山区涵洞设计

山区涵洞设计（精选7篇）

山区涵洞设计 篇1

1 涵洞设计现状

1.1 位置问题

目前铁路建设已经开始向山区拓展, 因而涵洞是铁路建设中所必须的结构, 而涵洞大多需要建设在山沟中, 因而该类涵洞的基础都建在软弱土层之上, 因此基础处理是山区涵洞的设计重点。在山沟中, 由于其本身的地质结构, 在其表层大多为3米左右的硬层, 而在此之下, 则基本为淤泥以及碎石, 所以在设计中就需要针对性地进行基础的换填。在进行设计前需要进行勘探, 而勘探往往仅仅只设置一个钻探孔, 因而一些工程没有清晰地了解施工地点的地质状况, 而在施工之后才发现地层下淤泥层很厚, 因而不得不专门请人变更, 不但会耗费大量的人力物力同时也是对工期的延误。另外在涵洞设计过程中, 通过无挡开挖的形式较多, 因而开挖过程中, 放坡量较大, 尤其在进行淤泥层的开挖中, 这就会严重损害施工现场附近的自然环境。

1.2 设计中所使用的材料无法适应时代发展

当前所使用的涵洞设计图集较为老套, 并且图集中所提出的做法也相对较为落后, 不适应当前的施工发展, 有些图集中甚至连材料的选择也同现在的涵洞质量要求有较大的差距。尤其在上世纪九十年代前对钢材的使用量控制较为严格, 因而在那之前的图集针对钢材的应用都有所控制, 因而在涵洞的建设中, 砼结构在外形中都较为粗大。例如, 在涵洞中, 会采用开口箍筋作为盖板涵改版, 并且间距较大, 由于这种结构的抗剪强度不足, 因而为提高其强度, 会适当的增加盖板砼的用量。大多数涵洞都会采用浆砌片石作为基础以及涵身的建设, 不但工程量大, 并且还会令基础埋深加大, 通过实际的操作看来, 工程存在明显缺陷。由于需要石料过多、挖方量相对较大, 因而会需要大量的劳动力, 对周围环境的影响也相对较大。另外施工中还会存在一些其他的因素, 例如, 工后沉降大, 并且由于后期出现的沉降缝处理不当, 治理病害困难较大等, 会直接影响涵洞的质量。

1.3 设计造型单一

由于涵洞大多建造于偏远落后的山区或者山沟中, 人烟稀少, 因而设计人员不会在意涵洞的外观设计, 这同当前的社会发展有着极大的出入。

1.4 设计中套用图集标准不一

在涵洞的施工设计中, 会套用不同的图集, 由于图集数量过多, 标准不统一, 各个设计院都各自为政没有统一的标准。在一条铁路上, 由于设计是由不同的设计院进行设计, 所以在很多地方构件之间都具有很大的差异, 另外由于图集数量过多, 所以, 即便是施工人员进行查图也具有困难, 因而会致使施工控制变得更为复杂。

1.5 沉降缝设计不当

在涵洞的施工中, 有关沉降缝的处理属于重点内容, 如何提高其防水性, 是设计人员予以重点考虑的。但是目前的设计中针对沉降缝的处理设计大多会使用沥青麻布作为防水卷材, 并且, 卷材只铺设至基础顶面下150mm, 其他部分则使用粘土进行填充。沥青麻布在施工中所不但施工困难, 在防水性上也相对较差, 能够使用的范围也相对较窄, 这些都是导致涵洞渗漏产生的重要因素。但是在涵洞内测通过涂抹水泥的方式处理沉降缝不能够有效处理病害, 由于水泥砂浆为刚性, 而涵洞沉降具有不均匀性, 因而使用水泥砂浆对沉降裂缝进行修复, 不利于病害的处理。

2 涵洞建设现状分析

2.1 缺乏预先勘探

在施工前, 很多施工队伍也有针对性的对涵洞施工现场进行深入勘探。仅仅按照施工图纸进行施工, 从而在开挖过程中, 使得工作陷入重复的淤泥挖掘工作中, 由于施工中支挡设置缺失, 使得山体的放坡量过大, 因而造成山体滑坡, 这对当地环境会造成严重影响。

2.2 不合理的施工方法

不正确的基础处理方式会直接导致涵洞的施工质量受到影响, 由于施工中对于基础的处理方式大多都采用了整体开挖的方式, 而没有考虑到顺序问题, 所以极其容易出现塌方现象, 尤其是雨后, 这直接影响了施工山体的结构稳定性。

2.3 施工标准低

在涵洞施工中, 在砌筑标准的确定中, 没有考虑实际情况, 标准过低, 不但无法控制涵洞质量, 同时也无法保证涵洞的外观。同当前的城市建筑相比, 山区铁路涵洞的建设水平仅仅相当于上世纪六十年代的建筑水平, 无论是砌筑技术还是工艺都令人感觉十分落后, 不但会耗费大量的人力物力, 在质量控制水平上也相对较差。

2.4 没有仔细处理沉降缝

沉降缝的处理属于施工中的重要环节, 若是没有仔细处理, 总是将涵洞作为过水涵洞处理, 认为漏点水无关紧要, 那么在施工后就极有可能出现难以整治的漏水, 若是漏水长期无法得到治理, 就会导致基础发生沉降, 引发多种病害。

3 设计中的改进意见

3.1 结构型式合理化

山区铁路涵洞从设计上就应当体现可持续发展以及环保的思想观念, 因而在结构选型上就应当注意采用钢筋砼结构, 从而降低片石的开采, 将对环境的破坏降至最低, 维持涵洞所处环境的可持续发展。例如, 在某山区进行涵洞的建设, 规格为长40米, 孔径3米, 高3米。若使用钢筋砼结果那么施工所产生的圬工量可以降低400立方, 并降低对山林的破坏, 而工程费仅仅只需要增加10%, 这一点费用同环境保护比较起来, 非常值得。

