山区公路高填方涵洞设计论文

摘 要：山区公路高填方涵洞因为数量和工程量较多，在实际施工的过程中会比较困难，所以，在设计时首先要考虑是否能将高填土涵洞改为低填土涵洞，改成常规涵洞设计，既能简化设计、方便施工，也可以大大降低工程造价。高填土涵洞荷载很大，对基础要求较高，因此应设法减小涵顶荷载，并加强地基处理，保证涵洞的稳定性，使构造物耐久、安全。

我国山区由于地势和环境比较特殊，山区公路常常会穿山越岭，公路要考虑跨越和排水等问题对线路造成的影响工程量比平原地区多，施工也要复杂很多，所以高填方涵洞在山区公路设计中被广泛应用。因为山区公路受力复杂、工程量大、所以对地基承载力要求高，必须采取降低涵顶填土高度、减少涵洞长度和涵底坡度、降低基底承载力以及简化结构计算等方式来达到减少工程造价、减小公路涵底损坏、增加涵洞安全性的目的。

一、高填方涵洞的特点

高填方涵洞比起低填方涵洞和其它填埋式涵管来有其独特性，主要表现为：

（一）高填方涵洞对地基沉降要求高

一般情况下，高填方涵洞要么是钢筋混凝土拱涵，或者就是盖板涵，地基的不均匀沉降会使得涵台发生开裂，或者导致拱圈开裂与塌陷，而涵洞坍塌后会破坏路面造成沉降。所以，高填方涵洞要求地基土必须有高承载力，并且均匀性好，所用区域的地基应该为基岩。

（二）施工量大，成本造价多

因为填土高度大，高填方涵洞洞身较长，工程造价高，若是结构设计不科学，结构尺寸偏大，就会导致高填方涵洞造价陡增，造成成本浪费，比如：阜朝高速一拱涵前墙顶宽达到4．8m，底宽达到6．67m，全涵工程造价达到270多万；否则，结构尺寸偏小，可能会让结构承载力因为无法满足荷载要求而导致涵洞的开裂坍塌，导致出现质量事故，到时工程维修加固就会使费用增加。

（三）填土承受的压力大

因为填土高度大，桥梁所承受的土压力会随着填土的增高而增加，结构尺寸也会因填土高度增加而增大。

（四）维修加固比较困难

高填方涵洞填土高度大，长度大，通风性不好，采光也不易，工作面不广，一旦受到破坏，要加固维修就会比较困难，导致造价费用增高。

二、高填方涵洞的设计方法及要点控制 （一）降低填土高度

高填方涵洞会受到来自四面八方的力，又因各构造尺寸对于技术指标要求的比较高，并且工程量大，设计时要考虑是否可以降低填土高度。山区冲沟一般顶宽较大而底宽较小，设置时不需拘泥于原位设涵，可以考虑适当移动涵洞设置，将涵洞设在沟坡上，如图1。

图 1

涵1设置在原沟位置，涵2设置在沟坡上，按两种方案分别设计，

主要参数见表l。

表1 涵1与涵2主要指标表 涵名 涵长 （m） 填土高 （m） 涵底坡 （%） 进出口 处理 构造 尺寸 造价

涵1 92.8 12.3 15.1 不需要 较大 较高 涵2 31.0 1.2 1.0 需要 较小 较低

涵2的涵长仅为涵l的1／3，大大降低了造价；填土高降低5倍以上，可减小各构造尺寸，降低基底承载力要求，避免复杂的地基处理；涵2进出口需要处理，进口应将原沟底填起至洞口设计标高，出口应砌槽将水引至原沟，因此需增加征地，但山区沟中多为杂木，填起后亦可恢复植被，对周围环境影响较小。因此涵2具有明显的优势。

此外，还可考虑将原沟填起至理想标高，然后在填土上设置涵洞，出口设置急流坡，也可减小涵长，降低填土高度，但填土需要特殊压实处理，避免地基不均匀沉降导致涵洞开裂。

（二）减小涵顶土压力

涵洞建成后，与周围路基均会有沉降。当周围土体相对于涵洞无位移时，涵顶上的土压力σ=γh；土体相对于涵洞下沉时，σ≥γh；涵洞相对于土体下沉时，σ＜γh。因此，设计中可利用此变化规律

减小涵顶土压力，如：适当降低涵底地基刚度，使涵洞相对于周围土体下沉；或利用两岸边坡，阻止土体下沉等。

利用涵洞基础两侧地基共同分担土压力，如图2。 图 2

涵洞上方一定高度和宽度范围内用比周围填土压实度低的土填筑，形成一个内松外实的软弱土区域。然后在此区域的上方设置钢筋，钢筋上铺设土工布等，钢筋两端锚固在周围高压实度的密实土体内。通过软弱土区域内较软弱土体与其周围密实土体的沉降差，使区域上方钢筋在涵顶填土压力作用下产生下挠，通过钢筋的锚固作用与被动受力，把涵顶垂直土压力荷载传递到涵台外侧的密实土体上，达到减小涵顶土压力的减载目的。此种减载结构由软土区域、钢筋和周围密实填土构成，利用钢筋在涵洞上方形成一个稳定的承力减载结构，可以避免软弱土区域内软质填料沉降对路面结构的影响，其钢筋、土工布等均为工业产品，质量稳定可靠，施工工艺简单、操作简便，且计算模型简单明确，方便计算。

