涵洞

在水渠通過公路的地方，為了不妨礙交通，修築於路面下的過路涵洞，讓水從公路的下面流過再翻到地面上來，形狀有管形、箱形及拱形等。它是根據連通器的原理，常用磚、石、混凝土和鋼筋混凝土等材料築成。它是路堤通過窪地或跨越水溝，或為把路基上方的水流宣泄到下方時，而設置的橫穿路基的小型地面排水結構物。其單跨計算跨徑L小於5m，多孔跨徑總長（即L1）未嚴格説明。涵洞上覆土體採用鄧肯雙曲線模型、地基採用彈性模型，通過力的平衡和變形協調條件，提出涵洞土壓力計算方法，並對上埋式鋼筋混凝土涵洞頂部垂直土壓力進行計算，由此分析了涵洞土壓力的主要影響因素。結果表明：涵洞土壓力系數隨地基彈性模量、涵洞高寬比和填土內摩擦角的增大而增大，隨填土壓縮性的增大而減小，隨填土高度增大呈先增後減的變化規律；填土厚度等於初始等沉面高度時，土壓力系數有最大值 ^[1]  。

橋與涵洞技術上是以跨徑為劃分標準的。一般5米（不含）以上稱橋，以下就稱涵洞。但圓管涵和箱涵不論孔徑、跨徑多少都稱涵洞 ^[2]  。

但實際上，涵洞與橋樑的主要區別是在於，一般涵洞上有填土，而橋上就直接鋪軌道（但仍有道碴）。從側面看，涵洞就象在路基上挖的孔，而路基在橋樑處就斷開了。

根據以上説明，可以看出按是否填土來區分，只是通常的，非正式的一種區分方式。從技術上來説，應該按長度來確定。

涵洞是設於路基下的排水孔道，通常有洞身、洞口建築兩大部分組成。洞身由若干管節組成，是涵洞的主體。它埋在路基中，具有一定的縱向坡度，以便排水；端牆和翼牆位於入口和出口及兩側，起擋土和導流作用，同時還可以保護路堤邊坡不受水流沖刷。涵洞組成，涵洞一般橫穿路堤下部，多數洞頂有填土，採用單孔或雙孔，孔徑0.75～6 m。

洞身形成過水孔道的主體，它應具有保證設計流量通過的必要孔徑，同時又要求本身堅固而穩定。洞身的作用是一方面保證水流通過，另一方面也直接承受荷載壓力和填土壓力，並將其傳遞給地基。洞身通常由承重結構（如拱圈、蓋板等）、涵台、基礎以及防水層、伸縮縫等部分組成。鋼筋混凝土箱涵及圓管涵為封閉結構，涵台、蓋板、基礎聯成整體，其涵身斷面由箱節或管節組成，為了便於排水，涵洞涵身還應有適當的縱坡，其最小坡度為0.3%。

洞口是洞身、路基、河道三者的連接構造物。洞口建築由進水口、出水口和溝牀加固三部分組成。洞口的作用是：一方面使涵洞與河道順接，使水流進出順暢；另一方面確保路基邊坡穩定，使之免受水流沖刷。溝牀加固包括進出口調治構造物，減衝防衝設施等。

由於涵洞是處於大自然環境（風、霜、雨、雪、冰凍、高温、水流衝擊）和行車荷載的作用下，因此要求涵洞必須具備如下特點：

（1）滿足排泄洪水能力，保證在50年一遇洪水的情況下，順利快捷地排泄洪水。

（2）具有足夠的整體強度和穩定性，保證在設計荷載的作用下，構件不產生位移和變形。

（3）具有較高的可靠性和耐久性，保證在自然環境中，長期完好，不發生破損。

涵洞根據不同的標準，可以分為很多種。按建築材料可分為磚涵、石涵、混凝土涵、鋼筋混凝土涵；按照構造形式，涵洞可分為圓管涵、拱涵、蓋板涵、箱涵。按照填土情況不同分類，涵洞可以分為明涵和暗涵。明涵是指洞頂無填土，適用於低路堤及淺溝渠處。暗涵洞頂有填土，且最小的填土厚度應大於50cm，適用於高路堤及深溝渠處。按水利性能分類，涵洞可分為無壓力式涵洞、半壓力式涵洞、壓力式涵洞。無壓力涵洞指的是入口處水流的水位低於洞口上緣，洞身全長範圍內水面不接觸洞頂的涵洞。半壓力式涵洞指的是入口處水流的水位高於洞口上緣，部分洞頂承受水頭壓力的涵洞。壓力式涵洞進出口被水淹沒，涵洞全長範圍內以全部斷面泄水。