3.2 图集应当统一

对于铁路施工中有关山区涵洞的施工图集应当由设计院进行统一定型, 国家针对此类图集应当制定出统一的标准, 由有关单位进行图集修订, 从而改变当前各个设计院自行确定设计的现象, 通过标准的统一, 令涵洞的施工设计同当前社会生产力相适应, 更好地推动铁路建设事业的发展, 同时也便于施工单位查阅, 在施工过程中, 相关工作人员也更好的掌握图纸内容, 而设计单位在进行图集的套用时也能够更加便捷。

3.3 设计要与现代社会要求同步

目前山区涵洞多采用浆砌片石, 目的是利用当地资源和劳动力。这种想法是不错, 但现实是现在大部分青壮年和有一定技术的人员都到城市务工去了, 在家的大部分是中年妇女, 施工中要找到相当数量、有一定技术的砌石工人很难, 导致施工质量不高, 大量的片石开采对当地环境保护也是一个较大的压力。新的定型图集还应改善涵洞的外观, 增加富于变化的外观型式, 特别是具有民族物色的外观造型, 应按地域、民族分门别类地汇总。

3.4 设计时应对涵洞的选址进行多方案比较

尽量避开山谷冲沟软弱地带。设计单位应在充分勘测的基础上弄清地质特征, 应在保证涵洞行人、排水方便的情况下尽可能将涵洞移向山体, 避开冲沟。涵洞移向山体虽然会增加顺路顺沟的工程量, 但是能减少涵洞长度, 减少淤泥开挖及外援量, 可以减少总费用, 而且能极大地方便涵洞的施工。

3.5 涵洞基础的设计应朝浅埋柔性基础方向发展低配筋率

大量采用厚大钢性基础的设计思想是过去钢铁产量低, 国家对钢材控制的要求, 现在钢材产量大, 价格也不高, 在国家鼓励提高钢材用量的现状下, 我们应该多采用性能比石材优越的钢材。浅埋柔性基础对钢材需用量较大, 但对减少土方开挖量, 减小环境破坏, 减小圬工砌筑量, 降低劳动强度, 提高社会化作业有较大优势, 因此山区有软弱下卧层地方的涵洞基础朝浅埋柔性基础方向发展是较合理的。

3.6 防水材料的改进

柔性卷材是当前处理沉降缝的主要材料, 并且防水效果可靠。相比较传统的刚性水泥填缝以及沥青麻布处理的方式, 采用柔性卷材进行沉降缝的防水处理效果更佳。

4 结束语

通过从设计上进行改进可以将铁路建设过程中所遇到的涵洞问题予以解决, 尤其针对当前山区铁路建设中涵洞施工困难问题以及环保问题等具有积极作用。

参考文献

[1]魏磊, 杜合军.铁路涵洞设计中的注意事项分析[J]城市建设理论研究, 2014.

[2]田家升.山区山区铁路涵洞设计与施工的几个问题与解决方法[J].西部探矿工程, 2004.

[3]刘晓云.钢板桩围堰的设计与施工[J].黑龙江交通科技, 2011.

山区涵洞设计 篇2

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，遵循了安全、适用、经济、美观、有利于环保的原则同时也满足了行车、排水、净空等要求。

涵洞的类型决定了它的功能、造价和使用年限，因此涵洞类型的选择基本按照符合因地制宜、就地取材和便于施工养护等原则，同时要考虑到农田排灌的需要，综上所述可见涵洞类型的选择综合考虑了以下几个因素：

道路的等级、性质和任务涵洞所处的地形、地质、水文和水力条件 工程费用和造价 当地筑路材料情况 施工期限和施工条件 养护维修条件等 石拱涵的特点：

能充分利用天然石料，不需钢材，只需少量水泥，因而造价低，工程费用少 施工技术简单，专用设备少，适于群众建桥

结构坚固、自重及超载潜力大，使用寿命长，当然石拱涵也存在自身的缺点，那就是拱式结构需要较大的建筑高度，遭受破坏后难于修复,施工时占用劳动力较多，工期较长以及对地基要求较高等。由于以上这些优缺点使得石拱涵在使用范围上受到限制，但它是山区公路常采用的涵洞类型

钢筋混凝土盖板涵特点：

建筑高度较小，不受填土高度限制

能采用工厂预制、现场装配，施工简便迅速 为简支结构，对地基条件要求不高 遭受破坏后容易修复

由于需要水泥、钢筋等材料，所以一般造价很高 2.涵洞择位时应遵循的原则

涵洞位置应服从路线走向。由于单个小桥涵的工程数量不大，因而小桥涵位置一般是在路线走向基本确定的情况下来选择的。只有在特殊情况下（如路线遇大洼深沟。路线与河沟斜交太大等情况）才进一步权衡利弊，在不降低路线标准的条件下局部调整路线，使之从较好的桥涵位通过。

小桥涵址应布设在地质条件良好、河床稳定、水文、水力条件较好的河段。不会因小桥涵位设置不当而造成排洪不畅、冲毁路基、积水淹田或使农业灌溉和正常交通受到影响。小桥涵位置和轴线方向确定，要满足设计流量的渲泄，使水流畅通，做到“进口要顺、水流要稳”，不发生斜流、旋涡等现象，以免冲毁洞口、堤坝或农田。

位置选择要综合考虑各种因素并进行技术经济比较，使桥涵工程量（包括桥涵主体及一切附属工程）最小，以减少工程造价和养护费用。

一般情况下，应在下列位置考虑设置小桥涵或涵洞：

天然河沟与路线相交处。凡路线与明显沟形的干沟、小溪、河流相交时，且当路线上游汇水面积大于0.1km2时，原则上应设置涵洞。

农田灌溉渠与路线相交处。路线经过农业区、跨越水渠、堰塘或水库的排水渠以及通过大片梯田，影响农田灌溉时应考虑设置涵洞。

路基边沟排水渠。在山区公路的山坡线，为排除路基挖方内侧边沟流水，应考虑设置涵洞。其间距一般不大于200m~400m；在干旱山区，间距不大于400m~500m。与其它路线交叉处。当路线与铁路、公路、大车路、人行路、农村机耕道及重要管线交叉，且路线又从其上方通过时，应考虑设置相应的小桥或涵洞。其它设涵情况：

