大于45度斜交涵洞的變更設計
鐘宏祥 肖慶林
【泰州市公路管理處 泰州市 225300】
摘 要 介紹了對于斜交角大于45°、不適用于依照常規按45°設計的斜交涵洞的設計，即斜交涵洞長度的計算以及一字形洞口、折線形洞口、八字形洞口的變更處理方法。
關鍵詞 斜交角 涵洞 設計
1 問題的產生
平原水網地區公路上的涵洞很多，而且絕大多數是斜交的，當涵洞（涵軸線）與路線（法線方向）的交角α＞45°時，常規做法仍按α＝45°設計，其理由主要是，①可確保涵洞端部結構的安全；②避免涵洞過長，增加造價；③與現行通用圖一致，方便設計。這樣布設涵洞，對于α＞45°不多、以及河床較寬、涵洞較短、進出口河道可不改動或少許改動（見圖1）、不影響涵洞的排洪或灌溉功能，同時，洞口按通用圖預制施工也是比較方便的，在此情況下，按α＝45°設計是合理的。
然而，對于α＞45°較多的溝渠，以及人工開挖或整治過的河道，其河床不寬卻相當規則直順，如仍按α＝45°布設涵洞，洞口兩端就需改河，改河在平面上會形成兩個“S”形彎曲河道（見圖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
怎樣揚長避短化解矛盾呢？本方案是，按實際交角（α＞45°）設置涵身，按通用圖（α＝45°）設置洞口（涵洞端部結構）并對洞口做適當變更處理，即可達到此目的，其主要方法步驟如下：
1.按實際α（α＞45°即∠AOS＞135°）計算涵洞長度L1（常規算法，略）
2.計算涵洞長增量ΔL及涵洞全長（見圖3）
因洞口采用α＝45°，端墻前沿AOC需繞O點旋轉（α－45°）至BOC1位置（即令∠BOS＝135°）?熏使BOC1與涵軸線成45°夾角，旋轉后端墻的一端侵入路基邊緣ΔL，因而端墻應向外平移ΔL至AO1C2位置，方可達到設計的涵洞長度。
在△AOB中
設R1＝AO （即斜交α°時端墻長度之半）
R2＝BO （即斜交45°時端墻長度之半）
AO＝0.5B／COSα（M）（1）
BO＝0.5B／COS45°（M）（2）
B—涵洞正交時端墻長度，可查通用圖也可計算。
當順路方向涵洞錐坡為1?押1時
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°
根據余弦定理
（4）
涵洞全長計算：
L＝L1＋2ΔL（M）（5）
3 洞口部分變更處理
3.1 一字形洞口
對于圓管涵或凈高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（簡稱一字型洞口）布置，其端墻長度可查（α＝45°）時通用圖中的長度或按公式（3）計算。
與通用圖不同的是，大小錐坡的高度不等，（見圖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）（見圖3（B））
H小＝H大－2ΔL×COSα／1.5（M）（6）
3.2 折線形洞口
當箱涵凈高H＞1.5M時，宜改為折線形端墻錐坡式洞口（簡稱折線形洞口），折線形洞口，即令洞口以外的兩側端墻與路線方向平行（見圖4A），舉例說明：
泰鎮公路K2＋0461—2×2M蓋板箱涵，原按斜交45°設計，未考慮改河，施工放樣實測α＝56°，如按原設計施工，涵洞兩端必須改河，左端靠近民宅的樓房，改河不僅會侵占房前宅地，還將影響房基安全，因此，考慮按上述設想變更設計，洞口采用折線形布置。
涵長增量ΔL計算：（見圖4（A），AB段）
注意：公式（1）和（2）中的B在此應為洞身寬度
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）
涵洞全長計算略。
洞口部分（AB段）端墻長度計算：
AB＝2R2＝2×2.55＝5.10（M）
洞口兩側端墻長度計算（錐坡順路線方向按1：1計）（見圖4B）。
依大錐體（AO段）計算，小錐體一側的端墻高和長可縮小些，但整體不對稱，影響美觀，故未采用。
AO＝2.21／COS56°－0.8／COS45°×COS（56°－45°）＝2.84（M）
端墻全長則為：
5.10＋2×2.84＝10.78（M）
如端墻按一字形布置，取正交時的端墻長度應為B＝2.0＋2×（2.0＋0.21）＝6.42（M），以此計算涵長增量ΔL＝1.55M，比按折線形布置涵長增加2×（1.55－0.87）＝1.36（M），同時，按折線形布置，在洞口頂部出現的平臺也比較小，小錐體與端墻頂部的高
差也小些，所以外觀上也優于一字形布置。
折線形布置的端墻比較長，其頂部標高應以路線縱坡計算控制。
3.3 八字形洞口
八字形洞口的端墻比較短，應采用一字形端墻布置，端墻長應采用通用圖（α＝45°）時的長度，以計算涵長增量ΔL。
由于端墻扭轉和外移，通用圖中八字墻的小翼墻前端伸出路基坡腳線外2ΔL（見圖5），應將其縮短，縮短后前端的墻高也應降至原通用圖（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。
本變更因端墻扭轉后與路線方向不平行，端墻頂部帽石內側與路基邊坡線出現一個（α－45°）夾角，在一字形洞口則形成一個三角形平臺，如圖5的ABC，折線洞口成四邊形平臺（圖4（A）中的A1B1C1D），同時使平臺寬出一側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），對于出現的平臺，施工時應做出向外流水坡度，適當防護，以利排水。
本變更方案也適用于路線交叉區，當兩線或幾條線不平行而又在同一座涵（或通道）上通
過時，外側的一條線與涵洞夾角大于45°的情況。
綜上所述，對于大于45°斜交涵，當不能結合改移溝渠調整角度布設時，可參照本文的方法進行設計。這一方案當然不會適合各種復雜情況，設計者應因地制宜，深入調查比選，提出最合理的設計方案。
原作者： 鐘宏祥 肖慶林
