鐵路框架式涵洞設(shè)計重點研究

韋馳

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京102600)

0 引言

在對鐵路框架式涵洞進(jìn)行施工的時候要注意應(yīng)用科學(xué)的施工技術(shù)，這對涵洞修建的經(jīng)濟合理性以及涵洞修建的安全穩(wěn)定性有著非常重要的作用。因此需要全方位考慮人力、物資等方面的合理配置，滿足設(shè)計與施工相關(guān)要求。為了使施工順利推進(jìn)并符合工程標(biāo)準(zhǔn)要求，前期的設(shè)計工作發(fā)揮著非常重要的作用。設(shè)計人員將對有關(guān)技術(shù)方面的理解與運用都體現(xiàn)在一張張的設(shè)計圖紙上，施工人員按照圖紙進(jìn)行施工，二者相互結(jié)合不僅能夠順利推進(jìn)涵洞建設(shè)，也能保證鐵路的壽命周期。設(shè)計人員要想設(shè)計好圖紙必須能夠準(zhǔn)確分析相應(yīng)的勘察資料與設(shè)計基礎(chǔ)資料，確保項目進(jìn)度和施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，在對鐵路框架式涵洞進(jìn)行設(shè)計的時候應(yīng)遵循“安全穩(wěn)定、先進(jìn)成熟、經(jīng)濟環(huán)?！钡募夹g(shù)原則，避免設(shè)計完成后在后期鐵路施工的過程中出現(xiàn)一系列相關(guān)問題。

1 框架式涵洞總體設(shè)計與規(guī)劃

1.1 設(shè)計目標(biāo)與施工

第一，在對鐵路框架式涵洞進(jìn)行設(shè)計與施工時，其涵洞主體部分無論是設(shè)計規(guī)劃還是施工過程都應(yīng)該遵循安全穩(wěn)定、經(jīng)濟環(huán)保的主要原則，保證設(shè)計與施工過程的零缺陷。

第二，整個項目的設(shè)計都要完全符合國家鐵路工程相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，施工也都要符合整體設(shè)計要求。

1.2 整體施工組織方

從目前來看，在對鐵路框架式涵洞進(jìn)行施工時，其涵洞施工所使用到的主要材料與結(jié)構(gòu)還是鋼筋與混凝土構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)，為了保證原材料和框架結(jié)構(gòu)順利使用，應(yīng)預(yù)先設(shè)計好水電供應(yīng)方案和施工道路建設(shè)方案。之后要對建設(shè)過程中的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體評估，確保實際施工與設(shè)計二者之間不存在誤差。經(jīng)過整體評估發(fā)現(xiàn)確實有誤差，設(shè)計人員要立即對相應(yīng)的施工方案與組織方案進(jìn)行修改。

1.3 施工過程的組織方式與措施

1.4 施工中的環(huán)保設(shè)計準(zhǔn)則

鐵路橋涵的施工大多是在多山、多樹、多水流的環(huán)境中進(jìn)行，為了保證施工生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定與多樣性，要遵循以下設(shè)計準(zhǔn)則。一是不做任何除建設(shè)必要外的開采、填埋活動，防止破壞環(huán)境事件的發(fā)生。二是建設(shè)過程中產(chǎn)生的揚塵以及有毒氣體的排放要完全符合國家排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2 鐵路框架式涵洞工程設(shè)計要點

簡要地梳理一些框架式涵洞工程在進(jìn)行施工時的相關(guān)技術(shù)要求以及重要措施，從而進(jìn)一步提升設(shè)計質(zhì)量，促使相關(guān)設(shè)計人員能夠更好地熟悉并掌握涵洞設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 常規(guī)要求

第一，在對框架式涵洞進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該在有關(guān)規(guī)范和勘測方面的相關(guān)資料基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計，施工過程中針對所形成的孔徑、涵位以及類型方面的核對可通過交通、縱橫斷面、水文以及交通等方面來進(jìn)行。設(shè)計過程中還應(yīng)該注意涵洞兩側(cè)的出入口順接設(shè)計與防護(hù)設(shè)計。對于流水面高程方面的設(shè)計，涵洞基底的處理措施以及涵洞建設(shè)的合理長度等務(wù)必要進(jìn)行正確的設(shè)計。通常情況下，在多山與多丘地區(qū)應(yīng)遵循“逢溝必建涵或建橋”的設(shè)計原則，禁止隨意合并或是改移已設(shè)計好的涵洞。但在實際建設(shè)的過程中，環(huán)境條件復(fù)雜多變，為了建設(shè)的合理性與經(jīng)濟性可根據(jù)修建地區(qū)的水文地理等條件，經(jīng)過專業(yè)人員全方位探討研究并在技術(shù)條件允許的情況下考慮合并或是改移涵洞。