□在平原区，路线通过较长的低洼地带以及泥沼地带，为保证路基稳定，避免排水不畅及长期积水的情况，在地面具有天然纵坡的地方设置多道涵洞。如无灌溉和其它需要，涵洞间距一般是1km~2km。

□平原区路线穿过天然积水洼地，也应考虑设置数道涵洞，以沟通路基两侧水位，平衡水压。

□路线紧靠村镇通过，要特别注意设涵，以排除村镇内地面汇流水。

□山区岩层破碎及坍方地段，雨季时经常有地下水从路基边坡冒出，为使路基边坡稳定，及时疏干地下水，应配合路基病害整治设置涵洞。3.山岭及丘陵区涵位

顺沟设涵。山区河沟坡陡水急、洪水猛、历时短，冲刷及水毁比较严重，因此，涵位布置应尽量符合水流方向，顺沟设置。一般不宜改沟设涵，强求正交。

改沟设涵。只有当河沟比较宽浅，沟底纵坡平缓，水流较小时才考虑改沟设涵。改沟时要注意做好引水及防护工程，注意对下游农田的影响。

路基排水涵。涵位选择应与路基排水系统密切配合。布设涵位时，可结合路线平、纵面设计图，选择以下位置设置路基排水涵洞。

路线纵坡由下坡变成上坡的凹形竖曲线处，为排除内侧边沟水流，一般应考虑设边沟排水涵。

纵断面纵坡由陡坡变为缓坡时，内侧边沟水流由急变缓，容易产生水跃和泥沙沉积，不利排水。若在近距离内无其它涵洞时，在变坡点附近应考虑设边沟排水涵。陡坡急弯处。当路线的偏角较大（大于90度），平曲线半径较小，路线进入弯道前的纵坡又为大于4%的陡坡时,tiffany co london，边沟水流直接顶冲路基内侧，在暴雨期甚至水流溢出边沟漫过路基，直接影响路基稳定及行车安全。在弯道起（止）点附近，应考虑设边沟排水涵。

在路基挖方边坡上，设有截水沟的地段，截水沟出口处应设置排水涵洞，以免截水沟水流顺边沟流程过长，冲刷路基和路面。

岸坡设涵。当河沟边坡稳定、土壤密实（一般多为石质或不透水亚粘土）、河沟又很深时，可考虑将涵位从沟底移至岸坡上，以缩短涵洞长度。岸坡设涵时应注意做好上下游的引水沟、截水坝及防护加固工程，避免水顺老沟冲毁路堤或农田。为排除地表积水,chenille patches，在原沟底面宜做片石盲沟，然后填筑路堤。

改沟合并。当两条溪沟相距很近（丘陵区在200m以下），汇水区面积又很小（一般在0.03km2~0.05km2以下），河沟纵坡小于3%，且水流速度不大，含沙量较小时，经过经济比较，可考虑改沟合并以减少涵洞数量。改沟合并要注意开挖排水沟或加深、加宽边沟并作好旧河沟的堵塞、截水墙及路基加固工程。若改沟合并后，使河沟产生过大冲刷或淤积，以至影响路基稳定，或改沟工程过大不经济时，都不宜改沟合并设涵。改沟时，引水沟断面一般要经过水力计算决定。由于水沟易于淤塞，一般断面宁可偏大些。引水沟距路基边坡应尽量远些。改沟方式应结合改沟条件灵活处理，如有条件，在河沟上游远离桥涵处挖沟引水则更为合适。

路线跨越丘陵地区的山脊线，在凹形竖曲线处可有开挖排水沟而不设涵洞的方案，但应注意设涵与挖沟方案的比较。

当必须在河湾处设涵时，涵位应设在水流较集中的一侧，以利水流通过。

山区涵洞设计 篇3

【关键词】涵洞水位监测；GPRS；嵌入式系统

1.系统概述

最近几年，夏季暴雨频繁，北京、成都、广州等地都发生过城市涵洞人、车溺水事故，主要原因在于不知涵洞水位。基于城市涵洞水位监测系统能够对实时监测、显示涵洞水位，当水位超过警戒线时，自动发出警报，及时提醒过往行人。本系统的开发能够补充城市涵洞排水不够完善的缺点，切实消除安全隐患，保证人民生命和财产安全。

2.系统总体设计

本文所设计的城市涵洞水位监测系统采用GPRS通信方式，并采取自报/应答混合的工作方式，主要由以下三部分组成：监测节点、GPRS 网络和远程监控中心。监测节点的主要功能是检测涵洞水位信息，并通过 GPRS网络与远程监控中心实现互通。远程监控中心的主要功能是处理涵洞数据存储、接收等水位信息，实现实时数据显示、历史数据分析及查询等。城市涵洞水位监测总体设计如图1所示。

3.硬件设计

3.1监测节点子系统

监测节点控制子系统硬件核心为LPC2368的处理器，可以将传感器调理电路感知到的水位信号进行处理。控制器的AD接口通过 I/V 转换电路连接水位传感器。控制器的 UART0 接口通过 RS232 串口通信电平接口转换电路连接 GPRS 模块，用以传输水位数据。控制器的 SPI 接口连接存储模块，用以存储水位数据。水位传感器采用 WL400 投入式压力传感器。量程为 10m，精度为±1%，分辨率为 1mm，工作电压为 12V。监测节点将传感器采集上来的水位信号转换为水位数据信息，通过给GPRS模块发送AT指令，使其按照一定格式发送数据给远程监控中心。水位传感器采集的水位信息，输出为 4-20mA 标准电流信号，通过 I/V 转换电路转换成标准电压信号后，传输给控制器。控制器通过对水位信号的处理后，将其转变为数字信号存储在存储模块中，当水位超过警戒线后启动报警模块，并通过通信模块GPRS将数字信号传输给远程监控中心。监测节点子系统硬件设计如图2所示。

