涵洞設計屬於涵洞施工前的前期工作，應結合現場實際地形，地質情況，對其位置，方向，孔徑，長度，出入口高程等進行設計。
基本介紹
- 中文名：涵洞設計
- 外文名：Culvert design
- 釋義：涵洞施工前的前期工作
- 套用：涵洞建設
簡介,特點,結構類型,洞口形式,施工原則,技術套用,PCVX,
簡介
公路跨越溝谷、溪溝、河流、人工渠道以及排除路基內側邊溝水流時，常常需要修建涵洞。涵洞是公路構造物的重要組成部分之一，其設計與該公路的等級、使用任務、性質和將來的發展需要相適應，遵循了安全、適用、經濟、美觀、有利於環保的原則進行設計。設計時注意了滿足行車、排水、淨空等要求。
涵洞的類型決定了它的功能、造價和使用年限，因此涵洞類型的選擇基本按照符合因地制宜、就地取材和便於施工養護等原則。同時考慮了農田排灌的需要。綜上所述可見涵洞類型的選擇綜合考慮了以下幾個因素：
□ 道路的等級、性質和任務
□ 涵洞所處的地形、地質、水文和水力條件
□ 工程費用和造價
通道涵
通道涵□ 當地築路材料情況
□ 施工期限和施工條件
□ 養護維修條件等。
知道了如何選擇涵洞類型後就要進一步了解各類涵洞的特點及使用條件了。
特點
石拱涵的特點：
□ 能充分利用天然石料，不需鋼材，只需少量水泥，因而造價低，工程費用少
□ 施工技術簡單，專用設備少，適於民眾建橋
□ 結構堅固、自重及超載潛力大，使用壽命長，當然石拱涵也存在自身的缺點，那就是拱式結構需要較大的建築高度，遭受破壞後難於修復；施工時占用勞動力較多，工期較長以及對地基要求較高等。由於以上這些優缺點使得石拱涵在使用範圍上受到限制，但它是山區公路常採用的涵洞類型
鋼筋混凝土蓋板涵特點：
□ 建築高度較小，不受填土高度限制
□ 能採用工廠預製、現場裝配、施工簡便迅速
□ 為簡支結構，對地基條件要求不高
□ 遭受破壞後容易修復
□ 由於需要水泥、鋼筋等材料，所以一般造價很高
在知道了涵洞設計原則和選型原則及各類涵洞的特點之後，就要進行涵位的選擇了。
結構類型
（1）鋼筋混凝土圓管涵
鋼筋混凝土圓管涵孔徑一般為0.5~1.5米，最小填土厚度50cm，受力情況良好，圬工數量小，造價較低。在有條件集中預製和運輸比較方便的地段多採用鋼筋混凝土圓管涵。多孔時不宜超過三孔。
（2）鋼筋混凝土蓋板涵
由於鋼筋混凝土蓋板涵建築高度低，適於低路基地段使用，一般用作明涵。在設超高、加寬的曲線上設定蓋板明涵時，由於施工比較繁瑣，所以可做成低填土的蓋板明涵；當洞身較短時，也可以調整橋台及橋面上的鋪裝高度，以適應縱坡和超高的要求。
鋼筋混凝土板用鋼材較多，在缺少鋼材的情況下，應儘量考慮其他結構形式。鋼筋混凝土蓋板分裝式和就地澆注兩種。採用預製裝配能縮短工期、節省木材、提高質量，適用於橋涵較集中的路段，但須具備吊裝設備及運輸條件；採用就地現澆施工簡易，便於民眾掌握。對於分散的小橋涵工程或在舊路上改建的個別橋涵工程，多採用就地澆注形式。在就近能開採石料，質量、數量都能滿足工程要求，並且路基有足夠的填土高度時，大都採用這種形式。
（3）石拱橋（涵）
石拱橋（涵）一般養護費用低，節約鋼材，經久耐用。拱涵只要在恆載條件下不變形，一般超載潛力較大，砌築技術易於民眾掌握，是我國的傳統結構類型。
