李思聪

（中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁设计研究院， 湖北 武汉 430000）

0 引言

在整个铁路项目建设的全寿命周期过程中，设计者一直扮演着重要角色，一张张蓝图代表着他们对有关技术标准和规范的理解与运用。只有正确的分析勘察资料和其它相关的设计基础资料，才能合理的确定设计方案，使得整个项目无论在进度方面，还是施工质量等方面有保障。因此，在设计铁路框架式涵洞的途中，我们应采用“安全、可靠、先进、成熟、经济、适用”的技术原则，来避免后期铁路施工途中可能出现的一系列问题。

1 框架式涵洞设计要点

为了使工程设计人员能更好的熟悉和掌握铁路桥涵设计的技术标准和规范，如下梳理了一些技术要求及措施， 来进一步提高设计质量。

1.1 一般要求

涵洞设计在结合规范与勘测等资料的基础上，根据水文、交通、涵址地形图、纵、横断面等对涵位、孔径、类型等进行核实，正确确定涵洞设计流水面高程、涵洞长度和基底处理措施等，同时要注意涵洞出入口顺接和防护设计。

原则上应“逢沟设涵”（或设桥），尤其山丘地区的河沟，不得轻易改移或合并设涵。对特殊情况，应根据水文、地形及地质条件进行全面审慎研究比选，在技术上可靠，经济上又合理时，方可考虑改移或合并设涵。

排洪涵的孔径不应小于 1.25m，灌溉涵的孔径不宜小于 1m。位于城镇、车站范围内和有污水流入或易淤积的涵洞孔径可酌情增大。

交通涵的孔径应根据当地交通需求、路面规划宽度、排水等要求确定。通行汽车及大型农机通道的净宽不应小于6m，路面以上净高不应小于 5m(困难时不小于4.5m)；机耕及农用车通道的净宽不应小于4m，净高不应小于3.5m；人力车及人行通道的净宽不宜小于4m，净高不宜小于 2.5m（困难时不小于2.2m）。交通涵的通行净高不足5m 时，在其出入口外设限高防护架。

涵洞顶不宜高于基床表层底面。涵洞顶控制路肩高程时，涵洞顶可与路肩齐平，但不应高于路肩（特别困难时，可按小桥设计（设人行道及栏杆）[1]，按轨下枕底的道床厚度满足相应规定处理。）。

高速铁路：填土高度＜1.5m，斜交涵洞的斜交角度不宜大于 30°；填土高度≥1.5m时，斜交涵洞的斜交角度不宜大于45°。

增建第二线或既有线改建时，既有涵改建一般可按以下原则办理：

1.净高（或内径）h＜0.6m，应拆除重建；

2.h≥0.6m 且使用状态良好，可接长利用。接长的孔径和净高不应小于1.0m。

3.接长时，应注意核实既有涵接长侧端部涵节结构承载能力是否满足使用要求，不能满足时应予加固或更换[2]。

根据规范要求，涵洞应根据其沉降量设置上拱度（岩石地基上涵洞、涵顶至轨底填方高度小于 2m 的涵洞和陡坡涵洞可不设上拱度），设置上拱度后，涵内流水槽面最高点高程不得高于入口流水槽面高程。不需进行沉降检算的涵洞，其上拱度可视地基土的类别参照以下规定设置：

1.碎石土、卵石土、圆砾土、角砾土、砂砾、粗砂、中砂、细砂：H/80（H 为线路中心处涵洞流水面至轨底的高度）；

2.半干硬、硬塑黏性土和老黄土：H/50（软塑黏性土、新黄土宜适当加大）

3.按保持冻结原则设计的多年冻土地基：弱融沉土为 H/100；融沉土为H/80；强融沉土为 H/50[3]。

1.2 平面及纵断面布置

排洪涵洞应据河沟水流的天然趋势，设于河沟洪水的主流处，上下游应与原沟顺接。无明显沟槽时，宜设于路基上游侧坡地的最低处，山丘谷地为平川或梯田时，涵位宜设在谷地较低一侧的山坡坡脚附近，并注意避免涵洞基础吊空及其出入口水流对农田等冲淤。