3.2 GPRS通信子系统

本系统平台应用于城市涵洞，既要保证将釆集到的水位信息及时有效的发送到监测中心，同时又要求在系统监测节点发生故障时能够发出报警信息，综合各方面考虑，釆用GPRS与SMS混合通信的方式，以实现数据传输与报警反馈的功能。

设备的串口根据接收数据中的通道选择命令来决定数据通过GPRS或SMS方式来发送数据，方式转换采用虚拟串口即软件复用串口方式，通过AT指令选择工作在哪个通道。通信模块釆用SIMCOM公司的双频GSM/GPRS SIM900A，对通信模块的控制由MCU发出的AT指令进行控制，没有引出语音接口，外部功能模块主要是电源接口、SIM卡接口以及MCU相关的接口等。GPRS模块与控制器通过串口进行收发数据，如图3所示：

3.3远程监控中心

远程监控中心主要将无线基站发出的水位信息入库，在此基础上管理和分析水位数据。系统开发主要基于J2EE平台，采用B/S架构的管理模式，采用分层的MVC的架构设计模式，包含实时数据显示、报表输出、统计分析、超标报警、系统时钟、参数设置等功能。

4.软件设计

本设计中选用的μC/OS-II嵌入式实时操作系统，结构简单，主要优点有：本操作系统采用C语言和汇编语言编写，而且其中绝大部分是C语言，易于上手，修改方便。监测节点软件流程如图4所示：

5.小结

本论文研究开发了一种面向城市涵洞水位监测系统。该系统以嵌入式处理器为基础，通过GPRS无线通信技术，对城市涵洞水位信息进行采集、传输、报警等处理，实现了水位监测的实时性和自动化。 [科]

【参考文献】

[1]呼娜.基于无线传感器网络的水质监测系统研究[D].西安建筑科技大学，2012.

[2]张小强，杨放春.一种基于GPRS技术的无线监控系统[J].中国数据通信，2004，1：18-21.

[3]李忠远.智能水位监测仪的研究[D].南京理工大学，2008.

山区涵洞设计 篇4

高填土涵洞土的压力非常大, 以前的设计理念根本不能满足对土压力的研究要求, 若只是按照理论计算值进行施工, 很容易造成成本资金浪费。在以往的工程应用中, 有很多施工单位出现了软土地基承载力不够, 涵洞设计没有结合实际地质要求等情况, 从而引发了各种涵洞病害。而选用大面积混凝土浇筑容易开裂、经验配筋过多。实际设计中经常因为设计者不能因地制宜或不够重视地质条件, 导致地基处理措施难以实施的情况。由此可见, 正确地优化涵洞设计, 因地制宜选用合理措施, 在提升设计质量和节约工程成本方面有着非常关键的作用。

1 高填土涵洞设计的基本思路

1. 1 计算高填土涵洞垂直方向土体压力

对于高填土涵洞来说, 垂直方向土体压力是影响结构设计的主要因素。不同的地区, 在解析垂直土压力的时候, 设计的方法存在着很大的差异。但其计算过程都非常繁琐复杂。与此同时, 计算结果的精准程度完全取决于参数的选择是否合理。公路桥涵设计的要求在于, 对涵洞上的垂直土压力进行计算时, 要严格依照涵洞内土柱的重量开展。然而, 由于目前现有的计算方法都不能准确合理的测量出实际施工中涵洞的土压力, 因而有必要研究出一种更为简洁、方便的计算方法来弥补实际施工过程中的不足, 而且这种新方法可以适用于任何状况的测量涵洞土压力。分析造成涵洞土压力的影响因素, 可以通过土压力集中系数来进行表述, 最终的计算公式是:

式中, Kz为土体应力集中系数; σ 为土体应力; H为填土的总高度; γ 为填土容重。

当 δ > 0 时, 会出现应力集中的情况, 此时Kz > 1; 当 δ <0, 即涵洞面外土柱和涵洞面内土柱沉降高度相差过大时, 会产生土拱作用, 土柱重量大于垂直土可以承受的压力, Kz <1; ; 当 δ = 0, 即涵洞面外土柱和面内土柱有相同的沉降值时, Kz = 1。所以, 设计涵洞时, 一定要先考虑施工场地的地质条件、地形条件、物质结构、结构物自身的特点、回填土土质的质量、现场施工工艺以及地基处理措施等一些重要因素, 当涵洞平面内与平面外土柱之间的沉降差值明确之后, 再定性来计算土压力的集中系数。

1. 2 高填土涵洞减荷方法

按照土拱计算理论可以得出, 利用工程方案和解决措施, 可以降低结构物土压力, 使其产生“土拱效应”, 使涵顶土柱的重量由内外侧土柱一起承受。

1) 在不超出涵洞厚度值的规定范围内, 填土方式可优先考虑“中松侧实”或填充压缩性比较高的材料来进行施工。例如: 在不超出涵洞上方的高度的要求下, 借助比相邻填土压实程度低的土质来填补, 从而构建出一个内部疏松、外部严实的土质区域。效果如图1 所示。

施工时可以使用钢筋在区域上方进行布置, 然后在其上方布置土工布, 保证钢筋两端锚准确固定在密实土体层中[2]。通过四周土质较密的地层和软地质层之间的沉降差, 使上方区域钢筋产生下挠, 最后依靠钢筋的被动作用和锚固作用, 将涵顶垂直力土压力荷载上传至涵台外部的密实土体上, 达到降低涵洞顶部土压力的目的。

2) 一般情况下, 如果地基的承载力满足于基本标准时, 需要科学地选用处理措施。例如, 在选择软地基的同时, 对两侧通道地基进行加固, 使地基出现差值, 从而达到减荷的目的。需要注意的是, 在涵洞地基设计过程中, 需要重点保证涵洞轴和地基间的安全性。

