大于45度斜交涵洞的變更設(shè)計(jì)
鐘宏祥 肖慶林
【泰州市公路管理處 泰州市 225300】
摘 要 介紹了對(duì)于斜交角大于45°、不適用于依照常規(guī)按45°設(shè)計(jì)的斜交涵洞的設(shè)計(jì)，即斜交涵洞長(zhǎng)度的計(jì)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(guān)鍵詞 斜交角 涵洞 設(shè)計(jì)
1 問(wèn)題的產(chǎn)生
平原水網(wǎng)地區(qū)公路上的涵洞很多，而且絕大多數(shù)是斜交的，當(dāng)涵洞（涵軸線）與路線（法線方向）的交角α＞45°時(shí)，常規(guī)做法仍按α＝45°設(shè)計(jì)，其理由主要是，①可確保涵洞端部結(jié)構(gòu)的安全；②避免涵洞過(guò)長(zhǎng)，增加造價(jià)；③與現(xiàn)行通用圖一致，方便設(shè)計(jì)。這樣布設(shè)涵洞，對(duì)于α＞45°不多、以及河床較寬、涵洞較短、進(jìn)出口河道可不改動(dòng)或少許改動(dòng)（見(jiàn)圖1）、不影響涵洞的排洪或灌溉功能，同時(shí)，洞口按通用圖預(yù)制施工也是比較方便的，在此情況下，按α＝45°設(shè)計(jì)是合理的。
然而，對(duì)于α＞45°較多的溝渠，以及人工開(kāi)挖或整治過(guò)的河道，其河床不寬卻相當(dāng)規(guī)則直順，如仍按α＝45°布設(shè)涵洞，洞口兩端就需改河，改河在平面上會(huì)形成兩個(gè)“S”形彎曲河道（見(jiàn)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(yáng)長(zhǎng)避短化解矛盾呢？本方案是，按實(shí)際交角（α＞45°）設(shè)置涵身，按通用圖（α＝45°）設(shè)置洞口（涵洞端部結(jié)構(gòu)）并對(duì)洞口做適當(dāng)變更處理，即可達(dá)到此目的，其主要方法步驟如下：
1.按實(shí)際α（α＞45°即∠AOS＞135°）計(jì)算涵洞長(zhǎng)度L1（常規(guī)算法，略）
2.計(jì)算涵洞長(zhǎng)增量ΔL及涵洞全長(zhǎng)（見(jiàn)圖3）
因洞口采用α＝45°，端墻前沿AOC需繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)（α－45°）至BOC1位置（即令∠BOS＝135°）?熏使BOC1與涵軸線成45°夾角，旋轉(zhuǎn)后端墻的一端侵入路基邊緣ΔL，因而端墻應(yīng)向外平移ΔL至AO1C2位置，方可達(dá)到設(shè)計(jì)的涵洞長(zhǎng)度。
在△AOB中
設(shè)R1＝AO （即斜交α°時(shí)端墻長(zhǎng)度之半）
R2＝BO （即斜交45°時(shí)端墻長(zhǎng)度之半）
AO＝0.5B／COSα（M）（1）
BO＝0.5B／COS45°（M）（2）
B—涵洞正交時(shí)端墻長(zhǎng)度，可查通用圖也可計(jì)算。
當(dāng)順路方向涵洞錐坡為1?押1時(shí)
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(jù)余弦定理
（4）
涵洞全長(zhǎng)計(jì)算：
L＝L1＋2ΔL（M）（5）
3 洞口部分變更處理
3.1 一字形洞口
對(duì)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(jiǎn)稱一字型洞口）布置，其端墻長(zhǎng)度可查（α＝45°）時(shí)通用圖中的長(zhǎng)度或按公式（3）計(jì)算。
與通用圖不同的是，大小錐坡的高度不等，（見(jiàn)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(jì)）（見(jiàn)圖3（B））
H小＝H大－2ΔL×COSα／1.5（M）（6）
3.2 折線形洞口
