构造组成及水力特点。学习主要内容•涵洞的分类；•常用涵洞的构造及技术要求；•涵洞洞口的形式。涵洞类型与构造•公路跨越沟谷、溪沟、河流、人工渠道以及排除路基内侧边沟水流时，常常需要修建涵洞。涵洞是公路构造物的重要组成部分之一，其设计与该公路的等级、使用任务、性质和将来的发展需要相适应，遵循安全、适用、经济、美观、有利于环保的原则。涵洞类型与构造涵洞的基本组成涵洞是横穿路基的排水构造物，由洞身和洞口建筑两部分组成涵洞类型与构造一．涵洞的分类•按建筑材料分1．石涵：包括石盖板涵和石拱涵。2．混凝土涵：多做成拱涵，少量用做圆管涵和小跨径的盖板涵。3．钢筋混凝土涵：用做圆管涵、盖板涵、箱涵和拱涵。涵身坚固，经久耐用，养护费用少。圆管涵、盖板涵的运输和安装较为便利，但耗费钢材较多。涵洞类型与构造•按构造型式分1．圆管涵：对基础的适应性及受力性能较好，不需墩台，圬工数量少，造价低。．板涵：可根据路堤的高低不同分别设置成明涵或暗涵。其构造简单，维修方便。．拱涵：跨越深沟或高路堤时可选用，承载能力大，砌筑技术易于掌握。涵洞类型与构造•4．箱涵：用于软土地基，整体性强。但用钢量多，造价高，施工复杂。涵洞类型与构造•按洞顶填土的情况分1.明涵：洞顶不填土或填土小于50cm的涵洞，适用于低路堤、浅沟渠。2.暗涵：洞顶填土大于50厘米的涵洞，适用于高路堤、深沟渠。•按水力性能分1.无压力式涵洞：入口处水深小于洞口高度，洞内水流均有自由水面。2.半压力式涵洞：入口处水深大于洞口高度，水流仅在进水口处充满洞口，而在涵洞的其它部分均有自由水面。3．压力式涵洞：入口处水深大于洞口高度，在涵洞全长的范围内都充满水流，无自由水面。4．倒虹吸管涵：路线两侧水深都大于涵洞进出水口高度，且进出水口必须设置竖井。用于路线穿越沟渠，路堤高度小，而灌溉要求必须提高渠底时。涵洞类型与构造二.涵洞的构造•洞身构造洞身通常由承重结构(如拱圈、盖板等)、涵台（墩）、基础以及防水层、伸缩缝等部分组成。常见的形式有以下几种：•1．圆管涵•1)管身•管身是管涵的主体部分，管身多采用钢筋混凝土预制安装，圆管涵洞身由分段的圆管节和支撑管节的基础垫层组成。涵洞类型与构造当整节圆管无铰时，称为刚性管节（图a）；当沿管节横截面圆周对称加设4个铰时，称为柔性管节（图b）。其预制长度通常有0．5m和1．0m两种。）基础圆管涵基础视地基强度不同可以有以下几种类型：混凝土或浆砌片石基础•如（图a），一般用于土质较软弱的地基上。垫层基础•在砂砾、卵石、碎石及密实均匀的粘土或砂土地基上，可采用砂砾石做垫层基础。垫层厚度t值视土质情况确定。对于卵石、砾石、粗中砂及整体岩层地基t＝0；对于亚粘土、粘土及破碎岩层地基t＝l5cm；在干燥地区的粘土、亚粘土、轻亚粘土及细砂地基t=30cm。混凝土平整层•在岩石地基上，可不作基础，仅在圆管下铺一层垫层混凝土，其厚度一般为5cm，如图b)涵洞类型与构造•3）接缝及防水层•圆管涵多采用预制拼装施工，为防止圆管接头漏水，应作接缝处防水处理，其形式如下：•①平口接头缝•平口接头缝有三种：•a．如图a)，接缝用热沥青浸炼过的麻絮填塞，再用厚lmm～2mm、宽15cm～20cm的铁皮缠扎，铁皮缠扎可做成两个半箍的形式，然后夹起来。•b．如图b)，接缝用热沥青浸炼的麻絮填塞，然后用热沥青填充，最后用涂满热沥青的油毛毡裹两层或用热沥青浸炼的防水纸八层，粘合在外表。•c．如图c)，为钢筋混凝土箍接头。涵管缝用沥青浸炼过的麻絮填塞后，再套上钢筋混凝土箍。涵洞类型与构造•②企口接头缝•企口接头缝亦有三种形式。•圆管涵防水层一般用塑性粘土，厚度15cm～20cm。涵洞类型与构造•2．盖板涵•盖板涵洞身由盖板、涵台（墩）、基础、洞底铺砌、伸缩缝及防水层等部分组成。涵洞类型与构造•1)盖板•盖板是涵洞的承重结构部分，当跨径较小、石料丰富时，可采用石盖板。当跨径大或在无石料地区时，宜采用钢筋混凝土盖板，其厚度为15cm～30cm，跨径为1.50m、2.0m、2.5m、3.0m、4.0m、5.00m。•2）涵台（墩）、基础及洞身铺底•一般用浆砌块、片石构成，也可采用现浇片石混凝土。•①涵台（墩）•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。涵台顶面有时也做成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（图a）。钢筋混凝土盖板涵的涵台（墩）上部做成台（墩）帽（图b）。涵洞类型与构造•②基础及洞身铺底•涵台（墩）基础可随地基土不同而采用整体式或分离式。采用分离式基础时，应在基础之间地面表层予以铺砌，以免涵台（墩）受冲刷破坏，铺砌厚度30cm。•基础厚度一般为60cm。