新手速进！水利工程涵洞设计要点

摘要：涵洞设计环节对于涵洞建设非常重要。涵洞应用于水利工程中需要根据具体工程需求、地质情况等方面的要求进行设计，不同的工程应用涵洞的功能，结构型式均有较大的差异。水利工程中进行具体的涵洞建设首要的工作是设计出合理的、可行性的方案，并保证设计方案能够应用到实际的施工中。本文针对水利工程中涵洞设计的几个要点进行合理的分析。 
关键词：水利工程；涵洞；设计要点 
　　引言： 
　　水利工程是我国兴水利除水害的重要措施，工程设计合理与否直接关系到工程安全及工程运行年限，工程施工必须采用措施保证工程质量，以达到设计目的。为了保证水利工程能够长期稳定的运行，必须对水工建筑物进行合理的设计；涵洞作为水工建筑物的一种，属过水建筑物（可作为泄水建筑物或引水建筑物），其结构尺寸及平面布置也必须经过专门的设计。在水利工程建设过程中，涵洞的建设首先是根据涵洞工程的功能、地质情况、建筑物的级别，确定需要应用涵洞的类型。在确定涵洞类型的的情况下根据各种不同类型涵洞的特点，进行涵洞的结构设计，在设计过程中注意设计要点。本文针对各类水利工程中主要应用的几种涵洞类型，分析各种涵洞在设计环节中需要注意的设计要点。 
　　一、涵洞 
　　涵洞是指横贯路基的或路堤的小型过水建筑物（引水、泄水和排洪构建物）。从广义角度来说，涵洞可以看做为涵渠，是一种小型过水建筑。涵洞主要是由洞身、端墙、翼墙；出入口铺墙等组成。对其进行的分类主要是按照功能、建筑材料、构造形式、洞顶填土形式、水力性能五个方面进行划分。其中按照功能可分类包括引水涵和排洪泄水涵；按照建筑材料进行分类包括钢筋混凝土涵、混凝土涵、石涵、砖涵；按照构造形式进行分类包括箱涵、管涵、盖板、拱涵；按照洞顶填土情况进行分类包括明涵和暗涵；按照水力性能进行分类包括无压式涵洞、半压式涵洞、压力式涵洞。不同类型涵洞的应用是根据公路或水利工程的实际情况进行合理的选择。在水利工程与公路交叉处，涵洞使公路能够跨越沟渠，使水利工程能穿越公路；同时涵洞也是公路跨越天然沟渠的主要建筑物，起过流沟渠水及山洪水保护公路的作用。 
　　二、涵洞设计 
　　从整个建筑角度来讲，涵洞设计环节占十分重要的位置。涵洞设计的结构形式及断面合理性直接影响工程运行及具体施工工艺和方法。在设计过程中必须充分考虑各种不良因素，保证方案的实施性及合理性。所以，通常进行涵洞设计一般根据建筑功能及施工现场的材料、地质、施工要求、施工条件等方面，选择适合的涵洞类型进行具体的设计。涵洞设计时需要考虑的问题是设计的涵洞类型能够否符合要求；涵洞设计是否将常见的弊端进行有效的控制；涵洞设计是否过于理想化，涵洞泄洪、过水能力是否满足要求等等。 
　　涵洞设计大多是套用现成的标准图。套用标准图是在原有的标准化合理化的模式基础上结合实际的现场需要有效的进行。套用标准图进行设计不仅能实现设计更加合理化、实用化、规范化，还能节约设计时间，加快涵洞具体建设。在套用标准图过程中，主要是根据实际需要选择适合类型的涵洞标准图，根据涵洞的设计荷载，查相应的设计荷载的涵洞设计图。套用标准图设计涵洞过程需要考虑实际涵洞进出口的沟底的标高和涵洞的跨度。涵洞设计过程中对于进出口沟底标高的处理是通过涵底中心标高及涵底纵坡度进行合理设计，由于涵洞的涵底标高通常略低于沟底标高，在设计过程中沟底标高挖至涵底下部，具体距离取决于实际工程需求，而涵底纵坡度最好选用临界坡度，能够保证涵洞有非常良好的排洪作用或过水能力，也可根据实际工程确定，但不应出现倒坡，沟底的纵坡度将以临界坡度为标准，因此，涵洞进出口的沟底的高度按照不小于临界坡度的最大高度为主。涵洞跨度的设计需要通过实际的工程需求进行具体的设计，设计人员在进行设计跨度的过程中要根据涵洞过水条件确定涵洞的净跨度和涵洞的净高度，因为只有准确的评估出需求涵洞的有效高度和跨度，才能避免涵洞建设过大或过高影响公路或水利工程的应用。因此，在设计涵洞跨度时准确的计算出标准涵洞净跨度才能更好的设计出合理的涵洞跨度。 
