公路大跨徑高填方涵洞工作特性綜合研究.pdf

1、涵洞是公路工程中的重要組成部分之一,在山嶺重丘地區(qū),每公里平均約有4~6道。然而涵洞工程并沒有得到應(yīng)有的重視,在設(shè)計(jì)時(shí)僅參考平面地形圖和工程地質(zhì)勘查資料,并沒有重視涵洞的設(shè)計(jì)理論,忽略了涵洞結(jié)構(gòu)與土體是共同工作、是超靜定結(jié)構(gòu)的機(jī)理,從而導(dǎo)致涵洞病害的產(chǎn)生,嚴(yán)重影響了高速公路的正常運(yùn)營(yíng)。本文依托國(guó)內(nèi)某大跨徑高填方涵洞,通過理論分析、數(shù)值模擬和必要的工程實(shí)例,對(duì)大跨徑高填方涵洞的工作特性進(jìn)行綜合研究,取得了以下成果:
　　1.目前,對(duì)

2、于涵洞工程,公路規(guī)范中的豎向土壓力為土柱壓力,小于涵頂受到的實(shí)際壓強(qiáng),使涵洞結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài);同時(shí),公路涵洞工程的地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)借助于工民建工程中基底壓力小于地基承載力原則,這就導(dǎo)致了兩個(gè)問題:一是若地基承載力不夠則進(jìn)行地基處理,結(jié)果是:地基處理的強(qiáng)度達(dá)到了,地基承載力滿足了,但作用在涵頂?shù)呢Q向土壓力卻超出土柱壓強(qiáng)越多。二是對(duì)于涵洞工程,一般用公路設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算的地基承載力會(huì)明顯不夠,主要是埋深的取值不對(duì),這正是規(guī)范沒有考慮涵洞工作特性

3、的原因。本文分析后認(rèn)為:要對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范的地基承載力公式進(jìn)行修正,修正后的地基承載力會(huì)高出現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算的承載力?？傊?公路規(guī)范中不僅豎向土壓力計(jì)算值偏小,地基承載力計(jì)算值也偏小,本文對(duì)此進(jìn)行了研究并進(jìn)行修正,且通過實(shí)際工程為依托進(jìn)行驗(yàn)證。
　　2.涉及涵洞豎向土壓力有名的計(jì)算公式有二十多種,各自考慮的因素不一,且目前眾多公式的適用情況比較分散,至今仍缺乏對(duì)涵洞土壓力計(jì)算理論進(jìn)行統(tǒng)一的整理歸納。本文對(duì)其進(jìn)行了梳理、分析、驗(yàn)證,說明了各自

4、的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn),可為應(yīng)用提供參考。并通過一工程實(shí)例,對(duì)現(xiàn)有涵洞豎向土壓力計(jì)算理論與方法進(jìn)行對(duì)比評(píng)述。
　　3.涵洞與土共同作用是超靜定結(jié)構(gòu),對(duì)荷載結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),必須先應(yīng)判斷其屬于哪種工況,才能選用合適的豎向土壓力計(jì)算公式。現(xiàn)有的涵洞與土體的共同作用機(jī)理模型都側(cè)重于從某一個(gè)方面對(duì)涵頂土壓力進(jìn)行分析,由于不同的實(shí)際工程其特點(diǎn)是不同的,涵體的勁度、地基剛度、埋設(shè)形式和填土性質(zhì)等都對(duì)涵頂?shù)耐翂毫τ兄匾挠绊憽ａ槍?duì)目前現(xiàn)有的涵土的分析

5、模型的不足,本文提出了“質(zhì)剪彈”模型,該模型能夠全面的反映涵土作用機(jī)理,能解決多數(shù)涵洞與土共同作用的力學(xué)問題。
　　4.依托工程設(shè)計(jì)中,一方面,設(shè)計(jì)方在計(jì)算地基承載力時(shí)采用常規(guī)的方法,沒有理解基礎(chǔ)埋置深度的實(shí)質(zhì),埋深的取值不符合涵洞受力的特性。實(shí)際上,工民建中是挖基坑后埋置基礎(chǔ),而涵洞工程通常是修建好涵洞后在其上填埋土體,其實(shí)質(zhì)是不同的。結(jié)果使公式中基礎(chǔ)埋置深度的取值明顯偏小,使計(jì)算結(jié)果不能滿足地基承載力要求,設(shè)計(jì)無法通過;另一方

6、面,設(shè)計(jì)方按照傳統(tǒng)的理論,認(rèn)為涵頂土壓力等于土柱壓力,以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)于高填方涵洞而言,這些理論是不適用的,是錯(cuò)誤的。
　　如果按照涵頂實(shí)際承受的土壓力來對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),則涵洞結(jié)構(gòu)的尺寸、配筋等都會(huì)明顯增大,涵洞結(jié)構(gòu)本身也會(huì)非常厚重、接近實(shí)體結(jié)構(gòu)。這對(duì)于實(shí)際的工程從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀等方面來說都是不合適的。為了解決設(shè)計(jì)方面臨的這一問題,本章根據(jù)課題組及國(guó)內(nèi)外的眾多研究,提出了“土壓力調(diào)整”措施,即在涵頂一定范圍內(nèi)鋪設(shè)EPS板