季冻区丘陵地形小桥涵设计

　　摘要：季冻区丘陵地形小桥涵的设计应综合考虑多方面的因素，应综合考虑路基设计、路基防护工程及当地实际情况，经多方案的比较，以选取最佳方案。

　　关键词：季冻区丘陵地形;小桥涵;设计

　　新疆伊犁地区多山丰水，小桥涵是主要的排水构造物，丘陵区公路经常要跨越河谷、或伴山而行，高填土、鸡爪沟等情况随处可见，该区域属于严寒地区，年降水量较多，这对小桥涵有着很多不利的影响，小桥涵的设计是否合理、能否满足排水及抗冻要求，对保证公路运输畅通、节省投资起着很大的作用。

　　以特克斯县S220线K142+480至吾尔塔米斯牧场公路工程为例，道路全长18.55Km，地质状况较复杂，全线共分为三个地质区域：山麓斜坡堆积凹地硬土类工程地质区、山麓斜坡堆积凹地硬土类工程地质区、剥蚀构造丘陵软岩硬土工程地质区。本次针对山麓斜坡堆积凹地硬土类工程地质区进行分析。

　　基础资料：

　　山麓斜坡堆积凹地硬土类工程地质区分布于路线K7+000～K15+000。该段主要由暂时性流水在山前堆积的大量洪积物与山坡上面流水所携带的坡积物在一起形成的山前倾斜平原，沿线地基土岩性多以含细粒土砾及含砾细颗粒土为主，结合路线上其余各点的原状土样分析成果，综合判定此类型粉质粘土为轻微～中等湿陷性土，进行处理后方可使用，承载力建议值120kPa，回弹模量为24MPa，承载比(CBR)为5%～15%。

　　本区的不良地质主要是滑坡和水石流，常见的主要道路病害地面及路基融化下沉、路面翻浆、在本区以路面翻浆较为突出。

　　特克斯地处温带半干旱地区，年极端最高温度36.2℃，极端最低温为-33.4℃。降水量以四至九月份为最多，最大冻土深度133cm。

　　含水岩组的水文地质特征以基岩裂隙水为主。沿线两侧特克斯河以北的山区受大气降水的直接补给形成地下水，将其大部份以泉的形式排泄于沟谷中转化为地表迳流。公路沿线抗震设防烈度为8度，沿线路基土为非液化土层。

　　一.丘陵区小桥涵位置的选定

　　1.1 布设小桥涵，应做到“进口顺、水流稳”，避免发生絮流、旋涡等现象，本项目位于丘陵区，冲沟、鸡爪地较多，小桥涵位的选择一般情况下应顺应沟渠的流向，使水流顺畅，斜交角不应大于45度。本项目周围为牧区，受周围地物限制较少，酌情考虑减小斜交角或设置为正交。在相邻冲沟距离较近时，合并为一个较大的涵洞，布设于地势较低的涵位，同时作好引、排水工程，增设路基防护，细化排水工程设计，使汇水区域的水流能沿排水(边)沟顺利的经涵洞排出路基。

　　1.2 小桥涵位置一般应服从最佳路线走向的原则，本项目沿吾尔塔米斯河河谷东侧布设，位于河谷的右侧，原有老路为简易道路，在勘察设计过程中对线形进行了优化设计，河流部分区域向东侧有改道，但西侧有较宽阔的河床，形成了明显的“S”形河床，根据实际情况，在满足现行道路规范和较少的增加工程量的情况下，考虑到河流有继续向路线改道的可能，在河流距离路基较近处，对“S”形河道进行了裁弯取直，道路线形可得到较大的优化，扩大了河流与道路的间距，提高了路基的安全系数。考虑到洪水期河流的水位会急剧增高，有漫上路基的可能，于靠近河谷的那一侧路基根据洪水期的水力计算，进行路基防护的抗冲刷计算。

　　1.3 在纵坡比较大的傍山路基上建造涵洞，有时为了让涵洞进口面对上坡边沟、出口倾向下边坡，可让涵洞轻微斜交，这样水流更为顺畅。本项目以K8+4151-4.0m钢筋混凝土暗板涵为例，涵洞上游为坡地，水流经多年冲刷，形成了一道宽6-8米的冲沟，降水由坡地漫流进冲沟，易产生泥(水)石流。

