山区高速公路小桥涵的设计和优化思考

山区高速公路小桥涵的设计和优化思考

尚坤

郑州铁路工程有限公司河南省郑州市450000

摘要：结合具体的高速公路建设项目，探讨公路施工过程中对于小涵洞的变更实例，其中重点阐述的内容为涵洞结构形式的选择、涵洞位置的选择等，通过对小涵洞的设计和优化，以达到降低施工难度，减少工程成本的目的，希望能为类似工程起到借鉴作用。

关键词：山区高速公路；小桥涵设计；优化思考

引言

在公路桥涵设计中，小桥涵的设置合理性与公路排水有着非常密切的关系，直接影响到路基稳定和工程造价。在山区，地形地貌往往较为复杂，山势较为险峻，这给山区公路桥涵的设计带来了一定困难，因此应对桥涵进行正确布设。在公路施工中，通过桥涵施工中发现的问题，可以对小涵洞的设计进行不断优化，从而达到降低施工难度，减少工程成本的目的。本文将结合具体的山区高速公路施工建设项目，简要探讨小桥涵的设计和优化。

1工程概况

本工程为某高速公路施工建设项目，全长22.3km，公路所处地区为丘陵山地。该地区地势起伏较大，地质复杂多变，随处可见不良地质和山体崩塌问题。一般情况下，在山间漕谷洼地内往往存在着较厚的软土层，同时软土分布不均。在本工程中第二标段11.3km的范围内，一共设计了36道小桥涵，其中桥涵的结构主要包括盖板涵和圆管涵两种。

2设计和优化的要点

在本工程中对于山区公路小桥涵的优化设计主要集中在设计阶段和施工变更阶段。一般情况下，小桥涵设计和优化所关注的主要问题包括结构形式的选择、涵洞位置的布设，对于个别涵洞，在条件允许的情况下，可以将其取消。

2.1涵洞结构形式的选择

在山区高速公路中，一般情况下布置的小桥涵数量较多，但是汇水面积往往不大，在小桥涵没有通行要求的前提下，小桥涵的结构形式应尽量采用圆管涵的形式，其直径可以控制在1.5m。这些结构形式的管涵，不仅可以有效地满足泄洪流量的要求，同时还能满足后期运输清淤的要求。另一个选择圆管涵的重要原因是，这种管涵工程造价低，较为经济。

2.2涵洞位置的选择

一般情况下，在进行涵洞位置的设置时，主要的选择点为封闭的汇水区域的最低处。在进行涵洞位置选择时，应尽量确保进出口的方向与水流方向一致，这样不仅可以提高宣洪泄水的能力，同时还可以减少涡流问题的产生。如果小桥涵位置设置不当，会导致上游水位增高，严重的话会淹没农田，积水会浸泡路基，这样会影响到公路的安全性和耐久性。

2.3原设计涵洞存在不足及优化

在本工程涵洞的原设计方案中，涵洞中间设置了两个竖井，能够有效地解决原地面高差较大的问题，同时排水非常顺畅，但是仍存在着以下几点不足之处：

⑴原设计方案涵洞的工程造价较高。在原涵洞的设计方案中，中间竖井所配置的钢筋重量达到10t，同时混凝土的用量达到了70m3。

⑵施工难度较大，存在很多不便利的地方。施工中如果涵节和竖井接头处理不够恰当，则涵洞容易出现漏水的问题，会对路基造成很大的危害。

⑶涵洞运营期间如果发生淤塞问题，清淤难度较大，为后期的危害带来了很大不便。

在对该涵洞进行施工测量时，由于环境较为复杂，杂草丛生，影响了填土高低的精确性，确定的涵洞只能在最低洼处。

在施工放样清表之后，方可对周围的地形进行详细的勘测。通过对涵洞位置的分析对比，最终确定将此涵沿着山坡127m等高线平移至K15+154处。该涵洞的进口标高与原设计方案相差不大，但是出口处的标高却比原设计方案高出了8m。对于涵洞的出水可以排至路基的急流槽内。因此，设计方案对该涵洞进行了优化。在优化的方案中，涵洞的长度减少了19m，仅剩下34m，同时去除了涵身的竖井，并在涵洞的进出口结构处设置了八字墙。与原设计方案相比，优化之后的涵洞工程造价减少了5.7万元，同时也能有效地确保涵洞的正常使用功能。