由於石拱橋（涵）要求地基均勻和有較大的承載力，所以河底縱坡大於15%時應採用階梯式石拱涵；當溝底自然坡度變化較大，也可將涵底分段，做成緩坡段或陡坡段。
（4）石蓋板涵
在出產合格條石的地方，採用石蓋板涵較經濟。條石蓋板一般只適用於小跨徑的明涵或暗涵。
（5）漫水工程
對於寬淺的季節性河溝，三級以下公路可設定漫水工程，橋涵形式大都採用鋼筋混凝土蓋板，以減少阻水面積。
在漫水工程中，設定一級挑坎防護，可減少鋪砌工程量；挑坎可採用混凝土預製塊或粗料石。標柱設計為方形，施工時也可做成圓形。
洞口形式
我們蒐集了以往常用的洞口形式：八字翼牆、錐形護坡、一字牆護坡、上游急流坡（或跌水井）、上游邊溝跌水井、下游急流坡、下游接擋土牆附跌水、倒虹吸等結構形式。套用時根據現場情況分別選擇上、下游洞口形式與洞身組合使用。
（1）八字翼牆或錐形護坡洞口
這種洞口形式適用於平坦順直、縱斷面高差變化不大的河溝。這兩種洞口形式水力條件較好，在使用上沒有多大差別，都具有工程量小、施工簡單、經濟等優點，因而是經常採用的洞口形式。不過從經濟來看，八字翼牆較錐形護坡更為經濟。
（2）一字牆護坡洞口
這種洞口形式適用於邊坡規則的人工渠道。此種洞口形式工程量小，在窄而深、河床縱斷面變化不大的天然河溝亦可採用。
（3）上游急流坡或上游跌水井洞口
當路基縱斷面設計不能滿足橋涵建築高度要求，且下遊河床較低，河溝縱坡為10~30%時，可採用此種洞口型式。除岩石地基外，溝底和溝槽邊坡均採用人工鋪砌。跌水高H1小於建築高度Hn時，上游洞口可採用跌水井，下游洞可配八字翼牆或其他洞口形式。
當涵前河溝縱坡大於30%時（即跌水高度H1大於建築高度Hn）。水流流速很大，進口處需做急流坡跌水井，以減緩流速削弱水能。上游溝槽開挖縱坡以1：1或1：2為宜，以保證土體穩定。
當H1大於4米時，為保證急流槽的穩定，槽底每隔1.5~2.0米設防滑牆一道。下游洞口一般配急流坡洞口或擋土牆洞口。
（4）上游邊溝跌水井洞口
為了排除傍山線較長距離內的邊溝及截水溝的水，就需設邊溝跌水井洞口；因為邊溝與路面高差不大，必須下挖才能修建此種涵洞洞口。下游洞口一般配八字翼牆或錐形護坡等形式。
（5）倒虹吸洞口
在通過公路的灌溉渠道上修建涵洞時，若建築高度不夠，大多採用倒虹吸洞口型式。設定倒虹吸進出水洞口，其豎井尺寸要考慮清淤的方便。
（6）斜交涵洞洞口
斜交涵洞查斜交涵洞圖表進行組合。斜交洞口比正交洞口形式較少，如遇下遊河床開闊，也可配正交急流坡洞口。斜交涵洞的洞口選用方法同正交一樣。
結合自己涵位處的橫斷面，我在石拱涵進口處選擇了急流坡，出口處用直接用鋪砌。在蓋板涵進口處選擇了邊溝跌水井，其坡度直接採用石方挖方邊坡的坡度1：0.2，在出口處以護肩代替了一字牆只做洞口鋪砌。
選擇了涵洞洞身、洞口類型後就要把涵洞再到對應涵位處的橫斷面上了。這時還應考慮基礎埋置深度和涵身坡高兩個因素。
其它的洞口形式的設定參考相應的參考資料。
施工原則
□涵洞位置應服從路線走向。由於單個小橋涵的工程數量不大，因而小橋涵位置一般是在路線走向基本確定的情況下來選擇的。只有在特殊情況下（如路線遇大窪深溝。路線與河溝斜交太大等情況）才進一步權衡利弊，在不降低路線標準的條件下局部調整路線，使之從較好的橋涵位通過。