圓管涵由洞身及洞口兩部分組成。洞身是過水孔道的主體，主要由管身、基礎、接縫組成。洞口是洞身、路基和水流三者的連接部位，主要有八字牆和一字牆兩種洞口型式。

圓管涵的管身通常由鋼筋混凝土構成，管徑一般有0.75米、1米、1.25米1.5米和2米等五種，管徑的大小根據排水要求選擇，多采用預製安裝，預製長度通常為 2米。當採用0.5米或0.75米管徑時用單層鋼筋，而孔徑在1米及1米以上時採用雙層鋼筋。0.5米管徑時其管壁厚度不小於6釐米，0.75米管徑時管壁厚度不小於8釐米，1米管徑時管壁厚度不小於10釐米，1.25米及1.5米管徑時管壁厚度不小於12釐米。

拱涵是指洞身頂部呈拱形的涵洞，一般超載潛力較大，砌築技術容易掌握，便於羣眾修建，是一種普遍的涵洞形式。

拱涵的構造由洞身、出入口端牆、翼牆和出入口的鋪砌組成。洞身又分為拱圈、邊牆（雙孔的還有中墩）及基礎三部分。拱圈一般採用最小厚度為40 cm的等截面圓弧，邊牆及中墩用以支承拱圈，邊牆內側為豎直面，外側為適應拱腳較大水平力而設有斜坡；基礎根據孔徑大小一般採用整體式或分離式；洞身全長一般不做成整體，而是用沉降縫將洞身分割為若干涵節，以適應不同基底應力導致不均勻下沉產生的不規則斷裂。拱涵的出入口均設有端牆和翼牆，作用是保證水流順暢流入洞內，防衝、防滲及維護路堤的穩定。此外，為防止對出入口基礎及路堤的沖刷，在其一定範圍內的溝牀還應進行鋪砌加固。

蓋板涵是涵洞的一種形式，它受力明確，構造簡單，施工方便。蓋板涵主要由蓋板、涵台及基礎等部分組成。蓋板涵與單跨簡支板梁橋的結構形式基本相同，只是蓋板涵的跨徑較小。

鋼筋混凝土蓋板箱涵 ，洞身由鋼筋混凝土圓管構成，管節形狀均較簡單，基礎工程亦簡易，又可在成品廠集中預製。在既有鐵路增建涵洞時，用圓涵可便於採用頂進法施工，對鐵路運營影響小。但其過水麪積遠較拱涵、箱涵為小，泄洪能力差，更不適用洪水夾石塊的河溝，也不宜用作立交涵或人工灌溉渠道。另外，圓涵涵頂填土愈高，孔徑愈大，不僅運輸安裝不便，而且工程量增大，因此常用的圓涵孔徑一般小於2.5 m，填土高度不大於15m，所以圓涵適用於孔徑小，且沙石料缺乏地區。

箱涵 以蓋板取代拱圈，洞身截面變成了箱形，稱為蓋板箱涵（圖3），常採用的跨度在0.75 ~ 3.00 m間。蓋板為梁式結構，其邊牆尺寸較拱涵小，工程量節省；蓋板箱涵內過水麪積比同孔徑的拱涵大，排水能力較拱涵為強；高路堤採用蓋板涵時，其蓋板跨中彎矩要增大，不如拱涵經濟，故蓋板涵一般只適用於低路堤。

1.倒虹吸管涵主要由進口段、水平段和出口段組成。進口段由進水河溝、沉澱池、進水井等組成。水平段是倒虹吸的主體，由基礎、管身、接縫等組成。出口段由出水井、出水河溝等組成 ^[3]  。

