普通涵洞做法简析.doc

普通铁路涵洞设计
涵洞是最简单最常见的桥梁工程，在工作中经常遇到，下面就对普通铁路涵洞的设计方法做一个简单的介绍。
首先就是外业工作，这点其实是最重要的，所有设计出来的东西都是根据勘测资料做出来的，勘测资料的精确程度直接决定着设计的正确性。在现场的时候就必须想到所有设计所需要的资料，然后进行精确的勘测，对涵洞设计有影响的地理环境也必须有阐述，否则做设计的时候会出现各种问题。对于既有涵洞，涵洞的样式、孔径、净空等重要资料必须精确测量，并尽力收集竣工图，但需注意竣工图也不一定完全准确，需要进行符合，总之尽力在现场收集到所需要的正确的资料。
在熟悉了现场资料后才能对涵洞进行设计，通常涵洞设计主要做盖板箱涵，在限制条件多的情况下也做一些框构涵，这里就以盖板箱涵为例子。先确定涵洞的样式：单孔或双孔、有提高节或无提高节、正交或斜交，斜交还分斜交正做和斜交斜做。正交相对简单一些，主要可以查看定型图《肆桥5009》，斜交正做主要也是查看《肆桥5009》，但斜交斜做就要分孔径参照《肆桥5009》和《叁桥5013A、B、C》或《叁桥5014A、B》。
通常建设新线的时候通常都采用正交涵洞，这样可以节省工程造价。先翻阅外业资料，查出需要设计的涵洞为新建或是接长。新建得确定涵洞的孔径和高（低）边墙，这才能确定涵洞的板顶填土高，进而确定涵洞的涵长。排水涵洞因根据用途来确定孔径，有渠的可以根据渠宽来确定，排雨水的涵洞孔径应根据水文资料计算出百年一遇的最大流量来确定，具体计算可查阅《桥渡水文》和各地水文图集，一般来说都是做无提高节的排洪涵；交通涵则根据路面的宽度来确定孔径，由过车需要的高度来确定涵洞为高边墙或者是低边墙。确定了涵洞的孔径和高（低）边墙后才能确定涵洞的长度。涵洞的长度与线路的坡度、填土高、多线时的线间距、路肩宽度、路肩放坡等因素有关。因线路坡度和涵洞水坡对涵长的影响实在太小，下面这个简约公式忽略了其影响：

接长涵洞长度可按以下公式计算：

X——线间距离(cm)，单线则为0
W——路肩宽度(cm)
H——路中心处轨底至盖板顶高度(cm)
a——轨底至路肩的高度(cm)
m——路基边坡率
40（45）——帽石宽度（cm），孔径2m以下为40（cm）
——既有涵洞接长侧涵长（凿除出入口后剩下的部分）
计算时注意单位要一致，计算出的涵长也不是实际涵长，只是所需涵洞最短的长度，实际涵洞长度应不能小于这个长度，也不能大太多。盖板箱涵的盖板通常都是1m一块的，且在非岩石地基上，每隔2-5m就必须设一个沉降缝，所以：
实际涵洞长度L=整米(根据确定)+沉降缝的个数×0.03m
沉降缝的个数由自己确定,设涵节时尽量让一条线路上的钢轨落到一个涵节上,避免因涵洞沉降过大引起事故。注意：排洪涵洞最小孔径不应小于1.25m，h=1.25m时，长度不宜超过25m。
在计算完涵长后就可以查看地质报告，确定涵洞地基形式了。看看涵洞地基所在地层面的岩土承载力是否满足涵洞所要求的承载力。整体基础所要求的地基承载力是150kPa，钢筋混凝土基础承载力要求稍小一些,分离式基础要求的承载力较高，承载力可按填土高查图确定 。再看看当地的冻结深度是多少，出入口地基底部是否到冻结深度以下0.25m，涵身基础厚度是否大于冻结深度的70%，并不小于一定尺寸，主要由孔径决定，如条件不满足可考虑换填或是改基础形式。换填深度和宽度可查阅《铁路桥涵地基和基础设计规范》或《土力学》进行检算，一定要确保地基的安全。
换填示意图如下：
当基础的宽度b大于2m或基础底面的埋置深度h大于3m，且h/b≤4时，地基的容许承载力可按下式计算：

