論述鐵路涵洞基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

史娜

【摘 要】本論文的主要內(nèi)容包括選擇鐵路涵洞基礎(chǔ)類型，選用建筑材料，確定基礎(chǔ)尺寸，決定基礎(chǔ)埋置深度以及基礎(chǔ)處理措施等。本文針對鋼筋混凝土圓形涵洞、矩形涵洞、鋼筋混凝土蓋板箱涵、混凝土高失拱形涵洞的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)做相關(guān)的論述。

【關(guān)鍵詞】鐵路涵洞；基礎(chǔ)尺寸；鋼筋混凝土；基礎(chǔ)處理措施；剛性角

引言

涵洞基礎(chǔ)一般可分為有基和無基兩種。有基又可分為整體式和非整體式兩種。基礎(chǔ)形式應(yīng)按涵洞的類型、涵頂填方高度、孔徑大小、基地地質(zhì)條件及地基處理方法等進(jìn)行選擇。

一、常用的各類涵洞的基礎(chǔ)使用條件

（一）鋼筋混凝土圓形涵洞、矩形涵洞及其他封閉式涵洞

根據(jù)基底土壤種類、地下水的狀態(tài)及地基土壤的凍脹性等情況，采用有機(jī)（整體式）或無基（僅有砂墊層或夯實(shí)層）。

1.涵洞受兩旁路堤土柱壓重。使地基承載能力有所提高，當(dāng)基底土壤的容許承載力等于及大于150kPa時(shí)，不論土層能否滿足設(shè)計(jì)壓應(yīng)力的要求，一般可采用整體式基礎(chǔ)，惟應(yīng)注意要設(shè)置上拱度，以減免使用中的塌腰病害。若涵洞建在太差的地基上，沉陷量較大時(shí)，即土壤容許承載力小于150kPa時(shí)并小于設(shè)計(jì)基底壓應(yīng)力時(shí)，則引另采取措施處理地基。

2.如基底土壤是巖石；礫石土、卵石土；礫砂、粗砂、中砂及細(xì)砂，墊層或夯實(shí)層的厚度不小于40cm，且土質(zhì)均勻，下沉量不大者，涵洞可采用無基基礎(chǔ)。但涵洞出入口仍設(shè)實(shí)體基礎(chǔ)并考慮防滲作用，以減免凍脹病害。

非嚴(yán)寒地區(qū)，土質(zhì)均勻，下沉量不大的粘性土（如硬塑狀態(tài)，半硬塑狀態(tài)的粘性土）和位于地下水位以上的中密粉砂土，亦可考慮采用無基涵洞。

采用無基基礎(chǔ)時(shí)，尚應(yīng)符合下列條件：

（1）為了防止由于過大的涵節(jié)沉落所產(chǎn)生的漏水病害，涵頂至軌底填方高度一般不宜超過5.0m（巖石地基可不受此限）。

（2）最大流量時(shí)涵前積水深度不大于2.5m（無壓及半有壓涵洞）。

（3）非經(jīng)常流水的溝渠（不受滲水影響軟化的地基可不受此限）。

（4）非沼澤地區(qū)。

（5）溝床縱坡≤30‰；個(gè)別困難地段≤50‰。

為了適應(yīng)泄床與端翼墻基礎(chǔ)間的不均勻沉陷，泄床與端翼墻基礎(chǔ)須分離（泄床厚度一般≥50cm）。

（二）鋼筋混凝土蓋板箱涵

根據(jù)孔徑大小及基地土壤種類，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有整體式和非整體式。整體式基礎(chǔ)分為剛性聯(lián)合基礎(chǔ)和鋼筋混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)，非整體基礎(chǔ)又稱分離式基礎(chǔ)。

1.剛性聯(lián)合基礎(chǔ)。

剛性聯(lián)合基礎(chǔ)適用于單孔1.0～6.0m及雙孔1.0～6.0m涵洞基底土壤容許承載力等于及大于150kPa的任何土層上。剛性聯(lián)合基礎(chǔ)厚度系自兩側(cè)邊墻底面內(nèi)緣按剛性角向下擴(kuò)大至壓力分布線相交于基底而定，以使整個(gè)基底均勻受力（拱形涵洞整體式基礎(chǔ)同此）。由于較大孔徑的剛性聯(lián)合基礎(chǔ)太厚，圬工量過大，僅在不宜采用分離式或鋼筋混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)時(shí)采用。

2.鋼筋混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)。

鋼筋混凝土蓋板涵孔徑3.0～6.0m單孔高、底邊墻涵洞設(shè)計(jì)有鋼筋混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)，適用于地質(zhì)較差、容許承載力較低、土壤壓縮模量（E0）等于或大于4000kPa的地基，板頂填方高度大于3.0m時(shí)須進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì)解決。如以后涵身不會(huì)接長時(shí)，翼墻部分基礎(chǔ)可用于出入口翼墻鋼筋混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)的配筋設(shè)計(jì)；遇將來涵洞有可能接長時(shí)，則宜采用洞身鋼筋混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)的配筋設(shè)計(jì)。

3.分離式基礎(chǔ)。

蓋板涵孔徑2.0～6.0m單、雙孔高、低邊墻涵洞設(shè)計(jì)有分離式基礎(chǔ)，適用于土質(zhì)較好的地基，若土壤容許承載力小于基地應(yīng)力但等于及大于300kPa，且土壤壓縮性較小的地基（粘性土為半干硬以上，砂類土為中砂以上，以及碎石類土和巖石）亦可應(yīng)用。分離式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了流水板的支撐作用，按洞內(nèi)側(cè)基底應(yīng)力不大于洞外側(cè)（填土側(cè)）基地應(yīng)力的原則設(shè)計(jì)。如為兼立交的涵洞，每段涵洞（兩沉降縫之間）基礎(chǔ)之間設(shè)截面為1.0×1.0m的漿砌片石支撐兩道。