2 处理软土地基的相关措施

2. 1 提高软土地基承载力

2. 1. 1 水泥旋喷桩

水泥旋喷桩加固涵洞地基的效果特别好, 通常水泥旋喷桩是使用单层注浆管喷射水泥浆液, 利用该浆液的喷射流来对土体进行冲刷, 慢慢将冲下来的土颗粒与水泥浆混合起来, 经过一定的时间, 逐渐凝固形成新的旋喷桩。实际施工过程中选用的旋喷钻机喷射水泥浆液, 要求规定喷头转速为30 r/min, 喷头喷射速度为0. 2 m/min, 喷射压力不得小于20 MPa。为保证水泥浆在地基中的均匀性、喷射最终效果以及桩径的设计要求, 可以选用一些较为有利的措施, 例如提高喷射压力、降低回转和提升喷射速度等, 同时也可以选用复喷工艺。复喷工艺在国际上被称为CCP工作法, 在我国一般应用在山区涵洞地基处理中。

2. 1. 2 强夯替换

强夯替换技术主要用于素填石、黏性土、砂土、碎石、低饱和度粉土等基地。比如: 替换材料选用极好的碎石、块石等坚固颗粒材料, 强夯挤密碎石桩工艺处理的涵洞地基, 颗粒直径超于300 mm的颗粒含量不超过全重的30% 。夯点之间的距离为4 m, 另外还要确保外面的夯点离基础边缘不超过3 m, 通常一次击夯能量是4 000 k N/m。该方式最大的优点是周期较短, 投资成本少, 而且施工质量好。

2. 1. 3 预应力混凝土管桩加强地基

预应力混凝土管桩是一种地基加固方式, 通常被用于地质较软的地方, 生产工艺非常成熟, 并且材料选择也简单, 模板使用效果好。管桩的锤击方式及其运输、堆放都必须按照管桩的设计标准要求施工。管桩型号必须按照工程地质条件、荷载能力、上部具体结构选择, 并且保证管桩的中心不能超过桩身直径的2 倍, 长径不得超过100mm, 接桩数尽量少。

2. 1. 4 压力注浆

所谓压力注浆法指的是将固化的化学浆液或水泥浆液通过一定的压力加入到地基缝隙中, 从而提升地基的承载力。具体实施方式是, 先使用设备在地基表面钻孔, 使浆液慢慢渗透到孔洞中。在注浆孔允许的范围内, 固化的泥土颗粒和浆液会慢慢凝结成类似圆柱状的固结体, 这些固结体具备很好的抗压功能, 因此, 可以借此固结体来提升地基的承载力。

2. 2 不同地基处理方法的分析

地基的处理方式主要有水泥旋喷桩、压力注浆、强夯替换、预应力混凝土管桩等, 但是其方式不一样, 优势也不一样, 因此, 必须要对地质实际情况和现场施工条件进行全面分析后, 才可以决定使用哪种方式, 否则将会造成成本浪费, 最后使得地基施工效果不达标。通常情况下会选用强夯替换, 因为压力注浆的效果虽然极佳, 但技术难度过高, 以我国目前的施工技术来看, 强夯替换较为容易施工[3]。一般情况下会选择压力注浆的方式进行施工, 以保证地基长时间使用后仍具有稳定性。使用水泥旋喷桩和预应力混凝土管桩来对大埋设深度或者地质较软地区进行地基加固。与这两个方式相比较, 强夯替换和压力注浆没有任何效益优势和质量保证。然而, 由于沿海地区大部分是软土地区, 淤泥较多, 流动速率较大, 选用水泥旋喷桩和预应力混凝土管桩对其进行加固是最佳的, 既能高效地保障地基的稳定性, 也能提高地基的承载力。结合该地区实际情况, 通常都是选用预应力混凝土管桩来作为该工程施工的主要方式, 因此, 在该地区进行地基处理时, 都会优先选择预应力混凝土管桩, 这种方式最大的优势是节省材料、施工设备简单、容易使用。

3 结语

涵洞设计比其他桥梁设计简单, 但是涵洞的施工量却是整个工程项目中比重最大的, 尤其体现在山区公路中。由于以前的设计脱离实际, 设计不合理、造价高、质量低, 容易出现质量问题, 没有结合实际地质情况进行考虑, 因此, 产生了许多关于涵洞病害的问题。为了缩小这些因素对涵洞结构的影响力, 按照以往的工作经历, 对涵洞设计中出现的这些问题进行详细研究分析, 为今后做好涵洞设计工作贡献一份力量。

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参考文献

[1]张世平.高填土涵洞土压力与变形及其减荷措施特性研究[D].成都:西南交通大学, 2004.

[2]顾克明, 苏清洪, 赵嘉行.公路桥涵设计手册系列-涵洞[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[3]韩拴奎.涵洞土压力与沉降[J].山西交通科技, 2000, 28 (1) :30-32.

无常年流水地区涵洞设计 篇5

关键词：涵洞断面,设计流量,断面形状及尺寸拟定

对施工单位技术人员来讲, 从事施工与设计工作并不能完全脱离, 很多变更方案提出的过程, 也可以说是一个工程初步设计的过程。笔者以在山西施工中遇到的桥变涵洞问题, 进行扩展延伸, 对无常年流水地区的普通涵洞设计进行探讨, 希望能对野外施工时遇到的相应项目的技术人员有所帮助。

1 新建涵洞的设计目的和指导思想

涵洞是为了渲泻地面水流而设置的横穿路堤的小型排水构造物, 北方公路在设置涵洞位置, 一般均无常年流水。水流基本形势是以季节性洪峰为主, 故新建涵洞, 大都设计成无压力式涵洞, 最大洪流通过时, 保证过流面不与涵洞顶接触, 使涵洞内始终保持有自由水面。由于施工单位性质决定, 施工方即使设计出了涵洞, 也不具备让业主承认的条件, 对设计工作的最终决定, 还得由设计院来定稿, 施工方在进行完涵洞断面设计后, 能负责的设计工作已经完成。后绪工作, 就待设计单位的验证与进一步细化了。