當(dāng)箱涵凈高H＞1.5M時(shí)，宜改為折線形端墻錐坡式洞口（簡(jiǎn)稱折線形洞口），折線形洞口，即令洞口以外的兩側(cè)端墻與路線方向平行（見(jiàn)圖4A），舉例說(shuō)明：
泰鎮(zhèn)公路K2＋0461—2×2M蓋板箱涵，原按斜交45°設(shè)計(jì)，未考慮改河，施工放樣實(shí)測(cè)α＝56°，如按原設(shè)計(jì)施工，涵洞兩端必須改河，左端靠近民宅的樓房，改河不僅會(huì)侵占房前宅地，還將影響房基安全，因此，考慮按上述設(shè)想變更設(shè)計(jì)，洞口采用折線形布置。
涵長(zhǎng)增量ΔL計(jì)算：（見(jiàn)圖4（A），AB段）
注意：公式（1）和（2）中的B在此應(yīng)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(zhǎng)計(jì)算略。
洞口部分（AB段）端墻長(zhǎng)度計(jì)算：
AB＝2R2＝2×2.55＝5.10（M）
洞口兩側(cè)端墻長(zhǎng)度計(jì)算（錐坡順路線方向按1：1計(jì)）（見(jiàn)圖4B）。
依大錐體（AO段）計(jì)算，小錐體一側(cè)的端墻高和長(zhǎng)可縮小些，但整體不對(duì)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(zhǎng)則為：
5.10＋2×2.84＝10.78（M）
如端墻按一字形布置，取正交時(shí)的端墻長(zhǎng)度應(yīng)為B＝2.0＋2×（2.0＋0.21）＝6.42（M），以此計(jì)算涵長(zhǎng)增量ΔL＝1.55M，比按折線形布置涵長(zhǎng)增加2×（1.55－0.87）＝1.36（M），同時(shí)，按折線形布置，在洞口頂部出現(xiàn)的平臺(tái)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(yōu)于一字形布置。
折線形布置的端墻比較長(zhǎng)，其頂部標(biāo)高應(yīng)以路線縱坡計(jì)算控制。
3.3 八字形洞口
八字形洞口的端墻比較短，應(yīng)采用一字形端墻布置，端墻長(zhǎng)應(yīng)采用通用圖（α＝45°）時(shí)的長(zhǎng)度，以計(jì)算涵長(zhǎng)增量ΔL。
由于端墻扭轉(zhuǎn)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(jiàn)圖5），應(yīng)將其縮短，縮短后前端的墻高也應(yīng)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(dòng)。
本變更因端墻扭轉(zhuǎn)后與路線方向不平行，端墻頂部帽石內(nèi)側(cè)與路基邊坡線出現(xiàn)一個(gè)（α－45°）夾角，在一字形洞口則形成一個(gè)三角形平臺(tái)，如圖5的ABC，折線洞口成四邊形平臺(tái)（圖4（A）中的A1B1C1D），同時(shí)使平臺(tái)寬出一側(cè)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(duì)于出現(xiàn)的平臺(tái)，施工時(shí)應(yīng)做出向外流水坡度，適當(dāng)防護(hù)，以利排水。
本變更方案也適用于路線交叉區(qū)，當(dāng)兩線或幾條線不平行而又在同一座涵（或通道）上通
過(guò)時(shí)，外側(cè)的一條線與涵洞夾角大于45°的情況。
綜上所述，對(duì)于大于45°斜交涵，當(dāng)不能結(jié)合改移溝渠調(diào)整角度布設(shè)時(shí)，可參照本文的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。這一方案當(dāng)然不會(huì)適合各種復(fù)雜情況，設(shè)計(jì)者應(yīng)因地制宜，深入調(diào)查比選，提出最合理的設(shè)計(jì)方案。
原作者： 鐘宏祥 肖慶林