□小橋涵址應布設在地質條件良好、河床穩定的河段。
□小橋涵址應選擇在水文、水力條件較好的河段。不因小橋涵位設定不當而造成排洪不暢、沖毀路基、積水淹田或使農業灌溉和正常交通受到影響。小橋涵位置和軸線方向確定，要滿足設計流量的宣洩，使水流暢通，做到“進口要順、水流要穩”，不發生斜流、旋渦等現象，以免沖毀洞口、堤壩或農田。
□ 位置選擇要綜合考慮各種因素並進行技術經濟比較，使橋涵工程量（包括橋涵主體及一切附屬工程）最小，以減少工程造價和養護費用。
一般情況下，應在下列位置考慮設定小橋涵或涵洞：
□ 天然河溝與路線相交處。凡路線與明顯溝形的乾溝、小溪、河流相交時，當路線上游匯水面積大於0.1km2時，原則上應設定涵洞。
□路基邊溝排水渠。在山區公路的山坡線，為排除路基挖方內側邊溝流水，應考慮設定涵洞。其間距一般不大於200m~400m；在乾旱山區，間距不大於400m~500m。
□與其它路線交叉處。當路線與鐵路、公路、大車路、人行路、農村機耕道及重要管線交叉，且路線又從其上方通過時，應考慮設定相應的小橋或涵洞。
□其它設涵情況：
□在平原區，路線通過較長的低洼地帶及泥沼地帶，為保證路基穩定，避免排水不暢及長期積水的情況，在地面具有天然縱坡的地方設定多道涵洞。如無灌溉和其它需要，涵洞間距一般是1km~2km。
□平原區路線穿過天然積水窪地，也應考慮設定數道涵洞，以溝通路基兩側水位，平衡水壓。
□路線緊靠村鎮通過，要特別注意設涵，以排除村鎮內地面匯流水。
□山區岩層破碎及坍方地段，雨季時經常有地下水從路基邊坡冒出，為使路基邊坡穩定，及時疏乾地下水，應配合路基病害整治設定涵洞。
技術套用
丘陵區涵位
順溝設涵。山區河溝坡陡水急、洪水猛、歷時短，沖刷及水毀比較嚴重，因此，涵位布置應儘量符合水流方向，順溝設定。一般不宜改溝設涵，強求正交。
改溝設涵。只有當河溝比較寬淺，溝底縱坡平緩，水流較小時才考慮改溝設涵。改溝時要注意做好引水及防護工程，注意對下游農田的影響。
路基排水涵。涵位選擇應與路基排水系統密切配合。布設涵位時，可結合路線平、縱面設計圖，選擇以下位置設定路基排水涵洞。
路線縱坡由下坡變成上坡的凹形豎曲線處，為排除內側邊溝水流，一般應考慮設邊溝排水涵；縱斷面縱坡由陡坡變為緩坡時，內側邊溝水流由急變緩，容易產生水躍和泥沙沉積，不利排水。若在近距離內無其它涵洞時，在變坡點附近應考慮設邊溝排水涵。陡坡急彎處。當路線的偏角較大（大於90度），平曲線半徑較小，路線進入彎道前的縱坡又為大於4%的陡坡時，邊溝水流直接頂沖路基內側，在暴雨期甚至水流溢出邊溝漫過路基，直接影響路基穩定及行車安全。在彎道起（止）點附近，應考慮設邊溝排水涵。
在路基挖方邊坡上，設有截水溝的地段，截水溝出口處應設定排水涵洞，以免截水溝水流順邊溝流程過長，沖刷路基和路面。
岸坡設涵。當河溝邊坡穩定、土壤密實（一般多為石質或不透水亞粘土）、河溝又很深時，可考慮將涵位從溝底移至岸坡上，以縮短涵洞長度。岸坡設涵時應注意做好上下游的引水溝、截水壩及防護加固工程，避免水順老溝沖毀路堤或農田。為排除地表積水，在原溝底面宜做片石盲溝，然後填築路堤。