涵洞类型与构造•③沉降缝及防水层•涵洞沿洞身长度方向应分段设置沉降缝，以防止不均匀沉降，沉降缝应用填充料填筑。•3．拱涵•拱涵各部分构造如图，主要由拱圈、护拱、拱上侧墙、涵台、基础、铺底、沉降缝、防水及排水设施等部分组成。涵洞类型与构造•1）拱圈•拱圈是拱涵的承重结构部分，可由石料、混凝土等材料构成。常采用等厚的圆弧拱。拱涵拱圈厚度一般为250mm～350mm。•2)涵台(墩)•涵台(墩)是支撑拱圈并传递荷载至地基的圬工构造物。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。对于较大跨径的涵洞，宜采用分离式基础。•3)护拱•其作用主要用于保护拱圈，防止荷载冲击。护拱高度一般为矢高之半。•4)拱上侧墙、铺底多用砂浆砌片石构成。•5)防排水设施及沉降缝•防排水设施设于拱背及台背，其作用主要是排除路基渗水，使拱圈免受水的浸蚀，以确保路基稳定。沉降缝设置方法同盖板涵。涵洞类型与构造•4．箱涵•箱涵为整体闭合式钢筋混凝土框架结构，具有良好的整体性和抗震性能。主要由钢筋混凝土涵身、翼墙、基础、变形缝等部分组成。涵洞类型与构造•1）涵身•箱涵涵身由钢筋混凝土组成，洞身断面一般为长方形或正方形。常用跨径为2.0m、2.5m、3.0m、4.0m、5.0m。•2）翼墙•翼墙在涵身靠洞口侧的两端，与洞身联成整体，为钢筋混凝土薄壁结构。主要用于洞身与进出口锥坡的连接。当采用八字墙洞口时，可不作翼墙。•3）基础•箱涵基础一般为双层结构。上层为混凝土结构，厚100mm，下层为砂砾石垫层，厚度为400mm～700mm。•变形缝均设在洞身中部，连同基础变形缝设置一道。用40mm×60mm的槽口设于顶、底板的上面和侧墙的外面。涵洞类型与构造二.洞口建筑•洞口是洞身、路基、河道三者的连接构造物。洞口建筑由进水口、出水口和沟床加固三部分组成。•涵洞洞口类型很多，有八字式、端墙式、跌水井、扭坡式、平头式、走廊式、流线型等，其中八字式、端墙式、跌水井是常用的形式。•1．八字式洞口•1）正八字式洞口•⑴涵洞与路线正交八字式洞口由敞开斜置的八字墙构成。八字墙洞口为重力式墙式结构，特点是：构造简单、建筑结构较美观，施工简单，造价较低。）接小锥坡b）接水渠涵洞类型与构造•直墙式洞口）斜八字墙洞口①斜做洞口•②正做洞口•正做洞口的翼墙一般采用正翼墙，较长一侧的翼墙叫大翼墙，较短的叫小翼墙。．端墙式洞口．跌水井洞口．扭坡式洞口5．平头式(领圈式)洞口涵洞类型与构造•6．走廊式洞口涵洞的设计一、涵洞的勘测步骤•1．外业测量•1）勘测前的准备工作•⑴收集沿线和区域地质特征资料及地质图；•⑵通过水利部门了解现有及规划的水利设施、降雨等资料；•〔3〕组织与配备完成该项勘测任务的人员、仪器、工具等。•2）现场测量•⑴确定涵洞的位置•根据已定的路线的走向及水流流向确定涵洞中心桩号，并测定涵洞中线与路线的夹角（斜交角）；•⑵河沟纵断面测量•河沟纵断面一般沿沟底施测，施测长度为上、下游洞口外20米（如遇有跌水陡坡时要适当增加施测长度），并采用1：100或1：200的比例绘出河沟纵断面图。涵洞的设计⑶测绘涵位地形图内容包括路线、河沟、附近建筑物的相对位置；涵位的路线里程桩号；历史洪水位泛滥范围；原地面（含河沟底）主要特征点的标高等。⑷地质勘探涵洞的位置应尽量设在地质构造和河床稳定之处。为了了解涵洞基底土壤的承载能力、地质构造和地下水情况及其对构造物的稳定性影响等，就必须进行地质勘探。涵洞工程的地质勘探采用调查与挖探、钻探相结合。〔5〕外业核对待路线设计线确定后，将涵洞结构型式示意图绘在河沟纵断面上进行现场核对，最后确定涵洞布置方案、结构型式、孔径、涵底标高、涵底坡度及洞口型式等。涵洞的设计二、涵洞设计•1．涵洞的平面布置•涵洞位置一般应服从路线走向，只有遇到大洼深沟或与路线斜交夹角太小，工程量过大或施工困难时，才进一步权衡利弊，在不降低路线标准的前提下局部调整路线，使之从较好的涵位通过。•1）涵洞应布置在地质条件良好，地基稳定的地段。当无法避开不良地段时，涵洞基础及地基必须进行特殊加固处理。•2）涵洞位置和方向的布设，应尽量与水流方向一致，以使水流顺畅。•3）山区河沟的涵洞布设•⑴尽量保持河沟水流的天然状态，一般应一沟一涵，在条件允许的情况下可改沟合并；•⑵设置截水沟的地段，在截水沟排水出口处应设置涵洞（图5-25），以免水顺边沟流经距离过长而冲刷路面和路基。•4）平原区河沟的涵洞布设．涵洞的立面布置•根据地形、地质及水文等条件，洞身立面布置有如下形式：•1）平坦地段的一般形式）斜坡布置形式当天然沟床纵坡大于5％～10％时，为使涵洞洞身与沟底天然坡度一致，并减少挖基土石方数量和缩短涵洞长度，常采用斜坡布置形式。常见布置形式如下：•⑴洞身不变仍作一般布置形式