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1、高填方涵洞土压力与填土沉降差关系分析作者： 单位： 时间：2007-08-07 点击： 269次 摘 要： 关键词： 籍延青（山西交通科学研究院，山西 太原 030006）摘要：结合工程实际，通过对两个试验段的对比，分析了涵洞土压力与填土沉降差关系，总结了形成土拱的条件，对类似工程设计与施工有一定借鉴与指导。关键词: 涵洞；沉降差；土压力；土拱效应随着我国公路建设投资的不断加大和公路等级的明显提高，公路中涵洞结构物所占比重也越来越大。对于涵洞上填土较高，往往是其上土压力计算值较实际的土
2、压力偏小而造成涵洞结构物的开裂破坏，或者是土压力计算值远远大于实际的土压力值而造成不必要的浪费。现行公路桥涵设计规范中，涵洞垂直土压力采用土柱重量计算，即，σ＝γh。事实上，该公式并不能真实反映涵洞上作用的土压力。另外，对涵洞地基与基础的设计，大多数方法是采取地基加固处理，使基础做得又大又厚，这对涵洞结构受力也是非常不利的。因为这样做加大了涵洞洞身两侧路基与涵洞之间的沉降差，从而增大了作用在涵洞上的土压力。本文基于汾离高速公路K24+383和K52+273两处高填方涵洞实体工程特点，具有针对性地进行了研
3、究，通过对比分析，得出一些有益结论。1、工程概况K24＋383处为1－4m台阶式钢筋混凝土拱涵，与路线呈30°斜交，涵洞长198.8m，填土高度41.98m。开挖地基主要表现为砾石土，且砾石含量较高，在上游有约20米左右为基岩，地基地质条件较好。涵洞两侧坡体较缓，植被丰富，表层有约50cm腐殖土；以下土质在汾阳方向主要为砾石土，下卧基岩；离石方向主要为黄土，上游下卧基岩。K52＋273处为1－4m钢筋混凝土拱涵，与路线正交，涵洞长96m，填土高度38m。涵址区地处黄土丘陵地区，地表出露马兰黄土，坚硬~硬
4、塑；Ⅱ级自重湿陷性。地表开挖后为黄土层夹砂砾层，地表以下约6m处有自由水，地基承载力与均匀性都不满足设计要求，属不良地基。采用高压喷射水泥浆法进行加固，设计高压喷射注浆体28天的抗压强度应不小于3.0MPa。两侧坡体为马兰黄土，坚硬~硬塑；Ⅱ级自重湿陷性，坡度较陡，植被稀少。根据两个试验段的具体情况，分别对K24+383和K52+273高填方涵洞工程作了应力和变形两方面的监控量测工作。 2、涵洞土压力与填土变形之间的关系影响涵洞顶土压力σv 的因素很多且变化很大,彼此间互有影响。各种影响因素的变化结果都
5、将引起涵洞顶平面内土柱沉降差δ的变化。若涵洞顶平面外土柱的沉降差大于内土柱的沉降差, 则沉降差为+ δ ,反之为- δ 。当沉降差为+ δ ,外土柱将一部分荷载通过摩阻力转嫁给内土柱,导致涵洞上土压力σv 增大;而沉降差为- δ ,内土柱则将一部分荷载通过摩阻力嫁给外土桩,导致涵洞上土压力σv 减小。由此可见,各种因素对土压力的影响可以综合为沉差δ的变化结果,研究涵洞上土压力的问题也就大大简化了。
6、 图1 土压力与填土沉降差示意图 根据分析,通常情况下当填土高度H >(3～5)h时,填土在涵洞上引起的附加应力Δσv 与沉降差仅限于填土顶面以下的某个高度(Hs ) 范围内,这个范围小于填土高度H 。从土力学的基本理论中知,涵洞顶填土的附加应力与沉降值呈线性函数关系。根据以上分析,σv 与δ的关系可以表达为当δ > 0 时,Δσv> 0 ,σv=γH+Δσv, 则:K> 1 (K 为土压力集中系数,即
7、实测值/γH),涵洞顶产生土应力集中;当δ < 0 时,Δσv< 0 ,σv=γH- Δσv,则:K< 1。而且，增量δ随填土高度之变化，将决定K－H之变化，反过来说K－H曲线也将反映增量δ随填土高度之变化。由于V形沟谷的影响，存在着不均匀沉降，沟谷中部的沉降大于两侧的沉降，同时沟谷两侧边坡也对中间填土起到“侧限”作用，具备拱效应形成的充要条件，因此V型沟谷填土路基土压力及沉降与一般高填方路基的土压力及沉降存在明显的不同特性3、实测数据分析图2 K24+383拱顶压力盒埋设示意图 图3
8、 5~8号压力盒压力对比曲线图 图4 5~8号压力盒K值对比曲线图图3表明从填土开始，实际压力值低于计算值γH；到施工完毕后7号压力盒压力值大于计算值，土压力集中系数K随着时间的推移有所降低；6号压力盒的压力值一直远远低于计算值。图4应力集中系数K曲线图表明一般情况下K＜1，当出现应力集中,即实际土压力大于计算土压力时K＞1。K24+383涵洞地基在上游主要是基岩，在下游为碎石土。下游采用强夯法进行地基处理。由于该涵洞处