改溝合併。當兩條溪溝相距很近（丘陵區在200m以下），匯水區面積又很小（一般在0.03km2~0.05km2以下），河溝縱坡小於3%，且水流速度不大，含沙量較小時，經過經濟比較，可考慮改溝合併以減少涵洞數量。改溝合併要注意開挖排水溝或加深、加寬邊溝；並作好舊河溝的堵塞、截水牆及路基加固工程。若改溝合併後，使河溝產生過大沖刷或淤積，以至影響路基穩定，或改溝工程過大不經濟時，都不宜改溝合併設涵。改溝時，引水溝斷面一般要經過水力計算決定。由於水溝易於淤塞，一般斷面寧可偏大些。引水溝距路基邊坡應儘量遠些。改溝方式應結合改溝條件靈活處理，如有條件，在河溝上游遠離橋涵處挖溝引水則更為合適；
路線跨越丘陵地區的山脊線，在凹形豎曲線處可有開挖排水溝而不設涵洞的方案，但應注意設涵與挖溝方案的比較。當必須在河灣處設涵時，涵位應設在水流較集中的一側，以利水流通過。涵洞位置應儘量避免布置在可能錯動的斷層、崩坍、滑坡及岩溶發育等不良地質路段。當無法避免時，宜選擇設定在岩層破碎較輕、地質穩定或坡積層較薄的路段。
PCVX
在PCVX中，支持涵洞的設計方式包括：一套通用圖+每道涵洞的布置圖；每道涵洞均有布置圖和細部構造圖。
1、一套通用圖+每道涵洞的布置圖：
是對項目中的每一涵洞只繪製布置圖，不單獨提供構造圖，其主要構件的構造圖通過“通用圖”的形式體現，涵洞施工時，根據通用圖查表獲得相應結構尺寸和配筋參數以及單位工程數量，通過這種方式設計涵洞時，應該將通用圖作為設計成果的一部分交付出版。一般說來，在PCVX中，每個規範檔案都對應著一套通用圖。在實際的工程套用中，此種方法也叫：“通用圖+布置圖”。
在“一套通用圖+每道涵洞的布置圖”的設計方式下，涵洞的上部和下部的工程量來自於PCVX的規範檔案。此種設計方式下設計涵洞，PCVX提供了標準圖管理器來繪製和編輯標準圖。標準圖管理器可以管理圖紙，批量替換圖框等。
2、每道涵洞均有布置圖和細部構造圖：
就是對項目中的每一道涵洞都繪製布置圖和配套構件的細部構造圖（如蓋板的配筋圖）。涵洞施工時，可以完全脫離通用圖。在實際的工程套用中，此種方法也叫：“一涵一圖（配筋圖）”。
在“每道涵洞均有布置圖和細部構造圖”的設計方式下，所有的涵洞的工程量都是根據實際的涵洞設計參數通過一定的工程算法得到！下面主要介紹PCVX中採用“一套通用圖+每道涵洞的布置圖”方式設計涵洞時候的基本流程和原理。如下：
（1） 一套通用圖+每道涵洞的布置圖的原理
一套通用圖+每道涵洞的布置圖的設計原理主要為下面幾個方面：
①前提條件：
在公路工程的設計和施工過程中，一個地區或者區域的地理環境和氣候條件具有很大的相似性。在這具有相似性的區域中修築道路或者其它類型的涵洞時候，涵洞的設計和施工在一定的安全係數範圍內基本上一致，這就為一個地區或者區域的涵洞通用圖（標準圖）的設計提供了可能。
②標準圖的制定原則和內容：
在標準圖的定製過程中，遵循的原則為去異求同，在定製的時候，根據本地區或者相似的地區區域內的修築成功的道路涵洞類型作為參考，在一定的安全係數基礎上，制定在一定限制條件和施工方法下的不同的跨徑和淨高（管形涵為內徑）的涵洞成果圖和設計參數列表。
③標準圖的適用範圍和使用原則：