2.管身宜為鋼筋混凝土圓管，管身基礎由級配砂石墊層和混凝土基礎構成。管身接縫宜為鋼絲網抹帶接口或環帶接口 ^[3]  。

3.進出水井宜由混凝土構成，也可由水泥砂漿砌片石構成。豎井上應設置活動的鋼筋混凝土頂蓋。沉澱池宜由漿砌塊、片石構成。基礎由混凝土和砂礫墊層構成。進出口河溝一定範圍內應做鋪砌加固 ^[3]  。

1.管身由薄鋼板壓成波紋後，卷製成管節構成。整體式波紋管採用法蘭連接；分片拼裝式波紋管採用鋼板搭接，並用高強螺栓連接 ^[3]  。

2.鋼波紋管涵地基或基礎應均勻堅固，其地基或基礎的最小厚度與寬度應符合表8.1.6的規定 ^[3]  。

3.鋼波紋管管節內外面和緊固連接螺栓或鉚釘，應進行熱鍍鋅防腐處理 ^[3]  。

4.管身楔形部分應採用礫類土、砂類土回填。管頂填土應在管兩側保持對稱均勻、分層攤鋪、逐層壓實，層厚宜為150～250mm，其壓實度不應小於96% ^[3]  。

此外，還廣泛採用鋼筋混凝土剛架式箱涵、鋼筋混凝土卵式拱涵及拼裝式箱涵等。其優點為泄洪能力強，圬工量小，結構輕巧，便於預製拼裝，缺點是鋼材用量較多。這些涵洞多用於砂石材料供應困難，施工條件較差的地區。而在某些特殊情況下除橋涵排水方案外，還應考慮其他工程措施，如選用倒虹吸管、渡槽或泄水隧道等。

高速公路工程建設中用到的涵洞，以箱涵最多。箱涵不是蓋板明渠，箱涵的蓋板及涵身、基礎是用鋼筋砼澆築起來的一個整體，可用來排水、過人及車輛通過。箱涵適用於軟土地基，但造價比較高。現以大廣高速京衡段LQ7標的K64+491.3箱涵為例，具體介紹這種涵洞的施工工藝。該箱涵的參數為，與路線夾角70°、孔徑6m、高3.5m，其具體的施工工藝如下。

1.施工準備

根據招投標文件、施工合同，設計文件及公路橋涵施工技術規範，編制施工組織設計。做好測量資料的複核及導線點、水準點位的複測，將施工組織設計、測量資料的複核及砼的施工配合比設計報監理工程師審批。審批通過後，架設全站儀精確放出箱涵基礎的四個角，測出原地面的標高。

2.施工方法

第一步基坑開挖。基坑開挖採用人工配合挖掘機作業，當挖至高於設計0.3～0.4m時，用人工配合繼續開挖修整成型。基底的平面尺寸要比基礎的平面尺寸寬出1m多，基坑挖的不深且土質良好，基坑坑壁不用支護加固。考慮到春天的雨水稀少，基坑口周堆土堆防止地表水的流入，為縮短基坑暴露時間，預計好基坑成型的時間且提前通知監理工程師，在基坑達到設計要求後立即進行檢查。基底經監理工程師檢驗地基承載力符合設計要求並簽訂隱蔽檢查證書後，且按照圖紙設計回填20cm砂礫墊層並夯實檢測後，才能進行基礎砼澆築。

第二步澆築基礎砼。砼用料採用符合設計要求的砂、卵石和水泥，卵石粒徑不得超過結構物最小尺寸的1/4和鋼筋最小淨距的3/4。水泥採用普通硅酸鹽水泥32.5R，砼採用SF60型水泥砼拌和樓出料，以確保砼的標號和質量。每隔4m在板接縫處設一道沉降縫，縫寬1～2cm，沉降縫平行路中線佈設，在澆築時用符合設計要求的泡沫材料填塞。基礎砼一次澆築，不留施工縫。

第三步箱底澆築。箱底採用60cm厚的C30的鋼筋砼。在基礎上清刷乾淨後綁紮鋼筋，支立定型鋼模板，自檢合格後報監理工程師，檢驗合格簽字確認後澆築砼。圖紙設計整個涵洞分兩次澆築，先澆築地板及腹板內壁以上30cm。為了保證兩次澆築有良好的接觸面，第一次澆築完成後應刷毛處理。

