公路大跨径高填方涵洞工程特性综合概述

《公路大跨径高填方涵洞工程特性综合概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、公路大跨径高填方涵洞工程特性综合概述第一章绪论1.1问题的提出近年来，在高速公路设计中，高填方涵洞已经成为公路工程中的重要组成部分之一，无论是在工程数量还是在工程造价上，都占有相当的比重，且常常出现十涵九病的情况。《公路桥涵设计手册》中对涵洞的定义为：涵洞主要是为渲泄地面水流（包括小河沟）而设置的横穿路基的小型排水构造物。按《公路工程技术标准》中规定：单孔标准跨径L0＜5m或多孔跨径总长L＜8m（圆管涵及箱涵不论管径或跨径大小、孔数多少）均称为涵洞。随着公路事业的快速发展，为了满足通行的需要，在地形陡峭的山岭及沟

2、谷区修建的公路越来越多，为了符合山区高等级公路的线形标准，出现了很多高填深挖路段，而高填方路段一般地势低洼、有排水的要求，若选择桥梁，由于某些地区沟壑的深度达三四十米，则造价会非常大。对于一些低等级公路，造价控制又极为严格，加之施工条件和安全性的考虑，则需要考虑设置涵洞，然而一般跨径的涵洞难以与桥梁的排水能力相比较，为了满足沟底排水的需要，就需要突破表1.1中常规的涵洞尺寸，以大跨径涵洞的形式通过，以代替桥梁结构，从而在满足排水功能的同时极大地节约了工程造价，这就形成了公路大跨径高填方涵洞[1]。顾安全教授20世

3、纪60年代就对涵洞的病害进行过统计，发现有63.5%的管道发生开裂破坏，其中由于设计土压力小于实际土压力而造成的纵向开裂占70%。这种现象说明，目前我国涵洞的地基与基础设计的计算理论仍不完善，导致设计结果和实际结果相差很大，严重影响了高速公路的正常运营，主要是由于多数涵洞的设计理论和施工技术均没有一套完整的理论系统[2]。涵洞的地基与基础设计，普遍借助于工业与民用建筑的理念与方法，忽略了涵洞与土体的相互作用，使验算得到的高填方涵洞的地基承载力无法满足要求，而且传统理论认为，当地基承载力不足时，就需要对涵洞基础底部

4、进行处理，且认为基础刚度越大越好，这些观点均能导致涵洞结构尚未运营而破坏。.1.2国内外研究现状俄国学者普罗托基亚可诺夫认为：当涵管顶部填土高度H小于某一固定高度时，其土压力为σv=γH，当H大于某一高度时，拱顶以上填土重量将得到转移，即会向两侧填土分别传递，即使填土高度增大，涵洞顶产生的土压力仍为固定值，这是由于形成了卸荷拱的结果所导致。这种理论称为自然平衡拱理论[12-13]。1913年美国马斯顿教授[14]，以摩擦学说为根据建立了等沉面的理论，该理论认为在涵洞顶部填土的两侧存在着可以

5、使内外土柱产生摩擦力的的垂直滑动面。因此，管顶的土压力应为：涵洞顶部填土的重量与滑动面上产生的摩擦力相叠加的结果。但由于实际工况的复杂性，该理论很难将各因素综合考虑，且推到过程中的假设条件有一定的局限性[15]。1946年苏联博士克列恩[16]于1957年出版了《地下管计算》一书，介绍了关于坝下泄水洞的有关土压力的较为详细的计算方法。之后，维诺格拉多夫针对土压力系数法做了进一步的分析研究，他认为：涵洞顶的土柱压力需要乘以经验系数，才能等于实际的涵洞顶部的土压力，而这个系数是通过工程中采用的管道通过反算得到的。..

6、第二章涵洞受力模型分析2.1概论涵洞与土共同作用是超静定结构，对荷载结构进行设计时，先应判断其属于哪种工况，才能选用合适的竖向土压力计算公式。现有的涵洞与土体的共同作用机理模型都侧重于从某一个方面对涵顶土压力进行分析，由于不同的实际工程其特点是不同的，涵体的劲度、地基刚度、埋设形式和填土性质等都对涵顶的土压力有重要的影响。针对目前现有的涵土的分析模型的不足，本文提出了质剪弹模型，该模型能够全面的反映涵土作用机理，能解决多数涵洞与土共同作用的力学问题。到目前为止，对于涵洞结构的研究，采用了传统的荷载结构设计法和涵洞

7、与土体共同作用分析两种方法。传统的荷载结构法仅考虑了涵体和土体的结构受力平衡条件，忽略了涵洞和周围土体间的相对位移变形作用，分析结果不能准确的反映涵洞结构的实际受力情况，导致涵洞在随后的使用中出现不同程度的开裂，甚至坍塌。事实上，涵洞填土地基及基础之间共同作用机理是十分复杂的，涵洞的受力变形与填土材料、填土高度、涵洞结构及地基情况等因素有着密切的关系，彼此之间是相互关联，互相制约的统一体。仅从某个方面对涵洞受力进行分析是不全面的。因此需要根据不同涵洞刚度、不同的地基和基础刚度、施工工艺等来分析涵洞、土体和地基与基

8、础的受力和变形特性。2.2等沉面的判定现实工程中，不是所有工程都存在等沉面，如何判定是否存在等沉面是一个主要的问题。若存在等沉面，则需要确定等沉面的位置，以便进步一进行受力计算分析。等沉面的定义：管顶内填土与管顶外填土存在沉降差异，这种沉降差异随着填土高度的增加而逐渐减小，当填土高度达到某一临界值He后，这种差异可忽略不计，He以上填土认为是均匀沉降，相应于He的平面，称