當(dāng)基底土壤容許承載力小于基地應(yīng)力但不小于150kPa時(shí)，均可采用剛性聯(lián)合基礎(chǔ)或鋼筋混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)。如基底容許承載力小于150kPa并小于設(shè)計(jì)基底壓應(yīng)力時(shí)，則應(yīng)采取措施處理地基。

4.翼墻基礎(chǔ)。

剛性聯(lián)合基礎(chǔ)的蓋板箱形涵洞出入口翼墻的基礎(chǔ)一般亦為整體式基礎(chǔ)。剛性混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)的蓋板箱形涵洞，出入口翼墻的前墻基礎(chǔ)采用混凝土灌注并與鋼筋混凝土板連為一體，板底以下用強(qiáng)砌片石加厚至1.25m或凍結(jié)深度以下0.25m處。分離式基礎(chǔ)的蓋板箱形涵洞，出入口翼墻基礎(chǔ)與泄床分離，但前墻范圍內(nèi)的泄床與翼墻基礎(chǔ)等厚。

涵洞出入口翼墻所受外力較小，當(dāng)基底土壤容許承載力等于及大于130kPa時(shí)，孔徑3.0m及以上的蓋板箱形涵洞，出入口翼墻為剛性聯(lián)合基礎(chǔ)或鋼筋混凝土聯(lián)合基礎(chǔ)時(shí)，也可改為分離式基礎(chǔ)（不包括提高節(jié)出入口），以節(jié)省圬工。

（三）混凝土高失拱形涵洞

孔徑1.0～2.5m者，采用整體式基礎(chǔ)；孔徑3.0～6.0m者，基礎(chǔ)有整體式基礎(chǔ)和非整體式基礎(chǔ)兩種。

1.整體式基礎(chǔ)。

整體式基礎(chǔ)適用于除工程地質(zhì)特殊土壤如濕陷性黃土、裂隙粘土等以外的各類土壤地基上。當(dāng)填地（石）高等于及大于10m時(shí)，要求地基容許承載力大于200kPa，當(dāng)填地（石）高小于10m時(shí)，要求地基容許承載力不小于150kPa，如地基承載力不能滿足上述要求時(shí)應(yīng)采取其他措施。

2.非整體式基礎(chǔ)。

非整體基礎(chǔ)適用于碎石類土、砂類土、粘性土（σ0≥350kPa）地基上，要求地基容許承載力[σ]>300kPa，并需滿足土壤擠出穩(wěn)定性（穩(wěn)定系數(shù)K<1.5）的要求，如不能滿足要求時(shí)，須加大或加深基礎(chǔ)，或改用整體式基礎(chǔ)或采用其他處理措施。

3.翼墻基礎(chǔ)。

抬高式入口：孔徑1.0～5.0m的翼墻基礎(chǔ)為整體式；孔徑5.5～6.0m的翼墻基礎(chǔ)與泄床分離。

不抬高式入口：孔徑1.0～3.0m的翼墻基礎(chǔ)為整體式；孔徑3.5～6.0m的翼墻基礎(chǔ)與泄床分離。

出口：不論入口為抬高還是不抬高式，孔徑1.0～2.5m的出入口翼墻基礎(chǔ)均為整體式，孔徑3.0～6.0m的出口翼墻基礎(chǔ)與泄床分離。

二、基礎(chǔ)埋置深度及厚度

涵洞基礎(chǔ)除設(shè)置在不凍脹地基土上者外，出入口和自兩端洞口向內(nèi)各2m范圍內(nèi)的涵身基底埋深：對于凍脹、強(qiáng)凍脹土應(yīng)在凍結(jié)線以下0.25m；對于弱凍脹土，應(yīng)不小于凍結(jié)深度的80%，涵洞中間部分可按各類涵洞標(biāo)準(zhǔn)圖上規(guī)定者辦理，亦可地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)涵洞中間部分的埋深與洞口埋深相差較大時(shí)，其連接處應(yīng)設(shè)置過渡段。凍結(jié)較深的地區(qū)，也可采取將基底至凍結(jié)線以下0.25m處的地基土換填以粗顆粒土（包括隨時(shí)類土、礫砂、粗砂、中砂，但其中粉粘粒含量應(yīng)≤15%，或粒徑小于0.1mm的顆粒應(yīng)≤25%）的措施。

涵洞基礎(chǔ)厚度除應(yīng)滿足凍結(jié)深度的要求外，還應(yīng)符合剛性角的有關(guān)規(guī)定。

（1）鋼筋混凝土圓形涵洞及矩形涵洞，基礎(chǔ)厚度與剛性角無關(guān)，但為防止洞身沉陷過多或?yàn)槌鋈肟诿馐軟_刷，基礎(chǔ)應(yīng)保持一定的厚度，因此涵洞基礎(chǔ)一般均不應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)圖中的最小厚度。

（2）鋼筋混凝土蓋板箱形涵洞、拱形涵洞，不設(shè)鋼筋的圬工基礎(chǔ)厚度應(yīng)按剛性角確定。對混凝土整體式基礎(chǔ)或非整體式基礎(chǔ)的剛性角采用45°；有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖對是石器圬工整體式基礎(chǔ)的剛性角采用40°，非整體式基礎(chǔ)的剛性角采用38°。

參考文獻(xiàn)：

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