　　三、水利工程中涵洞设计要点 
　　在水利工程中建设涵洞主要是为了引水或排洪。引水涵洞的水力参数明确，荷载要素清晰，比较好把握；排洪泄水涵需要对比分析水力条件，确定洪水标准。排洪泄水涵受洪水侵袭程度较大，容易给工程造成严重的破坏，涵洞结构形式的选择和断面尺寸的设计必须满足相应洪水标准，结合建筑物级别，保证遇超标准洪水时工程能安全运行。在水利工程中建设涵洞最重要的环节之一是涵洞设计。水利工程中的涵洞设计是根据实际情况进行分析计算，以下将具体的分析各种不同类型的涵洞设计的几个要点： 
　　1.箱涵设计 
　　箱涵在引水工程和公路工程中的应用都较为普遍，在水利工程中常以箱涵作为引水建筑物，其结构简单，施工方便，对地质条件的适应性强，在水利工程中得到了广泛的应用。箱涵在水利工程中主要作为无压引水建筑物使用。引水工程箱涵在设计过程中主要是进行水力设计，确定箱涵的布置及断面尺寸，同时考虑底坡以及和前后建筑物的连接，水面衔接；其结构受力分析、计算较简单。 
　　2.圆管涵设计 
　　水利工程中进行涵洞设计需要注意圆管涵设计，特别是排洪泄水涵，涵管承受的水力荷载复杂多变，不确定因素多，在设计计算时对荷载的选取必须谨慎，考虑影响因素必须周全。圆管涵可作为压力过水涵、半压力过水涵和无压力过水涵，设计时特别应注意水位变化时是否产生负压，以及对圆管涵的影响。通过计算各种可能工况下的局部荷载确定涵洞的结构尺寸。在此之后进行的圆管涵设计为了提高涵洞整体的承载能力。在设计圆管涵时，主要是明确地基基础的承载力和各种工况下涵管最大的承载力，进而确定圆管的侧向压力强度和荷载传递情况，圆管涵水平面以按照荷载进行计算。以各种工况下的承受力为标准设计圆管涵，才能符合水利工程的实际应用。 
　　3.盖板涵设计 
　　盖板涵设计时最需注意的部分是钢筋混凝土的预应力和计算涵台，这两个方面直接决定盖板涵能否有效的应用。盖板涵一般为无压式涵洞；盖板涵设计过程中，计算钢筋混凝土预制盖板按两端简支板计算内力，需要盖板自重和盖板以上的压力及分布情况，进而确定盖板涵支板需要承受的竖向压力。盖板涵的涵洞需要承受的竖向压力，是按照涵洞以上地面面积边缘向上外斜30度进行分布的，以各向扩散的面积为准进行计算，确定盖板涵涵洞的竖向压力。计算涵台内力时，是通过涵洞和涵底为支撑，将涵台的各个重心落到各个支点上，促使涵台能够作为上下两个简支的竖梁。作为上下简支的竖梁需要承受上部简支压力以及水平方向的作用力。因此在设计涵台时需要同时考虑上部与两侧之间的作用力，并对比各种可能工况，对最不利工况进行设计。 
　　4.拱涵设计要点 
　　水利工程以拱涵类型的涵洞作为过水、排洪的方式时，需要在设计拱涵过程中注意两个要点。其一，是计算拱涵涵顶填土对涵洞的竖向压力，按照土柱压力计算；其二是计算拱圈采用等截面拱计算。由于拱涵最大的特点是以弧形拱承担拱顶压力，在设计拱涵的弧形过程中，需要计算内力；在计算过程中不需要考虑曲率、剪切变形、弹性压缩以及温度变形对内力的影响，只需要计算填土厚度（大于最小填土厚度）的重力所产生的压力及在拱圈内的分布。确定拱圈需要承受的力，就相当于确定拱圈横截面。 
　　结束语： 
　　涵洞在水利工程中的应用较为普遍。应用于水利工程中主要是为了引水和排洪泄水，从而达到控制水流的作用。涵洞有很多类型，在实际的应用中需要根据建设需要选取合适的涵洞。水利工程中应用的各种涵洞在设计过程中注意的侧重点不同，本文对水利工程涵洞设计的要点进行了分析，希望对水利涵洞工程建设有所帮助。 
　　参考文献： 
　　[1]魏银红.高填涵洞垂直土压力分布就规律的数值模拟分析[J].路基，2007（8）. 
　　[2]王长运，李永刚.矩形断面沟埋式涵洞的垂直土压力的分析[J].太原理工大学学报，2004，（6）.