　　根据实际情况，提出以下方案：

　　于上游设置2道长度20米的铅丝笼防护，间距15米，于河漫滩喇叭口处设置“八”字形拦水坝。

　　二.季冻区的小桥涵特殊设计

　　1 季冻区影响小桥涵稳定的因素

　　严寒地区桥涵特殊病害，是冻土地基对桥涵基础产生失衡力，引起的一系列结构变形及其失稳现象。桥涵冻害有两类，即冻胀、冻结和融沉。冻胀力还加剧圬工体裂纹的发展。

　　1.1 与温度变化速率有关(温度)。主要表现在土层的负温度数值和冻结速率。当层温度处于相转换区，且冻结速率较小时，土中水分移的条件最充分，可以形成较大的冻胀。

　　1.2 与水的补给条件有关(水分)。补给水分充足有利于发生强冻胀和水分迁移形厚冰层。水是造成冻胀的必要条件，但含水的土冻结时一定都能冻胀，只有在土的含水量达到或超过一定数值后(一般略小于该类土的塑限含水量)，才发生冻胀。在有地下水补给时，就会发生强烈的冻胀。

　　1.3 和颗粒大小有关(土)。颗粒细小，表面能大，有利于水分迁移，但黏土的表面能虽然更大，但因其中孔隙太小，反而阻碍了水分迁移。所以，粉质土的水分迁移能力最大，即冻胀性最强。一般情况，颗粒粒径大于0.1mm组成的碎石、砾石、砂类土，无冻胀性或冻胀很小;颗粒粒径小于0.1mm组成的黏性土有较大的冻胀性;

　　2 整治严寒地区桥涵特殊病害比较有效的方法

　　三.处理方法

　　小桥涵的耐久性问题从表面上看似乎仅影响结构的正常使用，但如不加维修，任其发展，则将直接关系到结构的安全度，最后导致结构破坏。

　　1 基础

　　在季冻区，为防止桥涵基底因冻胀隆起而致使整个小桥涵破坏，季冻区小桥涵基础埋置深度,除保证地基承载力、河流冲刷深度外,还需考虑冻结深度。对于小桥涵的基础必须使基础底面埋置到冰冻线以下不得小于0.25m，且在任何情况下基础总埋深不小于1m。经过综合对比考虑，采用换填地基土方法较符合实际情况。砂砾层比软土有较大的变形模量合强度，基础底面的毅力通过砂砾垫层的扩散作用分布到较大的面积上。其扩散角可取为35-45度。矩形基础的砂砾层底面尺寸确定：

　　a、b-基础的长度和宽度(a=23m,b=1.9m)

　　A、B-砂砾垫层的长度和宽度

　　hs-砂砾垫层的厚度，一般为1-3米

　　rs砂砾垫层容重(取2.2KN/m3)

　　h原地面至砂砾垫层顶面之间的距离，取1.5m

　　hs砂砾垫层的厚度，经验值取1m

　　由荷载引起的基础底面的平均压应力，经计算取90KPa。

　　原地面至砂砾垫层顶面之间的图层(回填土)容重(取天然砂砾容重2.2KN/m3)

　　基础位于粉质粘土层上，地基承载力基本容许值120KPa满足规范要求。

　　因此，确定处理方案小桥涵基础下换填1m天然砂砾。

　　2 接缝

　　接缝是构造物的薄弱环节。接缝中的填缝料应根据季节进行整修。在冬季要及时填缝，填缝前要清除已老化的填缝料和缝内杂物，通常使用聚氯乙烯胶泥或沥青橡胶填缝，填缝要饱满;在夏季要及时铲除被挤出的多余填缝料。维修中要求填缝料表面平顺。对接缝破裂情况，应及时清除破碎部分，进行维修。

　　3 材料要求

　　小桥涵应根据所处环境条件进行耐久性设计。本项目处于严寒地区，小桥涵各种构件的钢筋最小混凝土保护层厚度应适当增大，结构混凝土需满足以下基本要求：最大水灰比0.50，最小水泥用量300Kg/m3，最低混凝土强度等级C30、最大氯离子含量0.15%，最大碱含量3.0 Kg/m3，抗冻等级不低于F250(墩、台身混凝土应选用高一级的抗冻等级)。抗冻混凝土应掺入适量引气剂，其拌合物的含气量按现行的《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)规定采用。

　　三.结束语

　　本文只是针对该项目的实际勘察、设计过程中的经历所做的简单分析，每个地区的实际情况不同，具体的做法也不同，只有综合考虑了各个方面，才能保证构造物设计的科学性。

　　参考文献

　　[1]《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004，北京：中华人民共和国交通部，2004.

　　[2]《公路小桥涵设计示例》，顾克明主编，人民交通出版社，1993。

　　[3]《公路小桥涵勘测设计(第二版)》，孙家驷主编，人民交通出版社，1998。

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文章名称： 季冻区丘陵地形小桥涵设计

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