2.4充分认识地质对小桥涵的影响

一般情况下，小桥涵的最佳设置位置是在封闭的汇水区域的最低洼处。在南方的山地和丘陵地带，山坳内往外开辟成水稻田。该处常年蓄水淤积，因此该处的地质情况往往较大，土体的承载力低，因此，当将小桥涵设置在该位置时，为了确保满足施工要求，需要对软土路基问题进行处理。

在本工程K18+050涵洞的原设计方案中，其所处的位置在山坳的低洼处，涵洞的主要设计使用功能为排水和通行。根据地质勘察报告可以知道，在该处存在着7m厚的软弱土层，土体的承载力显然无法满足施工要求。普通的地基处理方式是无法满足设计要求的，因此决定采用桩基础方案对其进行处理。在整个涵洞处一共设计了44根桩，工程造价达到235万元。

在施工期间，施工单位认为该处涵洞的设计工程造价太高，因此决定对该处进行设计优化。施工单位对该处进行了触探，发现可以将涵洞设置在靠近山脚的地方，因此最终将该涵洞的位置变更到K18+024处。虽然该处地形较高，但是如果将涵洞的标高降低，并对涵洞进水口进行开挖疏通，这样根本不会影响涵洞进口处的集水能力。对于软土路基的处理方案，由原来的分离式桩基础变更为整体式基础，同时采用简单的换填砂垫层的处理方案即可有效地解决软土路基承载力不足的问题。工程变更之后，该涵洞的长度增加了86.77延米，涵洞与线路的交角为55°。该涵洞进行优化变更之后，工程造价为176万元，与原设计方案相比，整整节约了59万元，优化方案有效地缩短了工期，同时具有非常显著的经济效益。

2.5涵洞的取消

在原设计方案中，有不少的圆管涵的上游汇水面积较小，仅为一小块洼地，根据常规的做法，虽然这种涵洞处上游汇水面积较大，但是仍需要设置涵洞将封闭的积水排除。在公路的施工过程中，由于这些涵洞的出口多为水田，当地百姓认为，通过涵洞排出的水会对水田造成损坏，因此不同意涵洞的施工。为了有效地节省工程造价，提高施工进度，施工单位经过分析研究，考虑是否可以将这些涵洞取消。

如果这些涵洞曲线封闭的积水只能从纵向的边坡排除，可以把涵洞上游的山凹填平至路面的标高以上，这样山凹内的汇水即可通过挖方形成的边坡排出。但是，对于边坡的泄水能力需要通过相关的计算确认。边沟泄水能力的计算，主要包括水文计算和边坡泄水能力验算。通过边沟泄水能力的计算，本工程施工中一共取消了5处圆管涵的设置，对于施工而言，不仅节省了工程造价，同时有效地提高了施工进度。

3结语

桥涵设计的合理性直接关系到使用安全性，尤其是对于山区桥涵来说，地理位置的险峻为桥涵设计带来更大难度。文章通过结合某高速公路施工建设项目，针对该公路所处地区地势起伏较大，不良地质情况严重，提出其桥涵设计的相关技术措施。对桥涵结构形式的选择、涵洞位置的布设进行深入探讨，提出本桥涵的合理设计方案，为同类工程提供参考实例。

参考文献：

[1]刘红博.对公路施工中桥涵设计的探讨[J].东方企业文化，2013（5）：36-37.

[2]张欢欢，苏晓锋.山区公路桥涵设计的一般性原则探讨[J].黑龙江科技信息，2014（5）：151-152.

[3]黄彩夫.山区公路桥涵设计应注意的问题[J].科技促进发展，2010（12）：38-39.