云南某山区公路棚洞方案设计.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER193第 40卷第 2期0 引言江旺组对外连接公路属于 AH 水电站江旺组后靠安置对外出行的主要道路，道路实施后在雨季道路上方冲沟形成碎屑流，严重影响道路的正常通行。后经当地交通部门治理仍未达到预期效果，现状道路使用过程中还存在较大的安全隐患。该路处于库区道路交通咽喉处，一旦发生泥石流灾害，将严重阻碍救灾力量到达灾区1。在铁路工程中，棚洞的结构应用较成熟2。1 工程概况江旺组对外连接公路位于丽江市玉龙县，距离 AH 水电站坝址约 5 km，距离丽江市 124 km，道路建设等级为基本级，路基宽 4.5 m，路面结构为级配碎石路面。原道路地方交通部门在局部设置泥石流冲沟棚洞，棚洞净高 5 m，净宽 6 m，棚洞结构为钢筋混凝土结构。经过现场查勘发现存在如下问题：道路挖方边坡上方分布一定数量的碎屑流冲沟，已设置棚洞的数量与冲沟的数量不匹配，存在多条冲沟无任何处理措施，雨季流下大量碎屑流堆积于道路上；现状已实施的钢筋混凝土棚洞未达到预期的处理效果，棚洞顶高程高出上方冲沟沟口高程，导致雨季冲沟内碎屑流下流受到阻碍，不能及时排走，不断的往棚洞两侧扩散堆积最后流至道路上影响车辆和行人的正常通行，且冲沟的走向不断向棚洞两侧偏移。为保证道路正常运行，需重新对本段道路泥石流进行排导工程设计。2 地质概况公 路 所 穿 过 坡 崩 积 体 分 布 高 程 1 504 1 750 m，沿江长约 2 300 m，地形坡度约 30 云南某山区公路棚洞方案设计陈经纬，尹从伟（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051）摘要：江旺组对外连接公路在雨季由于道路上方冲沟形成碎屑流，严重影响道路的正常通行且存在较大的安全隐患。结合对外连接公路建设现状，采取在道路上方设置棚洞，在棚洞上设置泥石流渡槽的顶越式排导结构进行治理，为后续山区公路泥石流倒排治理提供参考。关键词：泥石流；公路棚洞；设计；顶越式排导结构中图分类号：U412文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)02-0193-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.048Design of Highway Shed Tunnel Scheme in a Mountainous Area of Yunnan ProvinceCHEN Jingwei,YIN Congwei(Power China Kunming Engineering Corporation Limited,Kunming 650051,China)Abstract:During the rainy season,the Jiangwang Groups external connecting road is severely affected by debris flow caused by gullies above the road,which seriously affects the normal traffic of the road and poses significant safety hazards.Based on the current situation of external road construction,a top over type drainage structure is adopted to treat debris flow by setting up sheds above the road and debris flow aqueducts on the sheds,providing reference for the subsequent reverse drainage treatment of debris flow on mountainous roads.Keywords:debris flow;highway shed tunnel;design;top over type guide structure收稿日期：2023-03-28作者简介：陈经纬（1985-），男，云南昆明人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计与道路工程设计工作。*194云南水力发电2024 年第 2 期底板为 C30 钢筋混凝土，厚 0.6 m，底板与底梁及边墙连接处设置倒角。边墙为 C30 钢筋混凝土，厚 1 m，边墙底部设置 1 排间距为 2 m 直径 80 mm的 PVC 的排水管，边墙起到对底板的支撑及渡槽底填方的挡护作用。