涵洞設(shè)計(jì)中填土高度所產(chǎn)生的影響分析

王素英

摘要：在設(shè)計(jì)涵洞的過程中，填土的高度不僅關(guān)系到工程整體的造價(jià)，同時與施工難易程度也有著不可分割的直接聯(lián)系，所以要把握對填土高度的影響因素，做好相應(yīng)的解決方案措施。本文首先分析了填土高度對涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體影響，然后闡述了高回填涵洞的受力及設(shè)計(jì)處理中的相關(guān)問題，希望能對涵洞設(shè)計(jì)方面工作的開展提供一些有價(jià)值的參考建議。

關(guān)鍵詞：涵洞設(shè)計(jì)；填土高度；影響分析

所謂涵洞就是為了排出水流或跨越管線而設(shè)置的構(gòu)筑物，在公路橋梁工程設(shè)計(jì)中被大量的應(yīng)用。涵洞結(jié)合洞頂填土的厚度能夠分為兩種，一種為明涵，就是不填土或填土低于500mm的涵洞，另一種為暗涵，也就是填土超過500mm的涵洞，明涵適用于低路堤；相反，暗涵則適用于高路堤，填土高度對涵洞設(shè)計(jì)的影響非常大，因此必須要加強(qiáng)對涵洞填土高度的相關(guān)問題進(jìn)行深入的研究，提高涵洞施工的穩(wěn)定性與安全性。

1、填土高度對涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

在計(jì)算涵洞結(jié)構(gòu)的過程中需要充分的考慮負(fù)荷，負(fù)荷整體上分為兩種，第一種車輛負(fù)荷，第一種為填土負(fù)荷，兩種負(fù)荷對涵洞結(jié)構(gòu)的作用和影響都非常巨大，合理的填土能夠有效避免輪壓、沖擊力等因素的影響，而如果填土過厚，則會增加涵洞頂土的壓力，導(dǎo)致截面設(shè)計(jì)過于大。所以在計(jì)算涵洞結(jié)構(gòu)時必須要明確填土的厚度，這對設(shè)計(jì)以及工程的資金成本都有著直接的聯(lián)系，下面筆者將結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對比分析。

1.1車輛荷載作用分析

車輛所產(chǎn)生的的荷載作用于涵洞上，壓力同填土高度以及壓力分布都有著直接的關(guān)系，結(jié)合《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》的規(guī)定，在計(jì)算車輛荷載對涵洞產(chǎn)生的壓力時，車輪或履帶依照同地面的接觸面積的邊緣向下作30度角分布，如果車輪同履帶的壓力擴(kuò)散線發(fā)生重合時則以最外邊的為準(zhǔn)。

1.2填土荷載作用分析

假設(shè)填土屬于完全濕潤的狀態(tài)，則填土荷載的計(jì)算公式如下：qv=γh，γ表示土的容量，h表示截面同路面之間的距離。

1.3內(nèi)力及荷載組合分析

通過計(jì)算我們能夠發(fā)現(xiàn)，如果涵洞填土的高度適當(dāng)對涵洞的設(shè)計(jì)是有著極大的作用，能夠起到迅速降低車輛荷載的作用。但是涵洞填土的高度要起到有利的作用就必須控制在一定的范圍內(nèi)，如果涵洞填土過大，土產(chǎn)生的壓力也會隨著上升，另外在填土的作用下，涵洞頂部土體沉降所產(chǎn)生的負(fù)摩擦阻力也會提高填土的荷載，所以在涵洞設(shè)計(jì)的過程中必須要加強(qiáng)對填土高度的控制，保證其處于最為合理的狀態(tài)。

1.4填土高度對涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

上面只對頂板的受力進(jìn)行了簡單的分析，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中還會涉及到墩臺驗(yàn)算等方面的工作，填土的高度同墩臺所承受的側(cè)向土壓力是呈正比的，填土越深墩臺所承受的壓力就越大；另外由于墩臺屬于圬工結(jié)構(gòu)，承擔(dān)的很多方面所帶來的壓力，例如地基反力、土的側(cè)向壓力等，長時間屬于受力的狀態(tài)中，在計(jì)算時多數(shù)情況由側(cè)墻墻踵根部不出現(xiàn)拉應(yīng)力控制，其隨著填土深度的改變沒有頂板敏感。

