浅析山区公路涵洞水毁原因及设计预防措施

胡 锴（四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，四川成都610000）

浅析山区公路涵洞水毁原因及设计预防措施

胡 锴（四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，四川成都610000）

公路工程在山区建设过程中，受地形地貌、水流冲刷、地质灾害等不利因素的影响较为明显。因此，涵洞作为公路工程不可或缺的排水构造物，在建设过程中进行科学合理化设计显得非常重要，直接关系到公路的使用寿命以及行车安全。本文结合工程实例阐述了山区公路沿线涵洞水毁、淤塞等成因的分析，并提出相应的设计预防对策，以期本文能够为高山峡谷地区的公路设计提供借鉴作用。

山区；涵洞；水毁原因分析；设计预防措施；效果

引言

公路是推进地区经济发展的重要基础设施，公路建设对于我国西部山区经济发展有着重要的意义。山区公路的建设对原有地表流径进行了改变，桥梁涵洞对于引导疏通公路范围内的河流、沟渠发挥着重要作用。尤其是作为宣泄地表水流的涵洞，在公路建设中尤其重要。涵洞的作用不仅仅在于公路自身排水系统通畅，还能为公路用地范围以外的工、农产业提供辅助作用。但山区公路路线受地形限制，需要依山展线，沿线涵洞逢沟而设，在公路工程中所占比重很大，且分布也很广。公路建成通车使用一段时间后，涵洞水毁、水害逐渐呈现，轻则造成道路行车受阻，重则导致道路断道，是公路建设、通车运行的一大难题。

1 工程概况

G356线金阳县城至通阳大桥段公路改建工程是原S208线乌（斯河）金（阳）公路的一段，本项目金阳县是连接布拖、昭通、宁南的重要陆路通道。

1.1 工程区地貌

工程区属凉山山原地貌，为西南山地地貌区，岭谷高差大，一般为1500～2000m，呈内陆型的幽谷，路线沿山脚金阳河而布设，公路周围山体陡峭，为典型的高山峡谷地貌。

1.2 工程区气候

工程区属典型亚热带气候区，多年平均降水量为732.8mm，年最大降雨量为851.2mm，最小降雨量为586.3mm。6～9月为雨季，雨季降雨量为全年降雨量的90.37～96.55%，夏季常有短时大雨或暴雨，最大日降雨量可达100mm以上，造成山洪及泥石流爆发，冲毁道路和桥梁。

2 工程区老路现状

项目区原有S208线道路基本能勉强满足四级公路线型标准，个别回头半径不足10m，路基宽度6.5～7.5m不等，沿线防护排水及交安设施严重缺乏，且路基、涵洞受水毁、自然灾害的影响较大，尤其是公路沿溪线段落的涵洞损毁最为严重。本项目全长33km，其中老路在沿溪线段落有原涵280.5m/28道，原有涵洞主要为钢筋混凝土盖板涵、钢筋混凝土圆管涵，不同程度地出现：不均匀沉降、断板、墙体开裂、洞口损坏、洞口洞内淤塞等病害，进而造成路基沉陷、掏空，致使车辆通行受阻，以现有道路的行车条件，不仅影响到金阳县社会经济的发展，而且无法保障过往车辆的行驶安全和行人的人身安全（见图1）。

3 造成涵洞水毁成因分析

3.1 水压力水毁

图1

老路涵洞孔径普遍偏小，多数涵洞出现不同程度的洞口胀裂、涵身偏位。项目区降雨量较大，地处山区，尤其是在洪水时期，冲沟来水在受到地形侧面束窄的作用下，水流流速加快，在涵洞的入水口形成压缩的水流断面。洪水的流量大、流速大，超过了涵洞过水能力时，使得涵洞难以承受水流的压强作用，进而引发上述破坏。[1]

3.2 淤积、堵塞水毁

因项目区坡面生长植物较少，覆盖层松散，边坡上裸露的基岩风化严重，加之老路部分路段开挖后的路堑边坡失去原有的自然整体稳定状态，又因当时建设资金有限，无法对边坡进行坡面防护处理，坡面抗风化、冲刷能力薄弱。在雨季时期，坡面来水裹挟作用下，松散的覆盖层和破碎的坡面岩体顺水而下，堆积、堵塞在涵洞进水口，造成拥堵破坏。