第二，不同類型涵洞的孔徑根據(jù)其功能不同，大小也會有所差別。灌溉方面的涵洞其孔徑應(yīng)＞1m，用于排洪方面的涵洞其孔徑應(yīng)＞1.25m，當(dāng)所設(shè)計的涵洞處于車站和城鎮(zhèn)的區(qū)域內(nèi)以及有污水的排放等情況下，可根據(jù)實際情況來增加涵洞的孔徑。針對交通方面的涵洞設(shè)計要求，涵洞孔徑的設(shè)計要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H的交通需求、排水要求以及路面寬度的需求來確定。對于通行汽車以及大型農(nóng)機類型的車輛，設(shè)計的通道凈值寬度應(yīng)≥6m，路面以上的凈值高度≥5m，在有困難的情況下其高度最低可降至4.5m。用于機械耕地的農(nóng)業(yè)車輛其通道的凈值寬度應(yīng)該＞4m，路面以上的凈值高度應(yīng)該≥3.5m。涉及自行車、電動車以及行人的通道其凈值寬度應(yīng)該≥4m，路面以上的凈值高度要≥2.5m，特殊情況下可降低至2.2m。交通涵的通行凈值高度＜5m時，出于安全方面的考慮，要在位于涵洞兩側(cè)的出入口處設(shè)置限高防護(hù)架。

第三，在對涵洞頂進(jìn)行設(shè)計時，要注意不應(yīng)高于基層床表層底面，涵洞頂部控制路肩高程的時候其高度能夠與路肩齊平，但不能超過路肩，特殊情況下可按小橋設(shè)計（設(shè)立人行道與欄桿），并按照軌下枕底的道床厚度滿足相應(yīng)規(guī)定處理。高速鐵路方面其填土的高度應(yīng)＜1.5m，若是涉及斜交涵洞，那么設(shè)計斜交角度時其值不能＞30o。若是填土高度≥1.5m，其斜交角的設(shè)計值不應(yīng)＞45o。

第四，需要建設(shè)第二條線或是對原有線路進(jìn)行改造修建時，對涵洞進(jìn)行改造要遵循以下原則：一是涵洞凈值高度或者是內(nèi)徑＜0.6m時應(yīng)考慮拆除并重新建設(shè)。二是當(dāng)其高度或者內(nèi)徑高度＞0.6m 時，可考慮接長繼續(xù)使用，但應(yīng)該注意接長后的涵洞凈值高度或孔徑其凈值高度應(yīng)＞1m。三是在對涵洞進(jìn)行接長時，要注意檢測涵接長側(cè)端部的涵節(jié)結(jié)構(gòu)所能夠適應(yīng)的承載力能否滿足實際需求，若是不能夠滿足則應(yīng)該更換或者進(jìn)行加固處理。

第五，根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行涵洞設(shè)計時，要根據(jù)實際的沉降量來設(shè)置上拱度，設(shè)置完成以后其內(nèi)部的流水槽面最高點不能超過入口處流水槽面的最高點。當(dāng)涵洞位于巖石地基上或處于陡坡上，此情況下可不對其設(shè)置上拱度。有的涵洞在設(shè)計時不需要進(jìn)行沉降檢算，應(yīng)根據(jù)不同類別的地基土來進(jìn)行上拱度設(shè)計。首先，地基土類型為砂礫、粗砂、碎石土、卵石土、中細(xì)砂等的碎土、碎砂：H/80，其中H 為線路中心處涵洞流水面到軌道底部的高度。其次，半干硬、硬塑黏性土與老黃土：H/50，新的黃土和軟塑黏性土可適當(dāng)加大。最后，一些高原地區(qū)或者是天氣較為寒冷地區(qū)，在修建時經(jīng)常會遇到長年的凍土地基，設(shè)計時應(yīng)按照凍結(jié)原則來進(jìn)行設(shè)計：弱融沉土為H/100，強融沉土為H/50，融沉土為H/80。

