要海亮
(山西交通科學研究院,山西 太原 030006)
涵洞主要是為排泄地面水流而設置的橫穿路基的小型排水構造物,是由洞身、洞口和基礎組成。洞身在路基填土下面,是路堤下的過水通道,它受涵洞上填土的垂直和側向土壓力以及活載作用;基礎把涵洞受到的荷載均勻地傳遞到地基上,并使水流通過路基以免受到水流的直接沖刷;洞口是連接洞身與上下游水道,使水流能順暢地通過洞身,并保證洞口周圍的路基邊坡不受沖刷。洞口是由進水口與出水口組成。進口構筑物由進口翼墻、護底和涵前鋪砌構成;出口構造物是由出口翼墻、護底和出水口防沖刷鋪砌或消能結構構成。
(1)在天然縱坡小于10%,河溝順直的情況下,涵洞常順河溝縱坡設置。進水口一般在翼墻間做一段干砌片石鋪砌;當流速較小,孔徑較大或多孔涵洞,進口溝床加固可采用局部鋪砌,及翼墻基礎內側成U型鋪砌,這種鋪砌形式可以減少工程量。
(2)涵前天然河溝縱坡為10%~40%時,除地基為巖石外,開挖溝槽邊坡和路基邊坡都須采用鋪砌加固的方法。涵洞溝底縱坡較大,水流容易在進口處產生水躍現象,應在進口前設置水平距離約為1~2倍的洞口孔徑。當水流帶有泥沙較多時,可在進口處設置沉砂池,既能沉沙又可以消能。若設置陡坡涵洞,則不需設置緩坡段。
(3)當涵前河溝縱坡大于50%,水流流速很大時,進口須設置急流槽跌水,消力池、消力檻,以達到消能減速的目的。
設置各種類型的進水口設施時,應注意與原來河溝順接,使水流暢通,上游溝槽非常彎曲時,應截彎取直,上游溝底為透水性強的砂石地質時,應在銜接處設置截水墻,其深度0.6m~1.0m,不宜采用改溝、截流,以免水流進入原河溝沖刷路基。
出水口接河床處,由于流速大,沖刷引起的病害較多,應根據河溝不同溝型、地貌作適當的處理,以防設置涵洞以后引起的水害。
(1)天然河溝縱坡小于15%,洞底坡度小于5%時,出水洞口一般采用延長鋪砌,加深截水墻的處理方法。
鋪砌加固長度,可根據河床土質及洞口建筑端點的單寬流量確定,鋪砌的厚度根據鋪砌的類型、材料及出口流速來確定;加厚段厚度應考慮涵洞出口的水深,一般采用臨界水深,加厚段長度約為全部加固長度的30%,通常不小于1.5 m;截水墻埋入的深度,一般應等于或大于涵洞及翼墻基礎底面的深度。為了減小水流速度,減弱對出水口及附近溝床的沖刷同時減少工程量,公路部門的相關生產和科研單位,總結出了在涵洞出水洞口采用八字墻以三級挑砍的經驗,通過在實踐中的應用,效果明顯。三級挑坎的上下坎間距離在2m~4m范圍內都可得到良好的防沖刷效果,在設置中坎間距離越大,鋪砌越短,坎間距離越小。
(2)天然河溝的縱坡大于15%,涵洞的底坡大于5%時,其出水口應根據地形、地質和水力條件,分別采用急流槽、跌水、消力池或人工加糙等措施,對溝床作適當的處理。一般河溝落差較大,多采用急流槽,落差較小的,多采用跌水。消力池、消力檻能在較小的距離內消耗能量和減緩流速。人工加糙沿程設置在一段距離內,以增加水流阻力,達到逐漸減耗能量降低流速的效果。
以上這些不同形式的消能設施,可以單獨使用,也可以結合使用。
除此之外,還要注意清理洞口淤泥,疏通進出口的溝槽,避免堵塞。這些都是平時做好保護涵洞的進出口的有效方法。
涵洞進出口加固對于高速公路建設有著重要的作用,很多的路基破壞就是因為涵洞進出口損壞而導致的。涵洞進出口的處理應以高度重視。
[1]公路橋涵設計手冊.顧克明等編著.人民交通出版社,1993.5。
[2]涵洞.管楓年編著.水力電力出版社.1993.2
[3]公路邊坡防護技術的應用.張華.山西交通科技.2009(3):31-32