分層填筑鋼波紋管涵洞的土壓力值的測(cè)量與應(yīng)用

孫 棟

(湖南中大建設(shè)工程檢測(cè)技術(shù)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410205)

分層填筑鋼波紋管涵洞的土壓力值的測(cè)量與應(yīng)用

孫 棟

(湖南中大建設(shè)工程檢測(cè)技術(shù)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410205)

對(duì)高填方鋼波紋管涵洞的施工過(guò)程中進(jìn)行土壓力試驗(yàn)，分析分層填筑時(shí)高填方鋼波紋管涵洞的不同位置的土壓力變化規(guī)律。研究表明：鋼波紋管上各個(gè)位置所受到的土壓力與鋼波紋管的填土高度成正比，即鋼波紋管埋藏越淺，鋼波紋管上各個(gè)位置所受到的土壓力就越小。在分層填筑過(guò)程中不同層的土壓力值也不相同，其中每一層中不同位置的鋼波紋管也受不同的土壓力。研究結(jié)論可對(duì)高填方鋼波紋管涵洞施工變形問(wèn)題起到一定的指導(dǎo)作用。

鋼波紋管涵洞； 分層填筑； 土壓力值測(cè)量

為了能夠更好地適應(yīng)地基與基礎(chǔ)的變形，在高填方路基的分層填筑過(guò)程中常常采用柔性的高強(qiáng)度的鋼波紋管涵洞[1-4]。在使用鋼波紋管涵洞的過(guò)程當(dāng)中，工程設(shè)計(jì)與施工人員利用鋼波紋管涵洞自重輕、強(qiáng)度高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)使其在軟土和濕限性較強(qiáng)的地區(qū)得到廣泛應(yīng)用[5-9]。本研究通過(guò)試驗(yàn)分析鋼波紋管涵洞不同位置的土壓力值的變化對(duì)鋼波紋管在分層填筑過(guò)程中的變形問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)。

1 鋼波紋管涵洞土壓力測(cè)量方法及過(guò)程

1.1 鋼波紋管涵洞土壓力測(cè)試方法

本研究從工程中選取一段鋼波紋管。經(jīng)測(cè)試該鋼管管身采用Q235A熱軋鋼板制作，鋼板的屈服強(qiáng)度≥235 MPa，抗拉強(qiáng)度≥375 MPa。經(jīng)測(cè)量所研究的涵洞波紋管的埋深為17.11 m。測(cè)試鋼波紋管涵洞內(nèi)外的土壓力值要使用到壓力盒，本研究將選取距路中2 m處的不同位置進(jìn)行測(cè)量研究，如圖1、圖2所示。

圖1 鋼波紋管涵洞距路中2 m測(cè)試斷面土壓力盒布設(shè)圖

圖2 波紋管涵洞測(cè)試斷面土壓力盒布設(shè)示意圖

1.2 鋼波紋管涵洞土壓力測(cè)量過(guò)程

本研究計(jì)劃在距路中2 m處的管周徑向不同角度上布置土壓力的測(cè)量盒，測(cè)量一下布置點(diǎn)的初始測(cè)量值。然后分層填土并利用測(cè)量盒測(cè)出分層填筑的土壓力。在分層填筑以后在路基頂部不同位置加機(jī)動(dòng)車(chē)輛的荷載并測(cè)出此時(shí)的壓力值。最后，整理測(cè)量出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

2 施工過(guò)程中涵洞土壓力測(cè)試研究

在公路的施工過(guò)程中會(huì)涉及到分層填筑鋼波紋管涵洞，本研究將取管頂上不同填土層為研究對(duì)象。在不同填土層上布置土壓力的測(cè)量盒并測(cè)量出其壓力值大小。下面分析幾個(gè)不同高度的壓力情況，分別是填土至管頂以上0.55、0.75、1.65、1.95、2.45、2.95、3.45、3.75、4.25、4.65、5.00、5.35、5.90 m的距離。

2.1 超車(chē)道和行車(chē)道位置土壓力和填土高度的關(guān)系

圖3、圖4為施工過(guò)程中距管頂0～7 m管周外側(cè)土壓力在超車(chē)道和行車(chē)道上的測(cè)量值。

圖3 超車(chē)道位置土壓力測(cè)試結(jié)果

圖4 行車(chē)道位置土壓力測(cè)試結(jié)果

通過(guò)比較超車(chē)道和行車(chē)道位置上土壓力的測(cè)試結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

1) 在超車(chē)道和行車(chē)道上鋼波紋管涵洞上的測(cè)點(diǎn)的土壓力都會(huì)隨著管頂填土高度的增大而增大。

2) 當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)管頂填土測(cè)點(diǎn)的土壓力不會(huì)隨著填土高度的增大而增大，而是基本保持在0壓力的范圍內(nèi)，這說(shuō)明鋼波紋管中間側(cè)部水平土壓力值較低。

3) 在超車(chē)道上當(dāng)管周徑向?yàn)?°時(shí)鋼波紋管涵洞上的測(cè)點(diǎn)的土壓力比其他角度在相同填土高度的土壓力都大，但是土壓力值大的不明顯。