2.2 涵洞兩側(cè)出口與入口處的鋪砌

第一，在進(jìn)行涵洞設(shè)計時，要注意避免經(jīng)水流沖刷造成的路基以及涵洞的自身安全問題。為了減少這種情況所造成的破壞，可在涵洞兩側(cè)出口與入口處以及路基的邊坡處采取鋪砌措施來形成防護(hù)作用。若涵洞的基礎(chǔ)類型為分離式，則基礎(chǔ)之間應(yīng)該鋪砌泄床并與基礎(chǔ)相互頂緊。進(jìn)行鋪砌的原材料最好使用漿砌片石，其使用厚度不應(yīng)超過0.35m，在對其進(jìn)行鋪砌時，下設(shè)墊層厚度為0.1m。涵洞內(nèi)的水流速度超過6m/s 時，原材料可考慮使用混凝土。

硬文化是指教室內(nèi)設(shè)置的英文標(biāo)語、英語墻報、英語畫刊等；校園里開辦“英語角”，這些能夠體現(xiàn)和強化一種英語氛圍。

第二，在對排洪涵洞、灌溉類型的涵洞的出口處與入口處進(jìn)行鋪砌防護(hù)時，應(yīng)在錐體坡腳處進(jìn)行鋪砌，所鋪砌的寬度應(yīng)在兩側(cè)錐體之外再增加0.5m，鋪砌的過程中要注意整體與溝形的銜接度和匹配度。對路基邊坡進(jìn)行鋪砌防護(hù)時，其鋪設(shè)寬度與溝床鋪砌寬度相同即可。入口處的路基邊坡防護(hù)高度，應(yīng)按照洪峰流量出現(xiàn)累計頻率時，超過所對應(yīng)的涵洞前積水高度0.25m，出口處的則按照涵洞內(nèi)部臨界水深的高度超過其0.25m，無論是出口還是入口所設(shè)計的防護(hù)高度都不能小于所含錐體的頂點[1]。

第三，交通類型的涵洞路面結(jié)構(gòu)要與道路的相同，框架等鋼筋混凝土整體基礎(chǔ)的交通涵洞內(nèi)應(yīng)在其基礎(chǔ)頂面設(shè)置厚度不小于0.1m 的路面鋪裝層，以防基礎(chǔ)被磨損。入口處與出口處所設(shè)計的錐體結(jié)構(gòu)應(yīng)使用干砌片石護(hù)坡，不對路基邊坡進(jìn)行鋪砌防護(hù)。兼作排洪、灌溉和洪泛區(qū)淹水的交通涵，應(yīng)按排洪涵的要求進(jìn)行鋪砌防護(hù)。

3 框架式涵洞設(shè)計需要注意的問題

近年來，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對交通運輸量的需求也在不斷地增加，鐵路建設(shè)快速發(fā)展的同時，對于圖紙設(shè)計的質(zhì)量與時效性要求也變得越來越高。所以設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計時要根據(jù)實際情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，避免生搬硬套，并且所設(shè)計的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)還要符合國家所規(guī)定的要求，進(jìn)一步提高設(shè)計質(zhì)量。通常情況下，針對框架式涵洞的基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計時，為了避免兩端邊墻基礎(chǔ)因有沉降情況出現(xiàn)所導(dǎo)致的危害，在使用分離式基礎(chǔ)的時候要格外謹(jǐn)慎。采用分離式基礎(chǔ)時所設(shè)計泄床使用的原材料應(yīng)為漿砌片石，并與基礎(chǔ)緊密相頂。入口與出口處的翼墻使用分離式基礎(chǔ)的時候，位于前墻周圍內(nèi)的泄床的厚度應(yīng)該和翼墻基礎(chǔ)的厚度相同。

3.1 涵洞基礎(chǔ)厚度

基于該條件下其涵洞基礎(chǔ)的厚度設(shè)計要完全符合基底埋深的要求以及相關(guān)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求。整體混凝土基礎(chǔ)的厚度要大于0.6m并大于等于孔徑的一半，剛性角方面的角度應(yīng)≤45o，分離式基礎(chǔ)的厚度要≥1m?？蚣苁胶床粦?yīng)低于1.25m，且不低于中間涵節(jié)的基礎(chǔ)厚度。