3.3 冲击、冲刷水毁

老路边坡陡峭、坡降大，在无水流冲刷的情况下时常发生局部的落石、坡面覆盖层垮塌。从高处落下的飞石、垮塌的土石覆盖层，在重力加速度的作用下冲击力巨大，老路涵洞洞口或涵身部位在这种直接冲击作用下，破坏严重。在雨季时期，洪水夹杂碎石、块石宣泄而下，部分冲沟更爆发小型的泥石流，对涵洞洞口、涵身进行冲击、冲刷，造成老路涵洞严重破坏，丧失排水功能，导致水流无法从涵洞排水而渗入路基。

3.4 基础破坏

老路涵洞年久失修，其地基的地质情况因为地下水或涵洞破坏后的地面渗水而发生变化，加之当时施工条件恶劣，技术条件有限，未对部分涵洞的地基作处理，导致涵洞出现倾斜、错位等病害。进而发生路基沉陷、路面开裂，对来往车辆造成安全隐患。

4 设计预防措施

4.1 涵洞位置、孔径选择

从老路涵洞出现不同程度的洞口胀裂、涵身偏位来看，部分老路涵洞存在偏位冲刷、涵洞孔径偏小的问题。涵洞位置、孔径大小的选择尤为重要，直接关系涵洞及公路路基的安全。选址和确定孔径前，必须对公路沿线的地形地貌、水文、地质情况，进行充分调查研究，特别是应重点对当地群众访问和原有的排水设施进行调查。[4]在取得了能支撑设计的基础资料后，应综合公路路线的平面型、纵坡，沿线冲沟及水渠分布情况，进行涵洞布设。在有冲沟的地方，涵洞位置选择应正对冲沟、泥石流沟，避免因选址偏位形成阻流，水流及物质不能快速通过涵洞，影响涵洞排水效果。涵洞孔径大小设计应根据当地发生的洪水流量大小，冲沟、河床的地质情况，平均流速等综合考虑，并详细计算，确定最大过水断面。其孔径的大小须满足涵洞内部流速、设计洪水流量，并保证洞口前涌水高度不超过帽石。

4.2 涵洞淤积、堵塞的防治

4.2.1 设置束流构筑物

涵洞入水端的冲沟设置束流构筑物，如漏斗形式的急流槽、导流槽等并对已有的天然沟槽进行浆砌护面，使束流构筑物汇集并引导散流的水流及其夹杂的固体物质汇入槽中。[1]通过束流构筑物的人为设置方向，可避免因冲沟水流或山洪冲刷而导致原有天然沟槽扩大、偏位，发生散流、偏流，使洪水顺着预定的方向汇入并通过涵洞；通过调整束流构筑物的纵坡，加大了束流构筑物中水流的流量及流速，适当增大了水流对涵洞进口建筑的冲刷力，可有效的冲刷涵洞进口处淤积的固体物质，使淤积物质顺水排出涵洞。

急流槽、导流槽等束流构筑物的设置应注意槽身的设计尺寸，须保证槽身尺寸要满足最大洪水流量，山洪来袭时不能漫过其顶部造成漫流、散流。本项目边坡陡峭，水势凶猛，不仅槽身采用较高强度的混凝土进行浇筑，设置槽身基础时，须保证其基础有足够的埋置深度，并在基础下每隔5m设置混凝土台座，加强基础与地基的咬合，保证槽身的使用安全。

4.2.2 加强沿线边坡防护

对于沿线的松散土质、破碎岩质边坡采用了如框架梁、挂网喷锚、素喷、挂三维网植草等多种防护措施。对原本脆弱易受风化剥落的坡面物质进行了保护，使其在雨水、洪水来临时，不再被冲刷而大量掉落入公路边沟，进而顺边沟流水汇入涵洞进口形成淤积、堵塞，有效的从公路沿线的边坡源头减少了淤堵涵洞的大量固体物质。

