关于梯形排洪涵洞的应用研究

□何翠方

南水北调中线邯石段是南水北调中线工程的重要组成部分，行政区域位于河北省南部。工程改变了区域内交叉河流洪水流量和流态以及局部防洪格局，加大了局部区域防洪风险。根据防洪格局，部分跨南水北调总干渠建筑物下游排洪河道从村庄穿过，两岸民房紧邻河道，为工程的实施造成困难，本文针对此类河段处理措施进行了深入分析，采用新型结构形式，有效解决了毗邻民宅无法实施的问题，取得了良好效果，以下以双庙沟河道倒虹吸下游防洪处理为典型进行阐述。

1.工程基本情况

双庙沟河道倒虹吸修建后，洪水在总干渠以上汇集后经倒虹吸后向下游宣泄，10年一遇洪水设计流量由总干渠建成前126m3/s增加至151m3/s，由于建筑物出口正对村庄，洪水加大了对该村的危害，拟对村内排水河道进行疏浚防护，以加大过流能力及增强两岸抗冲刷能力。整治范围为双庙沟倒虹吸出口至孟庄村外，并结合村民生产生活需求以及现有情况对现有跨河涵桥进行拆除重建。

为行洪要求，拟对现状涵管桥拆除，原址处重建排洪建筑物并兼做交通路，交通和在按公路四级进行设计，满足两岸村民通行要求。由于长期以来村庄建设，部分民宅已修建至河道岸边，为工程实施造成了相当困难。根据两岸地形及现状民房分布情况拟采用过道箱涵结构形式。

2.箱涵布置的防洪影响分析

拟建箱涵处，河道设计底宽9.0m，设计洪峰流量151m3/s，河道行进流速4.2m/s。拟建箱涵底宽与河道底宽相同，由于涵洞两侧岸坡处进行回填，缩窄行洪断面达到25%，造成洞前较大壅水。其中上游桩号0+494～0+706段水位壅高约1.0m，桩号0+350～0+494段水位壅高约0.5m，桩号0+000～0+150，段水位壅高约0.5m，两岸共需筑堤约700m，对两岸排水和交通造成不利影响，需加大涵洞跨径，增加过流能力。

3.箱涵型式分析选择

为满足涵洞过流能力，并结合南水北调施工经验，针对加大过水断面提出了矩形箱涵及梯形箱涵斜交涵洞布置方案。依据现状地形情况，考虑与现有道路衔接，涵洞与河道斜交布置，交叉角度为70°，由进口段、洞身段和出口段三部分组成。洞身采用2孔一联钢筋混凝土结构，单孔尺寸6.5×3.2m(宽×高)，进出口段两岸为仰斜墙防护。涵洞结构形式见图1。

通过对涵洞结构形式的优化布置，增加了过流断面，压缩河道行洪断面占比仅为3%，洞前壅高水位由1.0m降至0.18m，上游河道均不需筑堤，有效解决了河道行洪、两岸排水及村民通行问题。

4.梯形涵洞结构分析

图1

图2

图3

表1 涵洞内力计算成果汇总表

根据实际运用情况，拟选择已建成无水+车辆荷载工况进行验算。

采用数字软件进行结构内力计算，在模型中每跨底板均分为5段并加设弹簧，模拟为弹性地基。考虑施工过程中两侧削坡可能存在的超挖情况，两侧坡式边墙分别按受力基础和非受力基础两种情况考虑。按受力基础构建模型时，每侧坡式边墙。

均分为5个单元，每一节点处均加设接地弹簧，模拟为弹性地基。垫层系数k由《土工原理与计算》第二版根据地基类型选取，本次设计选取k=15N/cm3。

涵洞计算采用单宽进行进分析，取各截面中心线建立立体框架模型，并对各节点进行平动及转动约束。

两侧坡式边墙按受力基础和非受力基础内力计算成果分别见图2、图3。

5.与传统箱涵的对比比较

传统箱涵及梯形箱涵内力成果汇总见下表：

由上表可知梯形箱涵各杆端弯矩均小于传统箱涵，以下分别对两种结构形式在相同过流能力条件下从工程费用、施工工艺、工程占地等方面进行经济技术比较分析：

一是结构内力：梯形箱涵各杆件杆端弯矩均小于传统箱涵杆端弯矩。

二是直接工程费：相同过水断面条件下，梯形箱涵材料用量明显小于传统箱涵，节省直接工程费用。

三是施工工艺：梯形箱涵两侧坡式基础采用土模法成型，无需重型机械碾压，对两岸民房基本无影响；传统箱涵需在两侧采取钢板桩临时支护，施工面狭窄，施工组织复杂，同时基础夯实过程中对两岸民房可能造成不利影响。

四是工程占地：梯形箱涵及上下游仰斜墙施工无需开挖临时边坡，临时占地很少；传统箱涵采用直立式边墙，需临时开挖工作坑基础，增加了临时占地，亦对两岸民房造成不利影响。

6.结语

水是生命之源，人们的生产生活方式逐渐趋于傍水而建、依水而居，但同时也压缩了原有河渠的滨水空间，对河道防洪工程的布置造成了一定困难。

此文结合工程现场实践经验，从跨河涵洞的平面布置、结构形式，受力方式等技术要点进行了总结。根据传统箱涵与倒梯形箱涵的对比分析，在受地形限制时，倒梯形箱涵具有节省投资、施工快捷、减少占地等优势，可作为传统箱涵结构的有益补充。□