3.2 各類型涵洞

若所設(shè)計的排洪涵洞其孔徑較大時，考慮實際水文條件符合要求后應(yīng)優(yōu)先考慮使用雙孔涵洞，這樣更加具有經(jīng)濟性。設(shè)計要求涵前不允許有較多積水的情況下或者路基高度不夠時，在經(jīng)濟與技術(shù)條件允許的情況下可使用多孔涵洞，但需要注意的是蓋板涵與拱涵不適合用于多孔涵洞，可使用三孔框架涵來代替。在對斜交涵洞設(shè)計時應(yīng)按照“斜交斜洞口”的原則來進(jìn)行設(shè)計，不適合按照“斜交正洞口”的原則來進(jìn)行設(shè)計。

3.3 其他方面

涵洞設(shè)計時還應(yīng)該考慮地基土所能夠承受的荷載范圍，大多數(shù)情況下其容許的承載能力要≥150kPa，并且下部沒有軟弱下臥層。特殊情況下，基底下部的軟弱土層的厚度較厚時，也就是換土與填土的工作較為困難時，就需要考慮使用高壓旋噴柱、CFG 柱等地基加固措施，大多數(shù)情況下最大的換填深度應(yīng)把控在4m左右較為合適。在施工過程中所用到的各個零件器材要對其數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，其中就包含交通涵中所使用的蓋板數(shù)量，拆除過程中所用到的防拋網(wǎng)，有線防護(hù)所使用到的欄桿、擋墻等。尤其需要注意的是在設(shè)計交通涵時所用到的欄桿件數(shù)量，并考慮所使用的欄桿類型風(fēng)格與橋梁段欄桿的類型風(fēng)格是否統(tǒng)一。

4 框架式涵洞工程施工環(huán)保設(shè)計

隨著經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在追求量的同時，對環(huán)境保護(hù)也提出了更為嚴(yán)格的要求，更加重視環(huán)保工作。為了符合相關(guān)要求，在對框架式涵洞進(jìn)行設(shè)計時，其施工過程要盡可能符合環(huán)保設(shè)計理念。

4.1 環(huán)保要求

工程應(yīng)在監(jiān)督管理下實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，在施工過程中最大程度地保持施工地周圍的生態(tài)環(huán)境與生態(tài)平衡，不肆意破壞周邊環(huán)境影響平衡。施工過程中避免不了會有固體的、有害氣體和有毒氣體的排放，要做好相應(yīng)的防護(hù)措施使其排放標(biāo)準(zhǔn)符合國家規(guī)定要求。

4.2 建立環(huán)境保護(hù)體系

對于項目施工過程中的環(huán)境保護(hù)工作要建立相應(yīng)的領(lǐng)導(dǎo)小組來進(jìn)行監(jiān)督，小組成員應(yīng)該由專業(yè)的技術(shù)人員、總工程師以及工程監(jiān)理組成，其主要的負(fù)責(zé)內(nèi)容是工程環(huán)保設(shè)計方案、水土保護(hù)設(shè)計方案以及施工過程中出現(xiàn)環(huán)境破壞的補救措施設(shè)計方案等多方面的審批，并且對現(xiàn)場所存在的環(huán)境問題進(jìn)行指導(dǎo)和方案的制定。從施工方案的設(shè)計到具體實施要嚴(yán)格遵守我國有關(guān)環(huán)境保護(hù)、動物保護(hù)等方面的法律法規(guī)。

4.3 主要環(huán)保措施

4.3.1 減少噪聲污染

施工過程中所使用的機械設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲會對沿線的動物、植物以及附近居民造成較大的影響，所以要布置好科學(xué)合理的噪聲隔離帶來減少噪聲污染，盡量減少夜間作業(yè)。

4.3.2 防止水污染

施工過程中嚴(yán)格管理污水的排放與處理，嚴(yán)禁將施工所產(chǎn)生的污水與生活污水直接排放到河流中。所有污水經(jīng)過處理后方可排放在所規(guī)劃的排放地。

5 結(jié)語

隨著我國鐵路網(wǎng)的不斷擴大，鐵路框架式涵洞的建設(shè)也在不斷增加。為了更好地保證鐵路線路的安全穩(wěn)定，設(shè)計人員應(yīng)投入更多時間對框架式涵洞設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，找出存在的問題，為今后的設(shè)計工作鋪路，滿足安全要求以及工程的經(jīng)濟適用性，確保涵洞的長期安全使用。