第四步涵身澆築。涵洞牆身砼用料和第一次澆築板底的砼相同。涵洞牆身採用搭支架、支立定型鋼模板現澆施工。支架的立柱應保持穩定，並用斜撐拉桿固定；安裝側模板時，應防止模板位移和凸出。模板安裝完畢後，必須嚴格檢查其各個平面位置尺寸的準確性和垂直度、頂面標高、節點聯繫及縱橫向穩定性。經自檢無誤後，報監理工程師驗收簽字確認後，方可澆築砼。每隔4m在板接縫處設一道沉降縫，縫寬2cm，沉降縫平行路中線佈設，在每澆築一次之後用符合設計要求的泡沫材料填塞。砼澆築時按順序和方向分層、分班澆築，每層不超過30cm，上下兩班同時澆築，上層和下層的前後澆築距離要大於1.5以上。使用插入式振動器，振搗時振動棒移動間距不能超過振動棒作業半徑的1.5倍；與側模要保持50～100mm的距離；插入下層砼50～100mm；對每一振動部位，必須振動到該部位砼停止下沉，不在有氣泡冒出，表面呈現平坦、泛漿為止，但也不可過振。每一處振動完畢後，要邊振動邊徐徐提出振動棒，避免振動棒碰撞模板、鋼筋及其他錨栓等預埋件。拆模時要避免大的震動，遵循先支後拆、後支先拆的順序，拆時嚴禁亂拋亂扔。養護採用土工布覆蓋灑水養生，並常保持砼表面濕潤。

第五步蓋板現澆。支立滿堂式鋼管支架並保證其穩定性、強度及剛度。在支架上鋪設底模，模板應保持其表面平整，接縫密實不漏漿，測量模板面標高並保證與設計標高一致。在模板上綁紮鋼筋，鋼筋應用鐵絲綁紮結實，間距勻稱，接頭佈置在內力較小處並錯開佈置。鋼筋與底模間設置墊塊，墊塊要與鋼筋綁紮結實。側模板安裝要設立支撐固定、拉桿，力求牢穩。經自檢合格後報監理工程師，驗收簽字確認後方可澆築砼。養護同樣採用土工布覆蓋灑水養生，並常保持砼表面濕潤。

第六步涵背兩側的填築。在涵洞防水層作好且頂板砼強度達到100%後，方可安排涵洞台揹回填，涵洞兩側應對稱均勻分層同步進行填築施工。在涵洞兩側不少於2倍孔徑範圍內對稱進行，涵台背後1m範圍內採用輕型夯實機械施工，當頂部填築厚度大於1m後允許使用重型施工機械。涵洞台揹回填必須分層填築壓實，並檢測每一層壓實度，符合規範要求則報監理，確認後再進行下一層填築，分層填築厚度為20cm。

涵洞病害產生的原因分析

涵洞的形式，如壓力涵和無壓力涵的斷面型式選擇不當;涵洞設計時混凝土強度、鋼筋配置不合理;涵節與涵節之間的平直對接形式，中間縫隙用瀝青麻袋填塞，其側向抗剪力相對來説很小，當涵兩側路基土在填築或夯實不均勻時在行車荷載的作用下，使某些涵節與涵節之間發生側向位移而產生錯台;洞口鋪砌面短，特別是出水洞口，一般都沒有超過翼牆尾端，而且隔水牆外也沒對溝渠底進行有效加固，造成涵洞的底部沖刷由此處發生;翼牆、端牆厚度偏小，牆背面坡比小，牆體自重輕，抗傾覆能力低，在牆外填土壓力作用下，特別是當涵洞偏短，路基邊坡較陡，路面上有車輛行駛時，致使牆體向外傾斜，直至倒塌;牆體基礎埋深淺，對最大沖刷和最大凍深考慮不周，從而造成牆體的破壞。

