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大于45度斜交涵洞的變更設計

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大于45度斜交涵洞的變更設計

大于45度斜交涵洞的變更設計 
鐘宏祥 肖慶林
【泰州市公路管理處 泰州市 225300】
摘 要 介紹了對于斜交角大于45°、不適用于依照常規按45°設計的斜交涵洞的設計,即斜交涵洞長度的計算以及一字形洞口、折線形洞口、八字形洞口的變更處理方法。
關鍵詞 斜交角 涵洞 設計
1 問題的產生
平原水網地區公路上的涵洞很多,而且絕大多數是斜交的,當涵洞(涵軸線)與路線(法線方向)的交角α>45°時,常規做法仍按α=45°設計,其理由主要是,①可確保涵洞端部結構的安全;②避免涵洞過長,增加造價;③與現行通用圖一致,方便設計。這樣布設涵洞,對于α>45°不多、以及河床較寬、涵洞較短、進出口河道可不改動或少許改動(見圖1)、不影響涵洞的排洪或灌溉功能,同時,洞口按通用圖預制施工也是比較方便的,在此情況下,按α=45°設計是合理的。
然而,對于α>45°較多的溝渠,以及人工開挖或整治過的河道,其河床不寬卻相當規則直順,如仍按α=45°布設涵洞,洞口兩端就需改河,改河在平面上會形成兩個“S”形彎曲河道(見圖2),從而破壞了原河道及沿岸道路的平順性,并增占土地,由此可能引起第二次征地與地方的矛盾。
2 解決方案
怎樣揚長避短化解矛盾呢?本方案是,按實際交角(α>45°)設置涵身,按通用圖(α=45°)設置洞口(涵洞端部結構)并對洞口做適當變更處理,即可達到此目的,其主要方法步驟如下:
1.按實際α(α>45°即∠AOS>135°)計算涵洞長度L1(常規算法,略)
2.計算涵洞長增量ΔL及涵洞全長(見圖3)
因洞口采用α=45°,端墻前沿AOC需繞O點旋轉(α-45°)至BOC1位置(即令∠BOS=135°)?熏使BOC1與涵軸線成45°夾角,旋轉后端墻的一端侵入路基邊緣ΔL,因而端墻應向外平移ΔL至AO1C2位置,方可達到設計的涵洞長度。
在△AOB中
設R1=AO (即斜交α°時端墻長度之半)
  R2=BO (即斜交45°時端墻長度之半)
  AO=0.5B/COSα(M)(1)
  BO=0.5B/COS45°(M)(2)
  B—涵洞正交時端墻長度,可查通用圖也可計算。
當順路方向涵洞錐坡為1?押1時
B=L+2(H+δ)(M)(3)
  L、H、δ—分別為洞口的凈寬、凈高和頂部厚度。
∠AOB=∠AOS—∠BOS=α—45°
  根據余弦定理
  (4)
  涵洞全長計算:
  L=L1+2ΔL(M)(5)
3 洞口部分變更處理
3.1 一字形洞口
對于圓管涵或凈高H≤1.5M的箱形涵洞,因其端墻較短,可按一字形端墻錐坡式洞口(簡稱一字型洞口)布置,其端墻長度可查(α=45°)時通用圖中的長度或按公式(3)計算。
與通用圖不同的是,大小錐坡的高度不等,(見圖4B)大錐坡的高度同通用圖,即
H大=H(涵洞凈高)+δ(管壁厚或蓋板厚)
小錐坡高度為:(路基邊坡以1:1.5計)(見圖3(B))
H小=H大-2ΔL×COSα/1.5(M)(6)
3.2 折線形洞口
當箱涵凈高H>1.5M時,宜改為折線形端墻錐坡式洞口(簡稱折線形洞口),折線形洞口,即令洞口以外的兩側端墻與路線方向平行(見圖4A),舉例說明:
泰鎮公路K2+0461—2×2M蓋板箱涵,原按斜交45°設計,未考慮改河,施工放樣實測α=56°,如按原設計施工,涵洞兩端必須改河,左端靠近民宅的樓房,改河不僅會侵占房前宅地,還將影響房基安全,因此,考慮按上述設想變更設計,洞口采用折線形布置。
涵長增量ΔL計算:(見圖4(A),AB段)
注意:公式(1)和(2)中的B在此應為洞身寬度
即B=2.0+2×0.8=3.6(M)
  R1=0.5×3.6/COS56°=3.22(M)
  R2=0.5×3.6/COS45°=2.55(M)
  
  涵洞全長計算略。
洞口部分(AB段)端墻長度計算:
AB=2R2=2×2.55=5.10(M)
洞口兩側端墻長度計算(錐坡順路線方向按1:1計)(見圖4B)。
依大錐體(AO段)計算,小錐體一側的端墻高和長可縮小些,但整體不對稱,影響美觀,故未采用。
AO=2.21/COS56°-0.8/COS45°×COS(56°-45°)=2.84(M)
  端墻全長則為:
5.10+2×2.84=10.78(M)
如端墻按一字形布置,取正交時的端墻長度應為B=2.0+2×(2.0+0.21)=6.42(M),以此計算涵長增量ΔL=1.55M,比按折線形布置涵長增加2×(1.55-0.87)=1.36(M),同時,按折線形布置,在洞口頂部出現的平臺也比較小,小錐體與端墻頂部的高差也小些,所以外觀上也優于一字形布置。
折線形布置的端墻比較長,其頂部標高應以路線縱坡計算控制。
3.3 八字形洞口
八字形洞口的端墻比較短,應采用一字形端墻布置,端墻長應采用通用圖(α=45°)時的長度,以計算涵長增量ΔL。
由于端墻扭轉和外移,通用圖中八字墻的小翼墻前端伸出路基坡腳線外2ΔL(見圖5),應將其縮短,縮短后前端的墻高也應降至原通用圖(接近地面)的高度,使小翼墻頂面坡度變陡些,以使其接近錐坡頂面,大翼墻的變化不大,仍可采用通用圖不必改動。
本變更因端墻扭轉后與路線方向不平行,端墻頂部帽石內側與路基邊坡線出現一個(α-45°)夾角,在一字形洞口則形成一個三角形平臺,如圖5的ABC,折線洞口成四邊形平臺(圖4(A)中的A1B1C1D),同時使平臺寬出一側的小錐坡或小翼墻比通用圖縮短了2△L,而不像端墻與路線平行那樣,路基邊坡與端墻及錐坡或翼墻完全吻合,因而影響了洞口的美觀(這是本變更方案的缺陷),對于出現的平臺,施工時應做出向外流水坡度,適當防護,以利排水。
本變更方案也適用于路線交叉區,當兩線或幾條線不平行而又在同一座涵(或通道)上通過時,外側的一條線與涵洞夾角大于45°的情況。
綜上所述,對于大于45°斜交涵,當不能結合改移溝渠調整角度布設時,可參照本文的方法進行設計。這一方案當然不會適合各種復雜情況,設計者應因地制宜,深入調查比選,提出最合理的設計方案。

原作者: 鐘宏祥 肖慶林 
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