在執行標準圖的時候，必須仔細閱讀涵洞標準圖的適用範圍和施工技術條件，當您設計的公路能夠滿足規範規定的限制條件（比如地基承載力的限制，氣候條件等）和施工技術條件的時候，按照規範的相關設計參數，以“按照安全取設計參數”為原則進行設計參數的篩選，最後得到您的涵洞的設計參數。
（2） 一套通用圖+每道涵洞的布置圖設計涵洞的基本流程
①一套通用圖+每道涵洞的布置圖的基本設計流程為下面所述：
1) 採集原始點路基相關的設計參數。
2) 綜合涵洞附近的地理、水文、原材料供應等方面綜合考慮，確定涵洞的類型。
3) 根據涵洞的水文條件計算涵洞的孔徑和淨高。
4) 根據涵洞的路基的相關設計參數，確定涵洞的填土高度。
5) 根據涵洞的類型、涵洞的跨徑、淨高、填土高度和涵洞的地基承載力等設計參數，在標準圖里查詢相應的設計參數。
6) 按照查詢的設計參數繪製涵洞的布置圖。
7) 在工程的所有涵洞設計完畢後，複印或者列印標準圖，隨繪製的所有布置圖一起交付驗收。
②在PCVX中，您採用此方法設計涵洞的基本流程
1) 首先，打開“PCVX選單\涵洞數據\當前涵洞屬性設定”的對話框，選擇“設計圖風格”下的“設計圖組織方式”為“一套通用圖+每道涵洞的布置圖”，如下所示：
2) 然後選擇“PCVX選單\涵洞數據\當前涵洞屬性設定”下的其它涵洞級別的設計參數。在選擇當前涵洞的屬性設定的過程中,您可以選擇當前涵洞的採用的規範檔案。
3) 在中“PCVX選單\D涵洞數據”子選單下，選擇相應的選單項，依次輸入涵洞的地面線，設計線，地質線，涵洞選型和洞身屬性等原始設計參數。
4) 在中“PCVX選單\D涵洞數據”子選單下，選擇“G縱面布置”進行涵洞的縱面布置。
5) 點擊“PCVX選單\D涵洞數據\D洞身及其結合部\D階梯涵分段”子選單，設定涵洞分段形式和涵洞的鋪底錯台及其涵洞的異形分段等等的調整方式。
6) 選擇“PCVX選單\D涵洞數據\D洞身及其結合部”子選單下的相應選單項，設定洞身結合部位的相應設定參數，在PCVX中，提供了翼牆，一字牆，擋牆這3種洞身結合部位形式。
7) 選擇“PCVX選單\D涵洞數據\E洞口參數”子選單下相應選單項，設定涵洞的洞口和附加洞口。
8) 選擇“PCVX選單\D涵洞數據\D涵洞說明”編輯涵洞的說明。
9) 選擇“PCVX選單\L力學計算”子選單下相應選單項，進行涵洞力學驗算。在此種設計涵洞的方式下，力學計算只是作為一個輔助的設計手段，因為標準圖的編制具有一定的限制。
10) 選擇“PCVX選單\E設計圖”子選單，繪製涵洞的布置圖。
（3） PCVX中，一套通用圖+每道涵洞設計涵洞時的整體流程在PCVX中，如果採用“一套通用圖+每道涵洞的布置圖”設計涵洞的時候，需要按照下面的流程進行：
1) 打開或者新建一個PCVX的項目組和項目
2) 選擇涵洞的設計方式為：一套通用圖+每道涵洞的布置圖，並選擇相應的規範檔案路徑和材料方案。
3) 按照路線的採集數據，設計每一道涵洞，並得到每一道涵洞的布置圖。
4) 保存涵洞的項目組檔案
5) 生成相應的工程數量表檔案
6) 發布涵洞的設計圖，發布後，涵洞的設計圖為最後成果圖檔案。
7) 發布涵洞的規範。在PCVX中，可以通過通用圖管理器管理相應規範*.DWG檔案。
8) 列印設計圖。