2 设计思路

涵洞设计大体分四步

1) 水文计算, 确定设计流量。2) 水力计算, 确定断面形状及尺寸。3) 根据确定的断面的跨径, 查交通部相应颁布的涵洞设计标准图, 找到与水力计算出的断面, 最接近的标准图。4) 套用标准图, 再次对尺寸进行修正, 提出适合情况的涵洞方案。做为施工方来讲, 在完成了设计断面的形状和尺寸指定后, 附上相关计算书, 对涵洞的设计任务便告一段落。

3 水文计算

水文计算的过程, 是一个确实设计流量的过程。目前公路工程上确定设计流量主要采用经验公式法和推理公式法两种方法进行计算。由于自然因素的不确定性, 计算理论很多, 并无一定论, 本文仅选择两个公式进行讨论, 无水地区, 一般情况下, 按此两公式验算, 均可达到设计目的。

3.1 经验公式:Q=CSF2/3 (1)

C——地貌有关系数, 山岭区为0.55, 一般丘陵区为工0.4~0.5, 黄土丘陵区为0.37~0.47, 平原区为0.3~0.4;S——相应于洪水频率的小时降雨量 (mm) , 根据设计洪水频率和地区从暴雨等值线图表中获得;F——汇水面积, 可在地形图上勾汇量取, 必要时, 到现场量测 (Km2) ;3.2推理公式:Q=ψ (h-z) 2/3F4/5a (2)

ψ——地貌系数;h——径流厚度 (mm) , 查常用径流厚度h值表获得;z——地表拦蓄径流厚度 (mm) ;a——综合系数 (汇水面积较小, 不大于10Km2, 一般取1)

在分别用两个公式计算出汇水区流量后, 从安全角度出发, 选取较大一个流量值做为涵洞的设计流量进行下步验算。

4 水力计算

在现行的公路涵洞设计资料中, 由于自然影响因素的复杂性, 给了一堆公式进行验算, 无经验的设计者在验算过程中, 难免把握不准, 无用的计算, 罗列一堆, 有用的还不一定计算到位。笔者根据流体力学中过水最优断面理论与传统涵洞设计相结合, 用数学思维进行分析, 对无常年流水地区的定截面涵洞设计提出了一套针对性的处理意见与计算方法。

4.1 关于模型假定

4.1.1 建立模型

结合假定的理想化的工程特点, 涵洞内水流情况: (1) 过水断面形状和大小沿程不变; (2) 水流及流速分布沿程不变; (3) 水力坡度与涵底坡度相等; (4) 水面与涵洞顶内壁间始终存在符合设计细则要求的净空, 水流有与大气接触的自由表面, 在涵洞内进行无压流动。从流体力学模型考虑, 可以将涵洞内水流模型近似确定为:明渠恒定均匀流, 按明渠恒定均匀流渠道情况进行设计验算。

4.1.2 水力模型参数要求

(1) 底坡为顺坡 (正坡) ; (2) 过水横断面不变; (3) 棱柱形渠道, 即A=f (A) ; (4) 糙率沿程不变; (5) 无局部干扰

4.1.3

模型内, 水流自身流体力学特性及物理特点: (1) 流动状态下, 水流的重力在流动方向上的分力与水流摩擦力平衡; (2) 能量变化上, 单位重力所做的功等于阻力所做的功, 总体动能不变, 势能减小。现实中出现的水流大部分是非均匀流, 但对于正坡棱柱形渠道, 只要足够长, 总能由非均匀流转化为均匀流。

4.2 明渠均匀流基本公式

V——水流速度;C——谢才系数;R——水力半径;J——水力坡度;i——渠底坡度;Q——过流量;A——过水断面面积;n——糙率;χ——湿周

4.3 对计算公式的数学分析

4.3.1 从流量公式不难看出, 流量的大小, 取决于过水断面 (A) 与水流速度 (V) 两个变量, 故可用数学符号表示为Q=f (A, V) 。

4.3.2 因为R=A/χ, V=C (Ri) 1/2, C=R1/6/n

又A=f (过流面尺寸) , χ=f (过流面尺寸)

所以流量公式可表示为为Q=f (过流面尺寸, n, i)

4.3.3 按照一般设计原则, 尽量避免大填大挖, 涵洞设计底坡尽量与原地面平均坡度保持一致, 故i可视为常数。至于n, 则伴随着设计构思的出现, 也同时成为定值。 (表3)

4.3.4 综上所述, 验算流量的通过问题, 就成了对过流面尺寸的拟定问题, 可用Q=f (过流面尺寸) 来表示。

5 标准图的选取

在验算完设计尺寸及各相关数据的可行性后, 查交通部颁公路涵洞标准图进行最终尺寸的确定, 选取比验算所得截面较大且最相近的尺寸截面类型。

结语

在进行完一系列计算后, 涵洞的断面确定工作便完成了, 施工单位需要对此以红头文件形式上报设计代表, 并附相关计算书, 等待设计院的最终回复。待变更的设计图纸到位后, 便可进行组织施工。

参考文献

[1]周水兴, 何兆益, 邹毅松等.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社, 2001.5.76.

