大于45度斜交涵洞的变更设计

大于45度斜交涵洞的变更设计 
钟宏祥 肖庆林
【泰州市公路管理处　泰州市 225300】
摘　要　介绍了对于斜交角大于45°、不适用于依照常规按45°设计的斜交涵洞的设计，即斜交涵洞长度的计算以及一字形洞口、折线形洞口、八字形洞口的变更处理方法。
关键词　斜交角　涵洞　设计
1　问题的产生
平原水网地区公路上的涵洞很多，而且绝大多数是斜交的，当涵洞（涵轴线）与路线（法线方向）的交角α＞45°时，常规做法仍按α＝45°设计，其理由主要是，①可确保涵洞端部结构的安全；②避免涵洞过长，增加造价；③与现行通用图一致，方便设计。这样布设涵洞，对于α＞45°不多、以及河床较宽、涵洞较短、进出口河道可不改动或少许改动（见图1）、不影响涵洞的排洪或灌溉功能，同时，洞口按通用图预制施工也是比较方便的，在此情况下，按α＝45°设计是合理的。
然而，对于α＞45°较多的沟渠，以及人工开挖或整治过的河道，其河床不宽却相当规则直顺，如仍按α＝45°布设涵洞，洞口两端就需改河，改河在平面上会形成两个“S”形弯曲河道（见图2），从而破坏了原河道及沿岸道路的平顺性，并增占土地，由此可能引起第二次征地与地方的矛盾。
2　解决方案
怎样扬长避短化解矛盾呢？本方案是，按实际交角（α＞45°）设置涵身，按通用图（α＝45°）设置洞口（涵洞端部结构）并对洞口做适当变更处理，即可达到此目的，其主要方法步骤如下：
1.按实际α（α＞45°即∠AOS＞135°）计算涵洞长度L1（常规算法，略）
2.计算涵洞长增量ΔL及涵洞全长（见图3）
因洞口采用α＝45°，端墙前沿AOC需绕O点旋转（α－45°）至BOC1位置（即令∠BOS＝135°）?熏使BOC1与涵轴线成45°夹角，旋转后端墙的一端侵入路基边缘ΔL，因而端墙应向外平移ΔL至AO1C2位置，方可达到设计的涵洞长度。
在△AOB中
设R1＝AO　（即斜交α°时端墙长度之半）
　　R2＝BO　（即斜交45°时端墙长度之半）
　　AO＝0.5B／COSα（M）（1）
　　BO＝0.5B／COS45°（M）（2）
　　B—涵洞正交时端墙长度，可查通用图也可计算。
当顺路方向涵洞锥坡为1?押1时
B＝L＋2（H＋δ）（M）（3）
　　L、H、δ—分别为洞口的净宽、净高和顶部厚度。
∠AOB＝∠AOS—∠BOS＝α—45°
　　根据余弦定理
　　（4）
　　涵洞全长计算：
　　L＝L1＋2ΔL（M）（5）
3　洞口部分变更处理
3.1　一字形洞口
对于圆管涵或净高H≤1.5M的箱形涵洞，因其端墙较短，可按一字形端墙锥坡式洞口（简称一字型洞口）布置，其端墙长度可查（α＝45°）时通用图中的长度或按公式（3）计算。
与通用图不同的是，大小锥坡的高度不等，（见图4B）大锥坡的高度同通用图，即
H大＝H（涵洞净高）＋δ（管壁厚或盖板厚）
小锥坡高度为：（路基边坡以1：1.5计）（见图3（B））
H小＝H大－2ΔL×COSα／1.5（M）（6）
3.2　折线形洞口
当箱涵净高H＞1.5M时，宜改为折线形端墙锥坡式洞口（简称折线形洞口），折线形洞口，即令洞口以外的两侧端墙与路线方向平行（见图4A），举例说明：
泰镇公路K2＋0461—2×2M盖板箱涵，原按斜交45°设计，未考虑改河，施工放样实测α＝56°，如按原设计施工，涵洞两端必须改河，左端靠近民宅的楼房，改河不仅会侵占房前宅地，还将影响房基安全，因此，考虑按上述设想变更设计，洞口采用折线形布置。
涵长增量ΔL计算：（见图4（A），AB段）
注意：公式（1）和（2）中的B在此应为洞身宽度
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）
　　
　　涵洞全长计算略。
洞口部分（AB段）端墙长度计算：
AB＝2R2＝2×2.55＝5.10（M）
洞口两侧端墙长度计算（锥坡顺路线方向按1：1计）（见图4B）。
依大锥体（AO段）计算，小锥体一侧的端墙高和长可缩小些，但整体不对称，影响美观，故未采用。
AO＝2.21／COS56°－0.8／COS45°×COS（56°－45°）＝2.84（M）
　　端墙全长则为：
5.10＋2×2.84＝10.78（M）
如端墙按一字形布置，取正交时的端墙长度应为B＝2.0＋2×（2.0＋0.21）＝6.42（M），以此计算涵长增量ΔL＝1.55M，比按折线形布置涵长增加2×（1.55－0.87）＝1.36（M），同时，按折线形布置，在洞口顶部出现的平台也比较小，小锥体与端墙顶部的高差也小些，所以外观上也优于一字形布置。
折线形布置的端墙比较长，其顶部标高应以路线纵坡计算控制。
3.3　八字形洞口
八字形洞口的端墙比较短，应采用一字形端墙布置，端墙长应采用通用图（α＝45°）时的长度，以计算涵长增量ΔL。
由于端墙扭转和外移，通用图中八字墙的小翼墙前端伸出路基坡脚线外2ΔL（见图5），应将其缩短，缩短后前端的墙高也应降至原通用图（接近地面）的高度，使小翼墙顶面坡度变陡些，以使其接近锥坡顶面，大翼墙的变化不大，仍可采用通用图不必改动。
本变更因端墙扭转后与路线方向不平行，端墙顶部帽石内侧与路基边坡线出现一个（α－45°）夹角，在一字形洞口则形成一个三角形平台，如图5的ABC，折线洞口成四边形平台（图4（A）中的A1B1C1D），同时使平台宽出一侧的小锥坡或小翼墙比通用图缩短了2△L，而不像端墙与路线平行那样，路基边坡与端墙及锥坡或翼墙完全吻合，因而影响了洞口的美观（这是本变更方案的缺陷），对于出现的平台，施工时应做出向外流水坡度，适当防护，以利排水。
本变更方案也适用于路线交叉区，当两线或几条线不平行而又在同一座涵（或通道）上通过时，外侧的一条线与涵洞夹角大于45°的情况。
综上所述，对于大于45°斜交涵，当不能结合改移沟渠调整角度布设时，可参照本文的方法进行设计。这一方案当然不会适合各种复杂情况，设计者应因地制宜，深入调查比选，提出最合理的设计方案。

原作者： 钟宏祥 肖庆林 
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