在水塘或其淤积区设涵时，在满足涵洞使用要求的前提下，为改善涵位的地基条件及方便施工，可将涵洞设在塘岸上，并尽可能抬高涵洞的流水面高程，以避免涵洞常年浸水。

排洪涵出入口流水面高程应与上下游沟床顺接，入口不得高于沟床底（宜略低 5～10cm），出口宜与沟床底持平或略高，高出时，出口铺砌应顺坡与沟床相接，高出较大时，应视高差与流速采取必要的消能及防护措施。当路基两侧有低洼积水时，出入口高程应视下游积水的排水条件确定，以免因出入口高程设置不当而造成涵内长期积水或上游低洼处积水不能排除。

应尽量避免因路基高度不足而下挖设涵，不可避免时，宜适当加大孔径，压低涵洞高度，尽量提高流水面高程，以减小下游引排的困难。涵洞纵坡宜根据出口排泄通道的纵坡确定。下挖涵洞入口应设跌水井或汇流井。涵洞出口的引排沟渠应确保顺畅下泄，沟渠内水深不宜大于涵洞净髙，防止出现涵内长期积水现象。

路堑上方凹地的汇水，在路基侧沟排泄能力不足，而加大侧沟困难或不经济时，可在路堑吊沟的下方设置下挖排洪涵洞。涵洞的入口宜设跌水井，井内设计洪水频率水位应低于路肩不小于 0.25m，出口视地形可采用挖沟引排或自然排泄[3]。

1.3 出入口铺砌

为防止水流冲刷，确保涵洞及路基的安全，涵洞出入口及路基边坡应进行铺砌防护。分离式基础的涵洞，基础间应设泄床（铺砌），泄床应与基础顶紧。

涵洞铺砌宜采用浆砌片石，流速大于6m/s 时可采用混凝土铺砌。浆砌片石的厚度不宜小于 0.35m，下设 0.1m 厚碎石或砂卵石垫层。

排洪、灌溉涵洞出入口在锥体坡脚处的铺砌宽度，均应为两侧锥体外各加宽 0.5m，尚应注意铺砌与沟形的匹配和衔接。路基边坡的防护宽度与锥体坡脚处沟床铺砌宽度相同；入口和出口路基边坡防护高度应分别为设计洪水频率时相应的涵前积水位和洞内临界水深水位线以上0.25m，且不得低于其锥体的顶点。

交通涵路面铺装宜与道路的路面结构一致，框架等钢筋混凝土整体基础的交通涵内应在其基础顶面设置厚度不小于 0.1m 的路面铺装层，以防基础被磨损。出入口锥体宜采用干砌片石护坡，路基边坡可不作铺砌。兼作排洪、灌溉和洪泛区淹水的交通涵仍应按排洪涵的要求进行铺砌防护。

涵洞处路堤高度（路肩至沟底）大于3m 时，宜在路基边坡上设置简易台阶， 以作检查通道，涵内常年流水的涵洞宜上、下游各设一座；台阶踏步的净宽宜不小于0.5m，台阶高度宜不大于0.2m。

2 框架式涵洞设计存在的问题

现阶段铁路建设开展的如火如荼，要求设计方的出图质量和时效性也越来越高。基于此，桥涵设计人员在设计上更应该避免生搬硬套，在追求出图的时效性的同时，设计人员更应该结合方案的经济比选和施工现场的需要来设计，在满足铁路桥涵设计的技术标准和规范的前提之下，来进一步提高设计质量。

在设计框架式涵洞基础时，为防止因两侧边墙基础沉降和沉降差产生的涵洞病害，采用分离式基础应审慎决定。通常情况下盖板涵分离式基础的地基土应为基本容许承载力不小于300kPa 的压缩性较小的地层（岩石、碎石类土、砾砂、中粗砂和坚硬状态性土）。涵洞采用分离式基础时，应设置浆砌片石泄床，且泄床应与基础顶紧。出入口翼墙采用分离式基础时，其前墙范围内泄床应与翼墙基础等厚或采用混凝土顶撑。