浅析高速公路涵洞设计 篇6

它是道路排水体系的关键内涵，尤其是在水分非常多的区域中最为关键。其在道路中占据的分量是非常多的，具体体现在项目的总数以及成本等相关的内容上。根据相关的信息分析，小桥涵工程数量约占桥涵总数的60%～70%，一般平原地区每千米约有1道～3道；山区每千米平均约有3道～5道。项目费用在总体的费用中占据大约五分之一的比例，可见它的作用之大。

2 常见的类型区分

2.1 结合建材性质来区分

(1) 砖涵。它可以在所在地区获取，不过不适合在碱比例较高的区域。

(2) 石涵。它的成本和护理的资金非常少，不用使用过多的钢材等物质，而且可以长久地使用，在石块比较多的区域中最好是将其当成首选。

(3) 混凝土涵。多用于四铰管、拱涵，少量用于圆管及小跨径的盖板涵。它不需要使用过多的钢材物质。

(4) 钢筋混凝土涵。用于管涵、盖板涵、箱涵和拱涵。其洞身非常的稳当，而且便于长久地使用，不需要花费大量的资金。它的输送等不费事，但是和上述相比其用到的钢的数量较大，而且预制活动也更加的繁琐。

(5) 其他。有木涵、瓦管涵、铸铁管涵、石灰三合土拱涵等。

2.2 结合构造的样式来区分

(1) 管涵。直径一般取0.5-1.0 m，受力情况和适应基础的性能较好，仅设置端墙，不需要墩台，因此不需要过多的圬工与成本核算。不过当路堤不高的时候，其运行会受影响。

(2) 盖板涵。盖板涵在结构形式方面有利于在低填土路基上设置，且能做成明涵。

(3) 拱涵。超载潜力比较大，而且它的砌筑工艺非常简单，应用比较的普遍。

(4) 箱涵适用于软土地基，缺点是建设活动不易开展，费用非常多，最好是不运用这种方法。

2.3 结合洞顶的土壤的类型来划分

(1) 明涵。洞顶不填土，适用于低路堤及浅沟渠处。

(2) 暗涵。洞顶填土大于50 em，适用于高路堤及深沟渠处。

2.4 结合水利性特征来区分

(1) 无压力式涵洞。入口处水深小于洞口高度，洞内水流均具有自由水面。

(2) 半压力式涵洞。人口处水深大于洞口高度，水流仅在进水口处充满洞口，而在涵洞的其他部分都具有自由水面。

(3) 压力式涵洞。人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。

3 使用规定

使用的时候，其会长久一受到外在的风雨等恶劣气候条件的影响，同时其自身还应该确保通行活动以及排水工作顺利开展，所以，在其使用的时候要确保具有以下的这些规定：

3.1 要有高效的泄洪水平。

要确保当遇到超严重的灾情的时候，可以有效地进行排洪工作，确保不会对道路以及附近的设施等带来负面效益。

3.2 确保强度和安稳性等符合规定。

在受到重力影响的时候，确保构件不会出现严重的位置移动以及形变等现象。以此来确保通行顺畅安稳。不但要符合此时的规定，同时还要分析道后续的活动需求。

3.3 要有非常好的持久性特征。

要确保在正常的使用时间段中运作合理。

3.4 当其合规安全性标准之后，要展示出它的低成本性特征。

要尽量使用全新的物料等，要确保建设活动成规模，进而获取非常好的效益性。

4 设计工作中要明确的详细内容

为确保合乎涵洞等运行规定，接下来具体的论述在设计时要关注的一些要素：

4.1 明确涵洞等具体方位和大小。

结合具体状态明确其实际方位，进而使用优秀的构造，通过有效地措施来明确其尺寸大小。不过我们需要认真关注的一项内容是，在高速公路中计算涵洞设计流量时一般采用1/100的设计频率，斜交角度较大时应避免采用拱涵，如果涵的长度非常长的话，最好是用大一些的涵洞，除此之外，分析其大小的时候还应该分析到后续的维护等内容，这些要素是我们在明确其形式等要关注的事项。

4.2 认真地布设钢筋。

假如其选择出现问题，两根之间的距离太近的话，就必然会发生蜂窝以及空隙等现象。而且要确保保护层有一定的厚度。假如其非常薄的话，在平时的状态中，其非常的易于出现水化现象，形成一定的物质，进而无法获取外在的保护效力，导致保护层受到影响，这时候就会使得材料出现生锈问题。

4.3

为了防止不均匀沉降及基础柔度过大而产生的影响，沿涵长方向每4m～6m设置一道沉降缝，要在缝隙地方积极的防水，这样做的目的是为了避免水对构造产生不利作用。沉降缝设置位置和数量要合理，要保证洞口段落不要太短，设置太少则易造成涵洞基础沿涵长方向柔度过大从而产生较大变形影响正常使用，当采用整体式基础时尤为明显。

4.4

基础埋置深度应符合设计规范要求，当地基承载力不足时可以通过采用整体式基础减小基底应力或者采用地基处理来提高地基承载力的方法解决。

4.5

在高速公路项目中做暗涵条件满足时尽量采用暗涵，这样可以保证行车的舒适性和安全性，当采用明涵时应设置搭板来降低桥头跳车产生的影响，有的地方也通过在涵台背4m～6m范围内填筑特殊填料来实现涵洞和路基的刚度过度。

4.6

为了防止外界环境对结构物的侵蚀，特别是在有腐蚀的环境下，可以通过加大钢筋保护层厚度或者在表面涂抹沥青等防腐材料来提高结构物的耐久性。

4.7

八字墙、翼墙、锥坡、截水墙等附属设施形式和尺寸的选择要合理，既要保证结构的安全性，又要保证结构的正常使用功能。

上文的这七点内容是在开展设计活动时，要认真关注的事项，相同的要素非常多，这就要我们在具体的活动中认真地分析。

5 分析设计的发展前景

通过分析无数的实践活动，我们明确在具体活动中，其面临的非常多的不利现象在设计的时候是能够有效的应对的。设计者在开展工作的时候认真仔细分析问题，就可以确保项目的品质合乎规定。而且要高效率的使用全新的工艺和物资，选取方案的时候还应该分析到它的成本问题。当设计时期将所有的对品质有作用的要素分析到位了。才可以确保项目的品质合乎规定。这项内容是所有的设计工作者要认真分析的。

摘要：文章重点分析了涵洞在道路中的应用, 结合怎样在具体项目中确保该项设计发挥作用的说明, 进行了适当的论述。并且介绍了在这个步骤中应该关注的一些具体内容, 目的是为了更好促进我国的道路事业的发展。

关键词：公路工程,涵洞,使用要求

参考文献

[1]孙家驷.公路小桥涵勘测设计[M].第3版, 北京:人民交通出版社.2004.