4.3 冲击、冲刷水毁的防治

项目区冲沟、小型泥石流沟密布，且山高坡陡，雨季时期山洪、小型泥石流来势凶猛，做好涵洞防冲击、冲刷措施直接关系到涵洞的使用寿命。

4.3.1 消能防冲

沿线的冲沟设置铺砌、导流槽的同时，在槽身每隔4m设置一道消力坎，通过多层消力坎的阻缓作用，减缓洪水流速，从而降低洪水对涵洞进口、涵身的冲刷力度，延长涵洞的使用寿命。

对于为小型泥石流冲沟设置的涵洞，需要设计专用的泥石流导流槽。为保证导流槽的强度、耐久性，两侧侧墙均采用C15片石混凝土，配备独立基础，并连接底部现浇的C15片石混凝土铺底。在导流槽入口处需要设置成漏斗形式的进口，将泥石流汇入槽中，并在槽身每隔4m设置一道0.4～0.8m厚防冲肋板（具体厚度根据冲沟纵坡、计算的流量、冲击力而定），逐级减缓泥石流的下冲动能。在有条件设置的边坡上，可考虑拦石坝、积石井等拦截固体物质设施，尽量减少来袭泥石流所夹携的物质。涵洞进口可采用高强度的混凝土修筑跌水井、八字墙等构筑物，亦可适当的加大其截面面积，增强其抗冲击破坏的能力。

4.3.2 涵身快速引流

快速汇流、排出为本项目涵洞的设计理念，涵底纵坡取值平缓后，不利于涵洞快速泄水，涵身将更容易发生杂物拥堵。在适当的增大涵底纵坡，可提高水流流速，使涵身内水流、杂物能够快速的被排出，可有效避免涵身堵塞。尤其是对于泥石流冲沟，涵洞跨径和高度可根据实际情况适当增大、加高，涵底纵坡须调整至12～16%左右，加大涵洞过水断面，加速泥石流从涵洞内流出，避免因流速过慢发生拥堵。

4.4 基础破坏预防措施

新建涵洞基坑开挖完成后，地基承载力不满足设计要求时可采用基础换填等方式进行处理，换填材料须采用透水性好的碎砾石、块碎石。涵洞涵身和洞口构筑物须做好衔接，涵身间的沉降缝采用沥青麻絮填塞，做好防渗漏工作，避免雨水和洞内流水通过缝隙渗入涵洞地基造成地基破坏，进而导致涵洞出现倾卸、错位等病害。

5 防护效果

本项目自2016年1月开工后，为满足公路排水要求，首先修建的就是涵洞工程。同年9月，项目区出现了较大的暴雨，新建的涵洞承受住了洪水、泥石流的冲刷，虽然部分泥石流涵洞洞口建筑造轻度损伤，但是各涵洞整体未发生堵塞、破坏等病害，仍能满足排水引流的功能要求。

6 结语

公路涵洞在山区的设计与施工，受地形地貌、水文等多方面复杂条件的影响，是一项复杂多变的工作。本文针对原S208线老路涵洞水毁的成因进行了分析，重点介绍了G356线金阳县城至通阳大桥段公路改建工程所运用的涵洞抗水毁病害的能力防治措施，并对其建设效果进行了评价，对类似地区公路建设中的涵洞水毁病害的防治具有一定的借鉴意义。

[1]芦俊波，杨光焕，孙文浩.公路小桥涵水毁灾害调研与防治措施[J].北方交通，2013（6）：99～102.

[2]李雪斌.探讨公路水毁的成因与防治措施.黑龙江交通科技，2011，07. [3]李春明.浅谈山区公路的涵洞勘测设计[J].北方交通，2012（5）：82～84.

[4]沈 波，等.我国山区公路排水问题及水毁调查分析.2006，10.

U449.7

A

2095-2066（2016）36-0224-02

2016-11-20

胡 锴（1983-），男，工程师，本科，主要从事道路桥梁设计等相关工作。