边墙设置厚 0.5m 宽 1.5 m 的C20 混凝土基础，边墙基础埋深为路面以下 1 m，边墙基础底承载力不小于 250 kPa。棚洞边墙内侧回填区采用碎石土回填压实。棚洞构造图如图 1所示，渡槽平面图如图 2 所示。渡槽为 C25 钢筋混凝土结构，渡槽纵坡为40，后部呈陡崖，由碎块石组成，整体结构松散，中部略厚。堆积体由第四系坡积、崩积物质混合堆积而成，堆积体厚度一般厚530 m，后缘及上、下游侧边缘较薄，在堆积体后缘表部局部有大量的崩塌堆积，目前整个堆积体冲沟部位在雨水和重力作用下形成碎屑流。3 防护治理设计3.1 设计方案及标准该工程为泥石流防治工程，道路与泥石流沟相交时一般采取底越式或顶越式两种排导结构进行处理。底越式排导结构是指排导结构从公路路面以下以涵洞或桥孔的形式穿越。顶越式排导结构是排导结构从公路上空通过。顶越式排导结构是山区公路防治小型泥石流危害的一种形式，它能更好的与天然沟道连接，利于泥石流排泄，减少公路起伏。顶越式的主要适用条件为：悬沟、坡度很陡的山坡型泥石流沟、路堑路段等。顶越式排导结构主要由槽身、支撑结构、基础及进出口建筑物 5 部分组成。该道路的横断面形式主要为路堑形式，道路上方泥石流沟高出路面一定的高程。结合现状已实施的部分棚洞工程，道路的防治处理主要采取顶越式的排导结构进行治理，具体为在道路上方设置棚洞，在棚洞上设置泥石流渡槽的措施3-5。根据 DZ/T 0239-2004泥石流灾害防治工程设计规范防治工程安全等级为 4 级，防治主体工程主要降雨强度采用 10 年一遇的标准。3.2 具体方案江旺组对外连接公路防护治理工程主要是设置棚洞与渡槽结合的方案进行治理，棚洞作为支撑结构，渡槽作为导排结构6-7。3.2.1 棚洞、渡槽设计棚洞净空为 6 m5 m，由立柱、立柱基础、底梁、底板、边墙、边墙基础等组成，立柱、边墙、底梁、底板采用整体浇筑。立柱截面尺寸为 1.5 m0.8 m，净间距为 3.5 m，采用 C30 钢筋混凝土。立柱设置 C20 条形基础，基础截面尺寸为 1.5 m1.5 m，拟定基础埋置深度为路面以下4 m，立柱基础底承载力不小于 620 kPa，基础开挖时设置厚 10 cm 的 C20 钢筋混凝土护壁。底梁为 C30 钢筋混凝土，截面尺寸为 1.2 m0.8 m。?图 1 棚洞构造图?图 2 渡槽平面图（B-B）m12%，渡槽总共分出口段、槽身段、连接段，渡槽槽底厚 0.5 m，槽邦顶宽 0.5 m，槽邦底宽 1.1 m。出口段长 2 m 为悬挑段，槽身段长 7.86 m，出口段与槽身段渡槽有效过流断面相同，顶宽 4.2 m、底宽 3 m、高 2 m，为梯形断面形式。连接段为变截面形式，沿沟道中心线向两侧扩散，扩散角为10。渡槽底部回填碎石土，回填时保证槽底两侧至少有 1 m 的保护宽度，回填按照 1 2 的坡度放坡回填，回填区压实度为 92%。3.2.2 渡槽的计算1）泥石流流速 Vc按公式（1）计算。陈经纬，尹从伟 云南某山区公路棚洞方案设计195（1）式中：H固体物质重度；Hc计算断面的平均泥深；Ix泥石流水力坡度；n泥石流沟床的糙率系数；泥石流泥砂修正系数。该工程设计参数：H=2.5 g/cm3，Hc=1.5 m，Ix=75%，n=0.042 5，=0.875。计算得出 Vc=14.76 m/s。2）泥石流流量计算。采用雨洪计算法。QC=KQQBD=（1+）QBD（2）式中：QB清水洪峰流量。按所在地区省水利厅印发的水文手册中计算公式计算（设计标准降雨强度为 10 年一遇，QB=5.66 m3）；KQ泥石流流量修正系数；D堵塞系数，可根据表 1 泥石流堵塞系数 D 查阅表获得。设计参数：=0.875，QB=5.66 m3，D 取 1。表 1 泥石流堵塞系数 D 查阅表堵塞程度中等严重堵塞轻微堵塞无堵塞D 值2.5 1.51.5 1.11.0计算得出设计洪峰流量 Qc=10.61 m3。3）渡槽宽深比按公式（3）计算。（3）式中：断面宽深比；BC底宽；HC流深；n梯形或矩形的边坡坡长，矩形断面时，n=0。该工程设计渡槽断面为梯形断面，=2，取Bc=3 m，Hc=1.5 m。4）槽底纵坡按公式（4）计算（水石流）。（4）式中：If渡槽槽底纵坡；Da石块平均粒径，m；Hc平均流深，m。该工程设计参数：Da=0.15 m，Hc=1.5 m，则：If=11.1%。该工程槽底纵坡取 12%。5）渡槽尺寸由公式（5）确定。H=HC+H （5）式中：H安全超高，m，一般取 0.5 0.1 m，该工程取 0.5 m。渡槽有效断面为：Bc=3 m，H=2 m。渡槽底板厚 0.5 m，渡槽槽壁厚 0.5 m。3.3 棚洞结构验算应用 Midas-Gen 软件对棚洞进行结构验算，采用梁单元模拟立柱与外侧纵梁，板单元模拟顶板与内侧边墙，计算假定棚洞立于稳固地基上，立柱与内边墙底部采用固定约束，以 JTG 3370.1-2018公路隧道设计规范第一册土建工程、GB 50010-2010混凝土结构设计规范为标准，按钢筋混凝土结构进行验算8。