[2]刘培文.公路小桥涵设计实例[M].北京:人民交通出版社, 2004.

高填方高速公路涵洞基础设计初探 篇7

在现在高速公路设计中, 特别是山区高等级公路受平、纵面指标的限制, 不可避免地出现接连不断的高填方路段。在桥涵设计中, 常常会遇到路线跨越深沟 (渠) 的情况, 为了满足道路横向交通或路基横向排水的要求, 需要在此处设置桥梁或涵洞, 出于路基土石方填挖平衡和经济方面的考虑人们普遍采用了高填土涵洞方案。通常对于高填土涵洞的设计问题, 上部结构可通过增加截面尺寸或钢筋数量来解决:而下部结构截面尺寸变化幅度大, 基础所受的垂直力要求地基容许承载力在1000k Pa以上, 一般的地基很难达到要求。本文就分离式和整体式基础的计算结果做简要对比, 并给出部分设计参考数据以及施工注意事项。

2 涵洞基础底应力计算

高填土涵洞, 洞身主要承受的荷载是填土自重和土压力, 汽车活载效应较小, 若换算成土层厚度Hd, 回填土容重取γ=18k N/m3, 当填土高度H0=1m时, 汽车一20级Hd=2.2m, 汽车一超20级Hd=2.6m, 当H0=4m时, 汽车一20级Hd=0.5m, 汽车一超20级Hd=0.6m, 当填土高度大于12m时, 几乎可以忽略活载的影响, 认为涵洞只承受土的自重和土压力。

2.1 分离式基础的基底应力计算。

以钢筋混凝土拱涵为例.基础断面如图1所示, 计算结果如下。2.1.1当填土高度H=18m, 跨径L=4m, 台高h=3m时, a=140cm, b=460 cm, c=80cm, H0=200cm, 计算最大基底应力δ=820 k Pa, 基础的混凝土用量15.2m3。2.1.2填土高度H=26m, 跨径L=5m, 台高h=4m时, a=190cm, b=600cm, c=100cm, H0=250cm, 计算最大基底应力δ=1174k Pa, 基础的混凝土用量24.6m3。一般地基承载力约为400k Pa, 即使考虑基底应力修正, 一般地基仍不能满足要求, 这说明在一般地基上高填土涵洞不宜采用分离式基础。

2.2 整体式基础的基底应力计算。

若采用整体式基础, 基础断面如图2所示, 其计算结果为:2.2.1当填土高度H=18m, 跨径L=4m, 台高h=3m时, a=140cm, b1=200cm, b2=270cm, Bj=740cm, C=25cm, HB=70cm, DH=70cm, Hz=140cm, 基础最大基底应力δ=415k Pa, 每米涵长基础混凝土用量8.5m3。2.2.2当填土高度H=26m, 跨径L=5m, 台高h=4m时, a=190cm, bl=250cm, b2=340cm, Bj=930cm, C=25cm, HB=120cm, DH=130cm, Hz=250cm, 基础最大基底应力δ=570k Pa, 每米涵长基础混凝土用量18.8m3。对于整体基础而言, 很显然土压力为内力, 不产生对基底的弯矩, 从而降低基底应力。与分离式基础相比, 它有节省工程量、整体性能好的特点。此外, 整体式基础还能使地基土的容许承载力较分离式降低一半, 从而满足在一般地基上建高填土涵洞的承载力要求, 这两点在实际工程中具有很重要指导意义。

2.3 基底容许承载力的修正。

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》 (JTJ 024-85) 第2.1.3条, 对于一般粘性土地基, 不考虑宽度修正。当H>3 m, 且h/b≤4时, 修正后的地基容许承载力计算如下:

式中:[δ]-地基土修正后的容许承载力;[δ0]—天然地基土的容许承载力;γ—基底以上土的换算容重;H-基础底面的计算埋置深 (H<3m时不修正) 。对于H的计算, 本文参照的是《工业与民用建筑规范》的计算方法, 与《公路桥涵的基础设计规范》 (JTJ 024-85) 有所不同, 对于分离式基础, 基础埋置深度H值从洞内铺砌顶面算至基底;对于整体式基础, 整个涵洞基础的受力特点相当于地下室基础, 涵洞顶上及两侧的路基填土层相当于在基础底面标高上作用有侧向超载, 其值为r H, 它将阻止基底下的土向两侧挤出, 从而增加地基的强度。所以, 整体式基础埋置深应从路面计算至基底, 如果涵洞一侧为斜面, 则取基础边缘外2倍基础宽范围内的最低覆土高度计算。

对于本文上面算例可以得到:分离式基础H<3 m, 不修正。

整体式基础[δ0]=300 k Pa, 修正后的地基容许承载力为:

[δ1]=680 k Pa>410 k Pa, 基底应力满足要求;

[δ2]=850 k Pa>570 k Pa, 基底应力满足要求。

3 设计参考表及施工注意事项

3.1 设计参考表。根据上面的计算思路, 通过编写V-B计算程序, 可以很容易设计结果, 表1、2供设计参考数据。

3.2施工注意事项。结合以往的施工经验, 对于高填土涵洞施工除按一般技术规范的要求外, 还应注意以下几个方面:3.2.1涵身两侧填土时, 需在结构砌筑强度达到100%以上方可进行。填土需分层填筑, 不得采用大型机械推土碾压, 更不能只在一侧夯填, 必须两侧同时对称进行。3.2.2施工过程中, 当涵洞顶填土厚度不足0.5米时, 严禁任何重型机械车辆通过, 并不得使用震动碾进行碾压。3.2.3对于钢筋混凝土拱涵, 拱圈混凝土达到设计强度的100%方可进行拱顶填土。拱顶填土必须两侧对称进行, 严禁不对称填土。涵台后填土至涵台顶面后方可浇筑拱圈, 严禁涵台后填土未完成就浇筑拱圈。浇筑拱圈应在低温时进行, 合拢时温度不得大于15℃。

4 结论