关于涵洞基底换填厚度的计算方法

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1、图1关于涵洞基底换填厚度的计算方法潘承(广东冠粤路桥有限公司，广州510600)摘要：结合阳(江)阳(春)高速公路的工程实践，阐述对涵洞基底换填深度的计算方法的心得和体会，实践证明对涵洞基底换填深度的确定是一种快速有效的方法。关键词：涵洞；基底处理；换填深度中图分类号：TU447文献标志码：C文章编号：1673-1093（2010）03-0076-02在高速公路的涵洞软土基底处理中，常见的处理方式有换填法、松木桩、水泥搅拌桩等。对于一般浅层软土的基底处理，较多采用换填法进行处理。换填法是进行软弱地基处理的方法之一，又名换土垫层法。主要适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土及暗沟、暗

2、塘等的浅层处理。换填材料可用中(粗)砂，级配良好的砂石、灰土、素土、石屑或煤渣等。换填法的作用，是提高持力层的承载力，改善土的压缩性，减小地基变形。当软弱土较薄时，可全部挖去；当软弱土较厚时，可部分挖去。填土可采用砂、碎石、素土等。现行的设计思路是将换填垫层作为基础的持力层，利用基底附加应力在换填垫层中向下扩散时应力不断减小的特点，选择合适的垫层厚度，以达到软弱下卧层顶面所受的压应力不大于其容许应力的目的。通常情况下，设计方出于对工程造价上的考虑，设计文件给出的涵洞基底换填深度会偏大甚至因换填深度过大导致施工困难，导致经济、技术上的不合理。在实际的施工过程中，就必须对涵洞的基底换填深度重新进

3、行确定。通过对基底持力层承载力的计算，可以快速有效的对换填深度进行确定。结合工程实践，下面以阳阳高速公路的K11+846盖板涵基底换填深度的确定进行说明。以其中1-6×4.5m的盖板涵为计算实例，盖板涵的设计基底承载力σ=350kPa，涵位地基容许承载力300kPa小于设计承载力，因而不满足要求，需要对涵洞基底进行换填处理，原设计的处理方式为换填砂砾3m。具体的计算参数为：盖板涵涵长a=45.932m、涵台壁厚b=1.5m。基础底面的埋深h=1.91m。级配碎石容重取2.4t/m3，细砂容重取1.74t/m3，粘土取1.7t/m3。台背回填砂性土，要求达到96%的压实度。首先假定对基底换填2

4、00cm，考虑设计承载力较大，换填材料采用级配碎石。具体如下面的换填示意图及钻孔柱状图(图1)：参考《规范》中的经验公式计算基底压应力：P=γ1×(h+z)+α×(p-γ2h)≤γR[fα](取γR=0)=20.29×(1.91+2)+0.439×(350-16.97×1.91)=219＜230kPa(下卧层顶面容许承载力)其中换算容重1.74×1.53+1.7×0.38+2.4×2γ1=×9.8=20.29(kN/m)33.911.74×1.53+1.7×0.38γ2=×9.8=16.97(kN/m3)1.91式中γ1相应于(h+z)以内土的换算容重，γ2相应于深度h范围以内土的换算容重。

5、α基底附加应力系数可通过《公路桥涵地基与基础设计规范》查得。通过以上的计算，基底以下换填2m级配碎石后基底应力已衰减到219kPa，小于粉质粘土层容许承载力(230kPa)，达到预期效果。为了验算上述计算结果，也可以采用按应力扩散角进行计算的方法(见下图2)，即认为砂垫层·76·2010年第3期图2以“θ”角向下扩散基底应力，到砂垫层底面(下卧层顶面)处的压应力σh与垫层土的自重应之和σH应小于或等于该处下卧层顶面地基的容许承载力。为简化计算，压应力扩散角θ取45°，则下卧层顶面附加应力为：从计算结果来看，两种方法的结果是几乎一致的。构筑物基底换填只要换填层承载力等于或大于(有时需要采取技术

6、措施)基底应力，且基底应力通过换填层传递衰减到其下的软弱层时，应力小于软弱层承载力，即可认为结构物是安全的。从计算的简易程度看，应力扩散角的计算方法更为简便，省去了查找附加应力系数的麻烦，在实际应用中更为常用。从以上两种计算方法可以看出，下卧层顶面的压应力与基底附加应力、垫层厚度、材料重有关。若涵洞设计承载力不大，一般可采用中粗砂作为换填材料。在实际的施工中，施工方一般会对基底进行轻型触探试验，试验仪器条件较好的可以采用触探仪进行检测，实测涵洞基底各土层深度的承载力，提高计算的精确性，为正确地判断换填深度提供科学准确的参考。参考文献：[1]JTGD63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[

7、S].[2]凌治平，易经武.基础工程[M].北京：人民交通出版社，1997.a·b·σhs+σH=γ·h+γ·sa·b+[a+b+4hstanθ]hstanθ3=16.97×1.91+20.29×2+45.932×1.5×35045.932×1.5+[45.932+1.50+(4×2×1)/3]×2×1=222(kPa)＜230kPa根据上式计算结果，换填2m级配碎石同样可以满足基底设计承载力的要求。作者简介