2、高回填涵洞的受力及設(shè)計(jì)處理

2.1高回填涵洞的受力特點(diǎn)

對于高回填涵洞來講，所承受的壓力包括很多方面，例如：土帶來的壓力以及墩臺所承受的側(cè)壓力等，涵洞結(jié)構(gòu)安排上存在很多不合理的位置，這種形式的涵洞只能使用填土法進(jìn)行修建，在修筑路基的過程中涵洞所承擔(dān)的壓力和推力也隨著提高，另外由于路堤填土的高度要高于涵洞填土的高度，沉降現(xiàn)象不明顯，但是由沉降所造成的填土與涵洞頂土柱的摩擦力影響了涵洞的壓力，因此在涵洞設(shè)計(jì)的過程中必須要考慮把土柱壓力放大一個系數(shù)。

2.2高回填涵洞的的設(shè)計(jì)處理

2.2.1截面的選擇問題

目前應(yīng)用最多的就是石砌蓋板涵，過水截面為4平方米，在設(shè)計(jì)階段可以采用多種截面形式，常見的有2m×2m、2m×1.6m等，通過對比能夠發(fā)現(xiàn)，矮而寬的涵洞具有較大的側(cè)向剛度，缺點(diǎn)在于頂板受力較為薄弱；高而窄的涵洞整體的高度較大，適宜于覆土適中的涵洞；而截面適中的涵洞在高回填區(qū)域最為合理。

2.2.2中松側(cè)實(shí)的原則分析

通過對涵洞頂土體的變形機(jī)理進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)洞頂填土的壓實(shí)度低于兩側(cè)填土的壓實(shí)度時，在土體發(fā)生變形的過程中洞頂土體的變形就會超過兩側(cè)土體的變形，使頂部填土的壓力轉(zhuǎn)移到涵洞兩側(cè)的填土上，也就是所謂的“中松側(cè)實(shí)原則”，自然而然的形成了卸荷的效果，降低了土壓力對涵洞結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的作用。

2.2.3溝谷地形的應(yīng)用

在天然溝谷地形中設(shè)計(jì)涵洞，溝谷的邊坡對涵洞的受力起到了非常顯著的卸荷效果，隨著路基填土的不斷壓實(shí)、碾壓動力效應(yīng)的不斷增加，該卸荷效果也會隨著減弱，因此必須要充分利用天然的溝谷地形，在設(shè)計(jì)涵洞的過程中要保留好天然溝谷。

2.2.4卸荷措施的應(yīng)用

所謂卸荷措施就是在涵洞上方鋪設(shè)柔性材料，一方面能夠有效降低土的壓力，另一方面還能調(diào)整涵洞附近土的壓力分布，使結(jié)構(gòu)更加均勻的受力。例如結(jié)合有些橋梁工程填筑材料的來源，在路基下段填筑粉煤灰拌合土等?？偠灾?，在高填土中進(jìn)行涵洞的設(shè)計(jì)時，采取適當(dāng)?shù)男逗纱胧┚哂蟹浅ｏ@著的實(shí)用性。

總結(jié)

通過上述得知，在涵洞設(shè)計(jì)的過程中，洞頂填土的高度對其影響是非常大，只有填土的高度處于一個合理的范圍內(nèi)，才能發(fā)揮其自身的作用，降低車輛的負(fù)荷作用。所以必須要加強(qiáng)對洞頂填土高度的設(shè)計(jì)，制定最佳的設(shè)計(jì)埋深和設(shè)計(jì)截面，降低工程施工的整體難度，保障施工工作順利的進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹繼偉，范鶴，劉斌.高填土涵洞土壓力分布及影響因素研究[J].公路，2011，（12）：109-114.

[2]田文剛.填土高度對涵洞設(shè)計(jì)的影響[A].2014第六屆國內(nèi)外水泥粉磨新技術(shù)交流大會論文集[C].中國硅酸鹽學(xué)會科普工作委員會、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所、全國水泥行業(yè)專家聯(lián)盟、國際水泥與混凝土網(wǎng)，2014，7.

[3]郭婷婷，顧安全.減荷措施下涵洞土壓力與填土變形數(shù)值計(jì)算[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010，（05）：12-16+29.

[4]上官方.涵洞填土等沉面及其對涵洞土壓力的影響研究[D].太原理工大學(xué)，2011.