一般来说，涵洞基础的厚度应符合结构构造和基底埋深的要求。混凝土整体基础厚度宜不小于孔径的 1/2，且应不小于 0.6m；分离式基础厚度宜不小于 1.0m；混凝土基础的刚性角不应大于 45°；出入口翼墙段及洞口两端各 2m 范围内涵节基础厚度：框架式涵洞不宜小于 1.25m，且不小于中间涵节的基础厚度。

排洪涵需较大孔径时，在水文等条件许可时，宜优先采用双孔涵洞，以降低造价。因路基高度不足或涵前不允许有较大积水深度等特殊需要，且在技术经济上均适宜时，可采用多于两孔的多孔涵洞。多孔涵洞不宜采用拱涵及盖板箱涵，可采用三孔或密排双孔、三孔框架涵。

斜交涵洞宜按“斜交斜洞口”来设计，不宜采用“斜交正洞口”设计，以免在涵洞出入口出现影响景观的“钓鱼台”（突出路基边坡外的三角形平台）或不等高帽石和翼墙。

在涵洞设计之时要注意考虑地基土的容许承载力，地基土基本容许承载力在150kPa 及以上，且其下无软弱下卧层和涵洞工后沉降满足设计要求或两侧毗邻路基的地基不作加固处理时，涵洞地基也可不作处理。当基底下软弱土层厚度较大导致换填困难（一般最大换填深度最好控制在4m左右），或经济上不合理时，可采用CFG 桩、高压旋喷桩等地基加固措施。

在计列数量的时候一定要注意不要忘记既有线防护、拆除工程、交通涵中的侧沟及盖板数量、防抛网、栏杆挡墙等。特别是在设计交通涵的栏杆件的时候，最好要考虑与桥梁段栏杆的设计形式统一风格。

在编写设计说明时，不应生搬硬套的复制，要注意设计说明中施工、桩基检测等规范是否更新，进一步核实，施工注意事项中规范过期。

框架式涵洞宜采用混凝土或钢筋混凝土结构，边墙、翼墙、基础等不宜采用砌体结构。框架、盖板、涵管、拱圈、边墙和基础等的混凝土强度等级应不低于 C30，、帽石和端墙、翼墙及其基础的混凝土应不低于 C25，并应符合《铁路混凝土结构耐久性设计规范》的规定[4-5]。

尤其在设计山区铁路的时候，计列基坑开挖工程量应按土方、石方（W4风化岩层可按土方数量计列，W3 风化岩层可按石方数量计列），基坑深度3m、6m、9m 以内，有水、无水分类。

当采用的涵洞通用参考图有高、低边墙之分时，在涵顶填土高度满足有关要求的前提下，应优先采用高边墙涵洞，以减小涵长，降低造价和改善涵洞的使用条件。

涵洞的纵坡宜与天然沟床的纵坡一致。一般情况下，应设置为一个坡度（陡坡涵洞除外），不宜挖成上陡下缓的纵坡或强行按临界坡设置，当天然沟床纵坡接近涵洞临界坡时，宜设置为临界坡度；山区等水流含泥石较多的涵洞纵坡，应据地形、地质条件尽量加大，以利泥石渲泄，涵洞纵坡宜不大于 30‰ 。

涵洞应每隔 2～5m（顶进施工框架涵可适当加大）设置宽度为 20～30mm 的沉降缝，沉降缝不宜设在轨下，无砟轨道涵洞的沉降缝不得设在底座板的下方。轨下涵节长度一般不小于4m，多线时宜与线间距相近，轨下涵节中心宜尽量接近线路中心。沉降缝间涵节的长度宜为 0.25m 的整数倍，涵节长度为非整数米时，可采用 0.75m 单元宽度进行调配。

3 结束语

随着我国铁路网的不断蔓延，铁路框架式涵洞也在持续增加。铁路通道做为关键基础设施和重大民生工程，产生了庞大的间接和直接经济社会效益，已成为国家现代化建设的重要标志性工程。为了更好的保障铁路线的安全与稳定，对于设计人员来说，更应该投入更多的时间来发总结框架式涵洞的设计，并发现其中存在的问题，为今后的设计工作做好铺垫，满足设计的安全、经济适用性，保证涵洞长期安全使用。