山区高速公路小桥涵合理布设

摘要：看似结构相对简单的小桥涵，在高速公路勘测设计中，其位置与孔径设置是否合理直接影响到
该桥涵和高速公路路基的安全性以及工程造价。笔者结合实践经验，对山区高速公路小桥涵的布置原则与形式以及计算方法予以介绍，并提出设计要点及注意事项。
关键词：山区；流量计算；平面设计；立面设计。

1 设计流量的计算

流量是小桥涵设计中确定构造物孔径和形式的一个主要依据。山区流域面积大都坡度陡、流速快，流量计算与实际洪水情况的相符程度将直接关系到整个高速公路的安全和工程造价。
目前陕西省对山区和丘陵地区的小桥涵流量计算多采用径流形成法、暴雨推理法（包括暴雨强度公式、推理公式和经验公式）、陕西省经验公式和直接类比法，各种流量计算方法因有不同的产生背景和制定原理，所以计算结果各不相同，有时差别较大。这就要求设计人员根据地区特点和使用经验，对各种计算方法得出的结果进行对比，合理的选择适合的流量计算的公式。

2 小桥涵布置原则

2.1 总体布置

①山区小桥涵选址应根据地形、地质、水文等条件，结合全线排水系统，合理布置，以达到排水泄洪的目的。②小桥涵位置总体上应符合延线线形的布置要求，一般要在地形有利、地质条件良好、河床稳定的位置，以确保桥涵基础的稳定。同时要避免因小桥涵位置设置不当而造成排洪不畅、冲毁路基、积水淹田等影响正常交通的不良后果。③小桥纵轴线应尽可能与洪水主流方向垂直。当河沟水流方向与路线不垂直时，为了使水流畅通，避免形成较严重的涡流现象，减轻对路堤和桥涵洞口及基础的冲刷，宜斜交布置。④在山口冲积扇地区，应分别设置小桥涵，不宜强行改沟至低洼处，两积扇间洼地，亦应布置小桥涵。

2.2 平面布置

①小桥涵位置最好选择河道顺直、水流平缓段，以减少水流对桥台的冲刷，也可减少墩台基础及河岸防护加固工程数量。②山区公路小桥涵一般应为一沟一桥（涵），尤其是在降雨量大，暴雨集中，植被稀疏的地段，河沟不宜合并设涵。③当地势较平坦，汇水面积不大，两沟间距很近，

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具备沟通合并条件，在不影响上游河流正常泄洪的情况下，通过经济技术比较后，工程造价低，技术合理，方可两沟合并设涵，但应注意做好相邻河沟间排水沟的连接及路基防护。④当原沟底纵坡很陡，路基填土较高，不宜沿沟设涵，可移位，改设在边坡一侧。

2.3 立面布置

①涵台高度应按水力计算的要求确定，最好不用加高涵台或加高侧墙的方法来缩短涵长。对于管涵在设计中采用标准管节，用加高端墙调整涵长，也是常用的做法，但因故需要大幅度增加端墙高度以缩短涵长时，需做经济比较。②当河沟的比降较陡，附近有大量石方可以利用，而修建陡坡涵造价较大时，则涵基可设置砌石基底以缩短涵长。③根据现场条件需设计陡坡涵时，应充分利用地形和地质条件，做到经济合理，并注意结构的稳定性，对非岩石河沟，其纵坡小于10%时，可采用斜置式基础，基底做成齿状，或出口做成扶壁式，对岩石（风化层）河沟，采用斜置式基础时，其纵坡也不应大于30%，否则应采用台阶式基础。