涵洞防水材料通常有防水混凝土、瀝青、油氈等，這些防水材料不能滿足要求，導致防水能力下降，最終導致滲漏的發生;所採用的砌石或混凝土強度達不到設計要求。

不按施工規範和設計文件的要求施工。突出表現在：沒有采用滲透性材料回填;回填時未採取洞身兩側對稱均衡分層填築壓實，並未達到設計要求的壓實度;盲目趕進度而過早通車或單向單側通車;施工時偷工減料，使水泥砂漿和混凝土標號低於設計要求，基礎埋深未達到設計要求的深度等;對護坡、洞口鋪砌及隔水牆等附屬結構施工不重視，施工質量差;施工時不重視對混凝土的後期養護，造成混凝土的收縮徐變過大最終導致混凝土開裂;對基礎開挖後的地基承載力未進行檢測，造成地基承載力不能滿足設計要求;為節省費用加快工程進度，施工單位對已破損的涵管不予更換，對涵洞安全使用留下隱患。

管養單位和人員忽視規範的日常檢查工作，不能及時發現病害和隱患，以致產生不良後果。在運營中汽車的超速、超載造成並加劇病害發展、惡化。

由於涵洞都處在惡劣的自然環境（雨、雪、風、霜、冰凍、高温、地震、水流衝擊）下，難免受到不同程度的影響。尤其在遭遇地震時，由於地形地貌產生劇烈變化（如地裂、斷層等），致使涵洞結構難以抵抗巨大的壓力而導致破壞；地基失效致使基礎急劇下沉或不均勻下沉也是引起涵洞結構破壞的的主要原因。

公路涵洞常見病害的對策

（一）結構設計方面

依據水文資料計算，使涵洞具有足夠的宣泄能力，保證洪水的排泄，在無可靠水文資料的情況下，進行實地調查洪水痕跡，按經驗選擇孔徑及形式;對於管涵將管節間的平口對接改為企口較接，在縱向連結構造的保證下，不產生錯口和沉陷;洞口鋪砌和隔水牆，用鋼筋混凝土板代替漿砌塊（片）石，並保證與端牆、翼牆連接牢固，縫隙緊密;端牆、翼牆的厚度尺寸與牆背面坡度應以保證牆體具有足夠的抗傾覆力矩，基礎抗滑動力為控制數據;牆體基礎埋置深度要按最大沖刷深度和當地標準凍深雙因素確定;在隔水牆以外且抗沖刷能力弱的條件下，可採取簡易、有效、可靠的鋪砌或防護類型加以防護，防止水毀的發生;沉降縫位置是最薄弱、最易滲水的位置，在可能的情況下，儘量少設沉降縫。

（二）新材料、新工藝方面

使用耐腐、抗壓橡膠（或塑膠）填塞管節接口的縫隙，可保證縫隙的密實，不使用或少使用瀝青麻絮填塞工藝;使用塗玻璃纖維佈防水層及鋼纖維混凝土保護層等新材料、新工藝，其具有良好的延伸性、防水性能強、耐老化、耐腐蝕、耐熱、抗凍、不污染環境等優點;隔水牆以外的防護鋪砌，可應用土工布或土工格柵（2～3層），埋設在原地表面下10～20cm深處，提高其整體抗沖刷能力。

（三）施工方面

施工時若地質條件與設計文件不符，及時反饋設計人員進行修改，消除先天性隱患;改進施工方法，加強結構重要部位的施工及前後施工順序的合理銜接；所用施工材料要嚴格按照設計要求選用，嚴把質量關，杜絕偷工減料和使用不合格材料；涵洞施工抓住：承載力要均勻、沉降縫要豎直、涵背填土要對稱、出人口要及時鋪砌疏通、碾壓要均衡等環節。

（四）日常養護方面

在涵洞的運營過程中，要加強管理和維護。及時清除洞口及洞內的淤積物，以保持洞內排水暢通。經常檢查附屬設施與涵洞結合的整體性，發現裂縫要及時觀察觀測，確定裂縫是否穩定或發展，發現問題及早處理，做到防患於未然。

涵洞作為公路的一個重要組成部分，不管是在外業勘測還是在內業設計上都要引起足夠的重視。作為橋涵設計人員應不斷學習相關專業知識、技術規範等，勤於總結經驗，這樣才能使涵洞設計成果更加合理。