4) 在行車(chē)道上當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)鋼波紋管涵洞上的測(cè)點(diǎn)的土壓力比其他角度在相同填土高度的土壓力都大。

5) 當(dāng)管周徑向?yàn)?20°時(shí)在超車(chē)道和行車(chē)道上各測(cè)點(diǎn)的土壓力與管頂填土高度的增長(zhǎng)斜率小于其他角度所對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)斜率。

6) 當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)在超車(chē)道和行車(chē)道上各測(cè)點(diǎn)的土壓力與管頂填土高度的增長(zhǎng)斜率大于其他角度所對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)斜率。

7) 在超車(chē)道上除了當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)各測(cè)點(diǎn)土壓力值較低外，其他不同管周徑向角度的各測(cè)點(diǎn)土壓力值大小隨管頂填土高度的增加而交替增長(zhǎng)。

8) 在行車(chē)道上除了當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)各測(cè)點(diǎn)土壓力值較低外，其他不同管周徑向角度的各測(cè)點(diǎn)土壓力值大小隨管頂填土高度的增加而交替增長(zhǎng)。但管周徑向?yàn)?0°時(shí)的各測(cè)點(diǎn)土壓力值明顯大于其他管周徑向角度各測(cè)點(diǎn)的土壓力值。

2.2 超車(chē)道和行車(chē)道位置土壓力和管周角度的關(guān)系

圖5、圖6分別為行車(chē)道與超車(chē)道位置土壓力與鋼波紋管徑向角度關(guān)系示意圖。

圖5 行車(chē)道位置土壓力與鋼波紋管徑向角度關(guān)系示意圖

圖6 超車(chē)道位置土壓力與鋼波紋管徑向角度關(guān)系示意圖

通過(guò)比較超車(chē)道和行車(chē)道位置上土壓力的測(cè)試結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

1) 在超車(chē)道和行車(chē)道上鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力都會(huì)隨著管頂填土高度的增大而增大。

2) 超車(chē)道上鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力略大于相同條件下行車(chē)道上鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力。這說(shuō)明超車(chē)道對(duì)于鋼波紋管抗壓性能的要求更高。

3) 在超車(chē)道和行車(chē)道上當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力出現(xiàn)峰值，這表明在管周徑向?yàn)?0°時(shí)管壁會(huì)形成應(yīng)力集中。

4) 在超車(chē)道和行車(chē)道上當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力出現(xiàn)低谷值(基本保持在0壓力的范圍內(nèi))，這與上文所總結(jié)的規(guī)律相同。

5) 在超車(chē)道和行車(chē)道上當(dāng)管周徑向從90°增加到120°時(shí)，鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力略有增加。

6) 在超車(chē)道和行車(chē)道上當(dāng)管周徑向從0°增加到30°時(shí)，鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力有增加也有減少。

7) 總的來(lái)講在超車(chē)道和行車(chē)道上各工況的變化趨勢(shì)基本保持一致。

3 結(jié)論

1) 雖然高填方路基的施工環(huán)境和各測(cè)點(diǎn)的測(cè)量情況比較復(fù)雜，但是在距管頂0～7 m填土高度的范圍內(nèi)超車(chē)道和行車(chē)道上鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力都會(huì)隨著管頂填土高度的增大而增大。

2) 超車(chē)道上鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力略大于相同條件下行車(chē)道上鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力。這說(shuō)明超車(chē)道對(duì)于鋼波紋管抗壓性能的要求更高。

3) 在超車(chē)道和行車(chē)道上當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力出現(xiàn)峰值，這表明在管周徑向?yàn)?0°時(shí)管壁會(huì)形成應(yīng)力集中。當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時(shí)鋼波紋管涵洞上的各測(cè)點(diǎn)的土壓力出現(xiàn)低谷值，基本保持在0壓力的范圍內(nèi)。

4) 結(jié)合工程實(shí)際，由于鋼波紋管管周不同角度的土壓力隨填土高度增長(zhǎng)的變化不同，因此需要選用強(qiáng)度高、造價(jià)低的回填材料進(jìn)行壓實(shí)處理。

[1] 李祝龍.公路鋼波紋管涵洞設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2006.

[2] 周世生.高路堤涵洞空間豎向壓力理論及結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2008.

[3] 范曉明.淺議鋼波紋管涵在高填方路基上的應(yīng)用[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2012(10):294.

[4] 史成萬(wàn).鋼波紋管涵在高填方路基上的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn),2007(1):122-124.

[5] 梁鐘琪.土力學(xué)及路基[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2002.

[6] 王秉勇．涵洞頂填土壓力的討論及計(jì)算[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2002(2):50-54.

[7] 李祝龍，劉百來(lái)．鋼波紋管涵洞力學(xué)性能現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].公路交通科技，2006(3):79-82.

[8] 陳昌偉．波形鋼板結(jié)構(gòu)及其在公路工程中的應(yīng)用[J].公路，2000(7):48-54.

[9] 王永崗，呂英民，張進(jìn)國(guó)．波紋管力學(xué)性能研究水平述評(píng)[J].石油機(jī)械，1999(12)：47-50.

2016-05-31

孫棟( 1983-) ，男，工程師，主要從事公路橋梁隧道工作。

1008-844X(2017)01-0149-03

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