【摘要】本文简述了山区公路涵洞选型，位置、立面布置和洞口形式选择基本原则和规律，同时结合设计实践提出个人对涵洞设计中应注意的主要问题，想法和经验。
【关键词】山区涵洞；涵洞位置；因地制宜；立面布置；洞口选型
1. 引言
涵洞是公路的重要组成部分之一，虽单个工程数量较小，费用低，但对整条道路而言，涵洞分布全线，工程量占着相当比重，是保障路基排水通畅和长期稳定重要构筑物。同时涵洞的设计还与地方农田水利灌溉有着密切关系，直接影响沿线人民群众生产生活，对于发挥公路建设社会效益起着重要作用。因此，科学合理地设计涵洞是降低工程造价，保证整条道路安全、稳定和正常运营的关键环节之一。
实践中涵洞设计重要性往往被忽视，施工中涵洞设计变更严重影响路基施工的连续性，涵洞设计施工不合理会给道路的使用留下隐患。对于目前涵洞设计中存在的问题，本文从涵洞结构的选型，涵洞位置、立面布置及洞口构筑物的选择几个方面进行阐述。
2. 涵洞结构形式的选择
涵洞应根据所在公路的使用功能、等级和发展需要，按照适用、经济、安全和美观的原则进行设计。结构类型的选择应考虑地质条件，施工能力，做到因地制宜、就地取材、便于施工和养护。
1）石拱涵能充分利用天然石料，造降低，施工技术简单，经久耐用，养护费用低 ，但基本采用人工砌筑，施工速度慢，建筑高度较大，对地基要求高，适用于高填方地区，路基工程中已较少采用。
2）管涵一般采用混凝土结构，钢筋用量较少，便于预制，施工速度快，但损坏后修理和养护较困难。若地基出现不均匀沉降，管涵易出现开裂，渗水，不利于路基稳定。管涵一般采用无压流过水，与地方灌溉渠相接时较多采用。近年来，部分工程采用波纹管代替钢筋混凝土管。波纹管由若干块成品波纹钢片拼接而成，施工速度快，可适当变形，以适应路基不均匀沉降。波纹管建筑高度大，波纹间易淤积泥沙，不利于水流快速排除，不适于在长流水沟渠处设置。
3）钢筋混凝土盖板涵应用范围最广，其构造简单，自重较轻，对地基承载力的要求不高，维护方便，适用于不同路基填筑高度。钢筋混凝土盖板多采用现场预制，工厂化施工，速度快，质量有保证。
4）箱涵整体性能好、对地基适应性强，但用钢量多，造价高，一般多采用现场浇筑，施工难度大。通常适用于软土地基。
涵洞结构形式的选择应结合项目特点，地质条件，工期及客户要求综合考虑。涵洞结构形式不宜太多，以便于施工组织和原材料供应。
3. 涵洞位置的确定
3.1涵洞选址的一般原则
涵洞位置选定的恰当与否，直接关系到路基的稳定、道路的使用功能以及工程造价的高低。山岭地区地形起伏，峰谷交替，路线布置上以纵断面控制为主，实际布置中应结合具体地形特征，将涵洞布置在如下部位：
1）、山岭地区一般应顺沟设置，一沟一涵，尽量保持河沟的原有状态，涵轴线与水流方向一致，以有利于泄洪和减少对下游冲刷破坏。
2）、涵洞设计与路基排水密切相关，路基排水一般通过边沟、截水沟、急流槽等汇入涵洞或通过排水沟排除路基以外，因此涵洞设计时须紧密结合道路平纵横设计。如在道路纵断面凹曲线低洼处、道路纵坡由陡变缓处，会出现水流淤积和对路基冲刷，须设置路基排水涵。
3）、若项目经过大面积的耕地，影响了原有的灌溉系统，应布置灌溉涵，其位置和相邻涵洞的距离需结合灌溉要求而定。
4）、改沟合并，当路线通过地段相邻河沟距离较近且流量又小，在地形上便于通过排水沟相连，排水沟上游水流设计流量小于边沟宣泄能力，同时又不至于危害路基稳定时，可以考虑改沟合并已减少涵洞数量，降低造价。
5）、结合地址勘察资料，涵洞应尽量避开淤泥、崩塌、滑坡或泥石流发育严重等不良地质地段。如必须在此设涵，则要采取一定的加固措施，保证施工和使用安全。
3.2涵洞选址应注意的问题
1）涵位与路线总体设计有机配合