3.3.1 计算模型计算模型见图 3。3.3.2 荷载工况图 3 计算模型图1）自重系数：-1。2）顶板布置竖向压力荷载 45.09 kN/m2。侧墙按填土水平土压力线性布置，根据 JTG 3370.1-2018公路隧道设计规范第一册土建工程附录 H.0.3。tan=12%=0.12侧墙底部水平土压力 e=h=26.42 kN/m2，侧墙水平土压力由顶部到底部为 0 到 26.42 kN/m2线性分布。3）荷载工况见表 2。表 2 荷载工况表编号名称类型1自重恒荷载2水平土压力恒荷载3竖向压力恒荷载3.3.3 结构验算结果196云南水力发电2024 年第 2 期应用 Midas-Gen 软件根据 GB 50010-2010混凝土结构设计规范，对棚洞梁、柱抗弯能力和抗剪承载力进行验算，经验算棚洞外纵梁和外侧柱截面强度均满足设计要求9。对棚洞顶板及侧墙的配筋和裂缝宽度进行验算，根据 JTG 3370.1-2018公路隧道设计规范第一册土建工程 8.6.10条钢筋混凝土构件裂缝最大宽度计算值应不大于0.2 mm，设计涵洞的顶板及侧墙裂缝计算宽度均小于 0.2 mm，满足规范要求10。4 结束语江旺小组道路泥石流沟棚洞设计，应用Midas-Gen 软件对棚洞进行复核计算，经验算设计结构强度在指定荷载下满足受力要求。山区公路棚洞的设计首先需根据项目实际情况确定合适的防护范围，棚洞和渡槽的结合可有效排导山区泥石流，但棚洞的建设环境较复杂，在实际设计和建设过程中，仍需不断对棚洞结构形式进行改进优化，使其能切实发挥防护作用。参考文献：1贾艳领，夏永旭，韩兴博，等.拱形棚洞在公路高边坡灾害防治中的应用 J.江苏大学学报：自然科学版，2018,39（6）:714-720.2王凯林，高策，周勇政.铁路防治危岩落石桥梁-棚洞一体化结构设计研究J.铁道标准设计，2022,（7）:1-8.3 袁博，祝介旺.滚石冲击下棚洞破坏动力响应分析及改进对策 J.水文地质工程地质，2019,46（6）:57-66.4李洋溢,袁通.某山区高速公路防落石棚洞结构选型探讨 J.道路工程，2017,（4）:69-73.5冯科.山岭隧道高陡边坡防落石棚洞结构形式研究 D.成都：西南交通大学，2013.6DZ/T0239-2004 泥石流灾害防治工程设计规范S.7覃维.川藏公路隧道洞口段棚洞方案研究J.路基工程，2020,（2）:125-129.8王鹏.山区高速公路棚洞结构优化研究D.北京：北京交通大学，2008.9 强帆，张暧宗，朱兴华，等.勉县龙垭滑坡应急处置与效果分析 J.云南水力发电，2022,38（8）:85-89.10JTG 33701-2018 公路隧道设计规范S.（上接第 178 页）使用环氧通用型底油进行底涂，达到表面成膜为准，要求表面均匀无遗漏。在用环氧中涂配适量石英砂进行中涂，再将中涂细磨、除尘后，再采用环氧中涂拌石英粉刮涂腻子层 1 遍，最后使用环氧树脂进行面涂，每道工序需要等 8 h 表面干燥后方可进行，每道工序需涂刷 2 遍，涂刷厚度符合现行的相关标准规范。3.2 注意事项1）涂刷前必须将基面的油污、脏物、灰尘等清除干净，基层表面不得有起砂、空鼓、起壳、脱皮、疏松、麻面、油脂、灰尘、裂纹等缺陷5。2）对于油污较多的地面采用酸洗法，用 10%15%的盐酸清洗混凝土表面后再用清水洗净6。3）涂料应配套使用，底、中、面漆用同一厂家的产品。4）使用的涂料质量，必须符合国家标准和国外相应涂料标准，应具备相关的质量证明文件，不合格或过期涂料严禁使用。5）修复过的环氧地坪图形规则、色泽均匀、无流挂、无针孔、光洁，与整个地面相平，修补处无离间、密实、坚硬、平整、无鼓包现象。4 结束语环氧自流平应用于水电站厂房地面可以使厂房整体看起来整洁、美观，极易清洁，不易产生灰尘影响机组及电气设备的安全稳定运行，还进一步提高了厂房的形象面貌。环氧自流平的破损使得地面坑坑洼洼，时间长了还会破坏环氧自流平地面的整体性及强度，因此对环氧自流平破损部位修补的处理方法可以很好的解决环氧自流平破损而产生的问题，能够为水电站厂房环氧自流平地面破损修复提供经验。参考文献：1王志杰，刘东方，李俊杰，等.浅谈自流平混凝土在厂房地坪施工中的应用J.四川水力发电，2019，38（S1）:134-136.2 张国超，勾峰，朱惠伟.大面积环氧自流平地面施工技术 J.建筑，2011,（4）:71-72.3徐平.水电站厂房环氧自流平地面装修施工技术探讨J.水电站设计，2021,（37）:90-93.4王攀.环氧树脂自流平地面的施工技术分析J.住宅与房地产，2018,（8）:120-121.5汤林伟.撒多水电站地下厂房环氧树脂自流平施工技术J.四川水力发电，2017，36（4）:59-61.6蓝晓辉.环氧自流平地面施工技术J.河南建材，2018,（5）:20-21.