式中 ——地基的容许承载力（kPa）
——地基的基本承载力（kPa）
b——基础的短边宽度（m），大于10m时，按10m计算
h——基础地面的埋置深度（m），对于受水流冲刷的墩台，由一般冲刷线算起；不受水流冲刷者，由天然地面算起；位于挖方内，由开挖后地面算起
——基底以下持力层土的天然容重（）;如持力层在水面以下，且为透水者，应采用浮重
——基底以上土的天然容重的平均值（）；如持力层在水面以下，且为透水者，水中部分应采用浮重；如为不透水者，不论基底以上水中部分土的透水性质如何，应采用饱和容重
——宽度、深度修正系数，按持力层土确定
主力加附加力时，地基容许承载力可提高20%。主力加特殊荷载（地震力除外）时，地基容许承载力可查阅《铁路桥涵基础和基础设计规范》。既有桥墩台的地基土因多年运营被压密，其基本承载力可予以提高，但提高值不应超过25%。
值得注意的是，只有3.0~6.0m孔径的涵洞且轨底至板顶填土小于或等于3.0m时方可采用钢筋混凝土基础，且钢筋混凝土基础的出入口基础下对于交通涵，在地基顶面还得铺上一层5cm以上的防磨层保护地基，材料可用强度不小于C25的混凝土，尽量与公路本身的材料一致。
确定完涵长和基础后图形就可以定下来了，填土高不同盖板也有一些变化，注意不同盖板的板厚，画图可以参照定型图，或是用科宝华软件生成基本图形再进行改图。软件的具体使用方法可以查阅软件里的说明书，看看对涵洞的结构布置也可以有更深刻地了解。
涵洞出入口铺砌的尺寸可查《小桥涵出入口铺砌》，即《叁桥8011》。涵洞路基边坡铺砌高度由路肩设计洪水标准确定，铺砌长度和垂裙深度与设计单宽流量有关。入口铺砌全长采用铺至锥体坡脚端部外加垂裙厚度；入口垂裙深度采用出口垂裙深度的一半，但不小于0.85m。垂裙厚度由深度决定。铺砌通常采用0.35m厚的浆砌片石，下设0.1m厚的砂垫层，流速小于2m/s时可以用干砌片石。出口流速小于或等于河床土的容许不冲刷流速时，河床可不铺砌。当铺砌用于立交和排水交通两用时，其类型应满足车辆通行要求。
完成后大致图形如下，具体尺寸请查阅《肆桥5009》。
对于接长涵洞，既有部分应用虚线加以区分，并在说明中说明。基础布置图需根据实际情况画出，标明线路与沉降逢之间的关系，准确表示出地面线与基础之间的关系，在有换填的情况下应表示出换填深度和宽度，及换填材料。
图画完后就可以开始算工程数量了，由于现在各种规范刚变，所以老图上的一些材料的型号需要改变，具体规定查阅《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》和《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》。大体情况如下：帽石和盖板用C30钢筋混凝土，无钢筋边翼墙采用C20混凝土，钢筋混凝土边翼墙采用C25,整体基础和分离基础采用C20混凝土，钢筋混凝土基础采用C25混凝土，特别注意的是沉降缝的防水材料，填土小于1m的用TQF-Ⅰ型（甲种）防水层，1m以上的是用TQF-Ⅱ型（丙种）防水层，麻筋和木版也改了型号，改为JS-18 防水涂料浸制麻筋和木板，防水层带改为THF-Ⅰ型或THF-Ⅱ型。涵洞附属的设施工程量也得给出，有必要出图的，例如D梁架空等得出图。工程数量算完后再就是说明了，其实说明也很重要，图形中不好表诉的东西都可以在说明中表诉出来，如接长涵洞的出入口处理和换填等，要做到图中不明确的地方在说明中都能找到。说明写完后就是图签了，注意图签的格式，写明单位名称、工程名称、比例、日期等。
图画完了再仔细看看有什么需要修改的地方，改后就可以交给人复核了，做为复核人，复核的时候必须对涵长、标高、地质、材料及工程各个细节加以检查，发现问题及时让设计者加以修改。只有在设计者和复核者细心检查后才能安心地把图交出去。
斜交正做和正交涵洞一样的形式，只是涵长的算法有些差异。其简约计算公式如下：
新建涵洞涵长

接长涵洞涵长

——线路法线与涵轴间的夹角
——涵洞帽石长度
其他参数定义与正交涵洞中参数一致。
斜交正做涵洞的出入口翼墙有一定的角度，其大小等同于线路法线与涵轴之间交角。这种出入口尺寸可以用科宝华软件生成查看。
斜交斜做就要复杂一些，它的出入口参照《叁桥5013A、B、C》或《叁桥5014A、B》，只有在地基承载力达到200kPa以上才能应用，承载力不够时需进行处理，且斜盖板不能承受列车活载，并不能应用于双孔和多孔涵洞，其定型的斜交盖板只有线路法线与涵轴间的夹角为20°、25°、30°、35°、40°、45°时所用的盖板，出入口所用盖板代表的涵长可由图上查得。出入口的基础和边翼墙都是采用钢筋混凝土，出入口端节及翼墙基础下设10cm混凝土垫层，翼墙基础在垫层下还应放30cm厚碎石垫层，防止翼墙扭转滑走。斜交斜做涵洞中间部分可采用盖板箱涵或是框架箱涵，其形式和要求和正交涵洞要求一致。如采用盖板箱涵，其处理情况和正交涵洞做法相同。
斜交涵洞长度，可按下列公式计算：
1， 入口端在线路上坡方向

2， 入口端在线路下坡方向

式中：H——路基中心处轨底至梯形盖板顶高度（含流水坡）
——轨底至路肩高度（cm） 10——帽石顶至流水坡顶高度（cm）
m——路基边坡率 ——路基上下游宽度（cm）
D——帽石长（cm） j——线路坡度‰
45——帽石宽度（不含飞檐）（cm） ——斜交角度（度）
i——涵身轴向坡度‰