路线总体设计时，就应结合道路平纵横断面，考虑线路中涵位的布置，使其与排水沟，截水沟等排水设施形成完整的排水系统（下图左）。如线路在转弯处，路基内侧会出现水流汇集和变向，若采用边沟将水引入下游，易出现对路基冲刷和泥沙淤积，宜在此设涵（下图右）。
排水系统总体设计 曲线内侧设涵洞
路线纵断面设计中应考虑涵洞立面布置，挖方段落设置涵洞，可能导致涵洞进出口开挖量较大，增加涵洞出口铺砌长度或涵长，若将路线纵坡抬高，可有效减少涵洞土石方、涵身及进出口工程量；涵洞设计完成后，应结合路线总体布置，检查路基排水系统能否有效将水流排除路基以外，应特别注意路基内侧地形起伏较大填方、挖填过渡段及低凹路段是否有出现积水情况的可能。若有积水无法排除，此时可通过在路基内侧回填土石方将水流引入边沟，或在低洼处设置涵洞的方法沟通路基两侧水流。
2）因地制宜，综合考虑
山区地形复杂，山势陡峻、沟壑多变，道路建设中，原则上应逢沟设涵，但在地势起伏较大的地区，河沟密集，汇水面积较小，逢沟设涵并不现实，此时应利用山坡截水沟、边沟、排水沟等将相邻几条水流导入同一方向，并在最低处设涵，
对一侧坡面汇水面积较大，山坡虽无明显沟壑，因山区暴雨洪水汇集快，流速大，为确保路基安全，也需每隔200～400m布设涵洞，以免路基内侧边沟积水过深，漫流路面。
4. 涵洞立面布置
山区涵洞立面布置受自然沟底纵坡，进出水口标高，路基横断面形式等因素的综合影响。当河沟纵坡≤3%，且涵长≤15m时，涵洞基础可水平布置，涵底铺砌纵坡可采用1%～3%，当河沟纵坡≥3%，≤6%时，涵底铺砌可采用与天然河沟相同的纵坡。
对于山区高填方路基，当整个路基范围内都是缓坡时，涵洞受排水要求的限制，可以腾挪的空间不大，涵洞沿沟底布置，水流易于宣泄，但涵身工程量大，若通过边沟，截水沟将冲沟内水流导入临近低填方路基，可有效减少涵长。当高填方路基地面线起伏较大时，可设置成边坡涵，涵底纵坡一般≤5%，这样可缩短涵长，但因涵底基础置于半填半挖路基之上，易出现不均匀沉降，此时填方段可采用碎石路基填筑，减少路基沉降，且可有效增加涵洞出水口抗冲刷能力。 山区陡坡涵可设置为齿状基础或台阶形基础、或将出口设置为扶壁式，考虑施工陡坡涵施工难度大，基础易开裂，现实中较少采用。
5. 洞口构筑物的选择
洞口设计中存在的主要问题是许多设计师机械地搬用定型图，洞口形式选择，不结合进出口条件，洞口形式单一化，一律采用“跌水井+八字式”，建议涵洞洞口设计中应认真调查涵洞进出口条件（地形、地质、水文等条件），据以选择合理的洞口形式，除常用的八字墙，跌水井洞口外，因地制宜，灵活采用直墙式、一字墙、扭坡，跌水井式等多种形式洞口。
涵洞口周围地势平坦，河沟有一定的宽度，可选择八字墙式洞口，而河沟中存在较为明显的沟渠，且涵洞的空间可以满足排水要求时，可进一步调整八字墙，将其扩散角设置为零度，从而形成直墙式；一字墙适用于沟床稳定、土质坚实的河沟及流速较小的人工渠道或不易受冲刷的岩石河沟；扭坡式适用于盖板涵、箱涵、拱涵洞身与人工灌溉渠道的连接。跌水井式洞口适用于河沟纵坡大于50%或路基不能满足涵洞建筑高度要求、涵洞进口开挖大以及天然沟槽与洞口高差大时，以解决路基边沟或天然沟槽与涵洞进口的连接。
6. 总结
山区公路涵洞的设计过程中，由于受到地形、地质条件等众多问题的影响，其设计难度大，这些要求设计者应重视涵洞设计工作的重要性，涵洞结构形式的选择应从地基稳定、施工组织，原材料和投资造价等方面综合考虑；涵洞位置的确定除受自然沟壑的影响，还应满足路基综合排水，保证路基排水无死角，避免出现低洼积水的情况；涵洞立面及洞口形式的选择应保证涵洞过流平顺，不得冲刷涵底、进出口构筑物和路基。涵洞设计是一个综合系统工程，设计前应做好调查研究，掌握上述设计规律的基础上，综合考虑，设计出安全、经济、合理的涵洞工程，减少施工过程中重大修改，保证施工进度和路基排水的有效性。