進出水口溝牀加固及防護

在涵洞上、下游河溝和路基邊坡一定範圍內，宜採取沖刷防護措施。當溝底縱坡小於或等於15%時，可鋪砌到上、下游翼牆端部，並應在上、下游鋪砌端部設置截水牆。其埋置深度不小於台身或翼牆基礎深度 ^[3]  。

進水口溝牀加固及防護

1.當河溝縱坡小於10%，河溝順直，且土質和流速許可時，可對進口採用幹砌片石鋪砌加固 ^[3]  。

2.當河溝縱坡為10%～50%時，除岩石溝槽外，溝底和溝槽側向邊坡以及路基邊溝均須採取人工鋪砌加固。加固類型由水流流速確定 ^[3]  。

當採用緩坡涵進口時，涵前溝底縱坡較陡，涵身縱坡較緩，應在進口段設置緩坡段，其長度為1～2倍的涵洞孔徑 ^[3]  。

當採用陡坡涵進口時，涵身縱坡較大，水流呈急流狀態，涵底坡度與涵前溝底縱坡基本平順銜接，可不設緩坡段，只做人工鋪砌加固 ^[3]  。

3.當河溝縱坡大於50%時，流速很大，進口處宜設置跌水井，可採用急流槽與天然河溝連接。急流槽底每隔1.5～2.0m宜設一防滑牆。為減緩槽內流速，可在槽底增設人工加糙設施 ^[3]  。

4.為便於檢查、養護、清淤，涵洞可設置養護階梯 ^[3]  。

出水洞口溝牀加固及防護

1.在河溝縱坡小於3%的緩坡涵洞中。當出水流速小於土壤的允許沖刷流速時，下游洞口河牀可不作處理；當出水口流速大於或等於土壤的允許沖刷流速時，下游洞口溝牀應鋪砌片石進行加固或設置挑坎防護 ^[3]  。

2.在河溝縱坡小於或等於15%的緩坡涵洞中，出水口流速較小時，可對下游河牀進行一般的鋪砌加固，並在鋪砌末端設置截水牆。其埋置深度不小於洞身或翼牆基礎深度。截水牆外做幹砌片石加固。出口流速較大時，採用延長鋪砌石塊或混凝土塊，同時設深埋的截水牆。其深度應大於鋪砌末端沖刷深度0.1～0.25m ^[3]  。

3.在河溝縱坡大於15%的陡坡涵洞中，其洞口末端應視河溝的地質、地形和水力條件，採用出口階梯、急流槽、導流槽、跌水、消力池、消力檻、人工加糙等特殊加固消能設施。 ^[3] 

涵洞作為山區公路的主要結構物之一，對交通運輸、排洪灌溉起到十分重要的作用，涵洞的損壞將對公路的正常、安全運營造成嚴重威脅。

隨着國家在交通基礎設施、重要建築原材料等方面投入力度加大，公路事業得到健康飛速發展。公路工程在公路事業中起着極其重要的作用，而涵洞在公路工程中佔有較大比例，是公路工程的重要組成部分，這主要表現在工程數量和工程造價兩個方面。據有關資料統計，涵洞工程數量約佔橋涵總數的60%～70%，平原地區平均每公里1～3座，山嶺重丘區平均每公里4～6座；涵洞工程造價約佔到橋涵總額的40%左右。涵洞的施工工藝對於涵洞建設又起着決定性的作用，加大對涵洞施工工藝的研究和改進必將促進公路建設事業的發展。

隨着在交通基礎設施的投入力度加大，中國的公路建設事業發展迅速、業績斐然。但是，國內公路建設市場還遠未成熟，同發達的歐美國家相比，無論市場規模、產品檔次、品種規格、消費水平等方面都還有相當大的差距。隨着市場經濟的發展，公路建設技術水平、產品質量正在提高，應用領域的不斷擴展，中國的公路建設將會有巨大的市場需求和發展空間，特別高速公路工程建設必將得以迅速發展。作為公路建設中的支柱，公路橋樑和涵洞建設在公路特別是高速公路建設中必將發揮更加突出明顯的作用。因此，在涵洞的建設方面應繼續投入更多的技術關注，尤其注重涵洞的施工工藝，以利於涵洞質量保證和環境保護，以適應公路建設的需要。