2.4 孔径选择

山区高速公路在选择孔径时，要考虑山洪的影响。山洪携带大量泥砂和落石，对桥涵、路基有巨大破坏力。对有大量淤塞或落石滚移的位置，尚应根据落石的尺寸定出适当的孔径。

3 平面位置的设计

在高速公路平面布设小桥涵时，应做到进出口要顺，水流要稳，不发生紊流、漩涡等现象，从而保证其能顺畅宣泄洪水，使路线通过区域不会因为桥涵布设的不当而造成冲毁桥涵、路基、积水淹田等现象发生，同时要全面综合考虑比较，使桥涵的总工程量最小，尽可能的降低工程造价。一般考虑以下原则：①顺沟设置，一沟一桥（涵）。在地形陡峭的山区和丘陵地区小桥涵的布设一般应顺应河沟水流方向，不宜改沟强求正交且路线与涵洞夹角设置不宜过小。②合并沟渠，减少工程量。在较平坦的地方，汇水面积不大，在不影响上游河流排水的情况下可将相邻的河沟间设置排水沟连接。③结合平纵排水选择小桥涵位置。④结合实际地形和地质条件。如在连续鸡爪沟形中，在沿路线纵坡方向边沟汇水可行的条件下，可将两沟合并设置一个小桥或涵洞。上游距沟头距离较短的冲沟，可将沟填筑至边沟标高而不设置构造物。⑤涵位高度和形式的综合考虑。对位于容易产生泥石流的路段，最好采用一桥孔跨越，从而减少泥石流对桥涵的危害。⑥水塘下游处要重点考虑。当路线从山坡附近经过时，要设置涵洞以防止暴雨时溃坝淹没路基。⑦山区路段是否存在山泉要加以考虑。
以上是平面小桥涵布设的一般原则，由于在山区的高速公路设计中有很多不可预见的因素，这就要求在设计中要灵活运用，因地制宜。

4 立面形式的设计

小桥涵的结构形式的设计要结合地形、水文、地质、路线的要求来确定。还要做到进口顺直、基础牢固、出口不落空。同时还要满足设计流量的要求，做到水流通畅。其中最重要的就是进、出口的处理。
当天然河谷、冲沟的坡度较缓时，小桥涵依照实际地形设置。按较小缓坡（i≤0.3%）向上游延伸设置涵底铺砌，要注意上游与原沟底坡度一致，如果容易产生较大冲刷的，则最好将小桥涵的铺砌标高比原沟底标高降低 20cm 左右，以保证原沟冲刷后小桥涵底面不高于河床。当天然河谷的坡度较陡（i≥3），而小桥涵基础通过缓坡处理时，常用的方式有将涵底做成分段阶梯型基础、调整涵洞方向、进出口处开挖砌护、出口跌水等方式。

上图为陕西一山岭重丘区高速公路路线平面图，其中中心桩号K27+939为一座上部为3×10米空心板，下部为重力式U台，柱式墩，钻孔灌注桩小桥。本桥上游为秦岭山系，下游为一条河流，该桥布设情况为：
⑴总体布设时：按照当地水文、沿线线形、地质条件、上流汇水主流方向、以及调查时冲积扇情况进行布置。
⑵平面布设时：沿用水流平缓，河道顺直、一沟一桥（涵）等原则，综合上述各种条件，该小桥最终选址中心桩号K27+939。
⑶立面布设时：桥涵高度按水力计算的要求确定、墩台结构形式应充分利用地形和地质条件，做到经济合理，并注意结构的稳定性。对于本小桥孔径的选择要考虑山洪的影响。山洪携带大量泥砂和落石，对桥涵、路基有巨大破坏力；对淤塞或落石滚移的位置，应根据落石的尺寸定出适当的孔径。最终确定本桥上部为3×10米空心板小桥。下部结构采用重力式U台，柱式墩、钻孔灌注桩基础。
小桥涵设计是一项复杂多变的工作，由于受地形，地质等条件的影响，在实地调查时给人们带来了一定的难度，这就要求设计人员在设计时要反复对比方案，多与实地相结合，在水流计算时要以临界水流状态为参考，选择合理的桥孔或涵洞断面，在小桥涵位置的选取上要注意平面的整体协调，纵面的进出口形势选取要与涵底铺砌的纵坡相协调。还要注意以地形、地质条件的联系。为了更有效的防范小桥涵的水毁，一般对容易水毁的位置设置相应的防护设施，如急流槽、消力坎等。小桥涵运营后的检查、养护与加固也是非常重要的，这些也是小桥涵布设时应考虑的因素之一。只有全面综合的考虑了各种因素，才能确保小桥涵的安全性。
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