（三）减少荷载力

土力学理论本身的许多假定和参数选择都带有半经验性质，随机性很大，不论计算公式有多么精确，都很难对实际工程中可能出现的问题全部考虑在内，也很难保证准确无误。所以，在工程设计中一定要根据涵洞受力和变形特点，结合具体工况确定合理的土压力计算公式，更要采取合理正确的工程措施，让结构物以最优的状态进行工作。根据模型试验、现场测试和理论分析可以发现，利用填土既是荷载又

是介质的特性，通过工程措施和方法，可以有效减小结构物上土的压力。最重要的是减少+σ，直至形成一σ，充分利用“土拱效应”，使管道外侧土柱与管道共同承担管顶土柱重量。总结起来主要有以下几种方法：

充分利用沟谷地形；

在涵洞顶一定厚度范围采用高压缩性填充材料或”中松侧实”填土法；

提高涵台背后填土压实度或采用低压缩性材料；

采取合理的地基处理方法，如加固管道两侧地基或采用相对松软的涵洞地基，使地基产生一σ差。值得注意的是，在涵洞地基设计时，沿涵洞轴向地基的均匀性对结构安全是十分重要的；

加固涵洞两侧地基或采用相对均匀松软的涵洞地基形成“中松侧实”地基使地基产生一σ差，从而达到涵洞卸荷目的；

局部改善填土。比如将涵顶纵向中间一段填土在一定高度内适当降低压实度标准，或局部换填高压缩性土和轻质填料，或在涵顶设置一定厚度的弹性材料使填土产生一σ差。换填厚度沿涵洞纵向之变化，应与填土高度变化相对应，这样既减小了土压力，又可使涵顶压力之纵向分布趋于均匀，以减小不均匀沉降。

（四）提高地基承栽力 1.强夯置换

强夯处理技术的发明，使其广泛应用于素填土、杂填土、低饱和度粘粉、湿陷性黄土、沙土，以及碎石等地基。对于置换材料有如下

要求：良好的碎石或者坚硬的石块；颗粒直径要合适，劣点之间的距离要保持在合适的范围，一般情况下，单击列击不能小于标准值，应在现场对劣点进行劣击次数进行现场确定，且在最后的两次劣击中要适当控制劣击沉量。实践告诉我们，为了使投入更少，缩短施工周期，同时又具有高质量，且具有良好的经济社会效益，就得采用这种特殊的高效粘土涵洞地基。

2.水泥旋喷桩

水泥旋喷桩在加固涵洞的地基的各种方法中，收效比较好的是水泥旋喷桩加固法。利用单层的高级注浆管喷射出搅拌好的水泥浆，并使水泥浆液射中土方，使得；中刷下来的泥土和水泥浆混合并搅拌均匀一起，最后形成了旋转的桩。在施工的时候，机器从下往上，利用高压力不断旋转着喷射出水泥浆，利用流体力学的知识，需要调整好各个方面的速度，以及压力值，这样才能使水泥浆和泥土很好的搅拌均匀，这样才能形成比较令人满意的桩。也可以提高喷射出来的压力，提高喷射速度等方法来提高喷射质量。

3.压力注浆

压力注浆法加固地基是通过一定的压力将可固化的化学浆液或水泥浆液注入地基上的裂隙或孔隙，以改善地基的物理力学性能。压力注浆一般是对地基垂直钻孔，在孔内注入浆液。在注浆孔附近一定影响半径范围内，固化的浆液和土颗粒凝聚成圆柱状的固结体，该固结圆柱体的抗压强度和抗压缩变形能力高于未注浆的土体，密布排列的固结圆柱体形成了群桩效果，提高了地基的物理力学性质。浆液的

扩散半径受加固范围地层的孔隙率、土层的渗透系数、灌浆压力、浆液的粘度比等因素有关，应选择合理的注浆孔距保证工程质量。注浆采用跳孔注浆的方法，先灌外围注浆孔，然后灌注内部注浆孔。注浆速率与被注土体的性质有关，一般起始注浆速率为60L／min，最终注桨速率为35L／min。

总之，山区公路高填方涵洞因为数量和工程量较多，在实际施工的过程中会比较困难，所以，在设计时首先要考虑是否能将高填土涵洞改为低填土涵洞，改成常规涵洞设计，既能简化设计、方便施工，也可以大大降低工程造价。高填土涵洞荷载很大，对基础要求较高，因此应设法减小涵顶荷载，并加强地基处理，保证涵洞的稳定性，使构造物耐久、安全。

参考文献：

[1]顾克明．公路桥涵设计手册(涵洞)[M]．人民交通出版社．1993．

[2]杨锡武．山区公路高填方涵洞土压力计算方法与结构设计[M]．人民交通出版社.2006．

[3]王秉勇．涵洞顶填土压力的讨论及计算[M]．铁道工程学院.2002.

[4]杨锡武．山区公路高填方涵洞土压力计算方法与结构设计[M]．人民交通出版社.2006．