高填方涵洞地基处理范围的分析与计算
高填方涵洞关键问题探讨
高填方涵洞关键问题探讨摘要：在山区公路设计过程中，受平纵指标及填挖平衡的限制，高填方工程是无法避免的，为了满足路基横向排水或被交道路交通要求，需要设置涵洞。
高填方涵洞由于上覆土层厚度大，垂直土压力大，巨大的压力容易使混凝土开裂破坏。
上覆土层厚度大，对地基承载力的要求也高，而且容易发生不均匀沉降，导致涵内积水甚至裂缝，严重影响了涵洞的正常使用。
由此可见，在设计高填方涵洞时，如何确定高填方土压力分布状态，有效地减小涵洞上的垂直土压力，提高地基承载力及涵洞基础设计是首要解决的问题。
关键词：高填方涵洞减载承载力基础设计1、高填方涵洞的定义及特点我国的公路桥涵设计规范，对于高填方涵洞并没有明确定义。
而根据我国路基设计规范，把填方高度超过20m的填方路基定为高路堤，故在高路基底部修建的涵洞也就是高填方涵洞。
高填方涵洞具有土压力较大，对地基沉降要求高，工程造价高以及出现问题后，加固维修难度大的特点。
2、合理确定高填方土压力分布状态目前在涵洞设计中存在两个误区。
一方面，如果在涵洞设计过程中过于保守，采用过大的安全系数，那么为了使地基承载力满足设计要求，往往需要投入大量的人力和物力进行涵洞地基的处理，同时造成涵洞顶部填土压力更加集中，这种做法是不经济的，也是不合理的。
另一方面，如果对涵顶“土拱效应”认识不足，没有考虑到高填方涵洞拱顶的土压力集中现象，得出较小的土压力，从而导致结构物因强度不够而开裂，或因地基承载力不能满足实际受荷要求，而导致基底沉降和不均匀沉降过大，造成涵洞结构物顶部拉裂或路面开裂，有些涵洞还可能出现中部沉降值较大，造成涵洞内积水甚至基础开裂的情况，严重影响涵洞的正常使用。
因此，合理确定高填方土压力分布状态成为高填方涵洞设计和施工中的首要问题。
在实际工程设计中，需根据地基条件不同，选择不同的竖向土压力计算方法。
当涵洞周围为非软土的稳定地基时，涵顶填土与涵台外填土的沉降差很小。
由沉降差引起的附加剪应力很小，可以忽略，此时若填土高度较低，可采用土柱法计算。
浅谈高填涵洞的基础设计与地基处理
高 填涵 洞采 用 分离式 基础 （ 图 １ ａ ， 底附 加 压 力 如 － ）基
般超 过３０Ｐ ， ５ｋ ａ并且 受基 础 两侧填 土 重 力影 响 ， 用 多 采
阶 基础 无法 解 决地基 承载 力 不足 的问题 。 因此 ， 传 统 的 在 分 离 式基 础 上 出现 了钢 筋 砼整 体 式 基础 （ 图卜 ｂ ， 如 ） 基 础 设计 成整 体 后 ， 由于 土压 力不 产生 对基 底 的弯 矩 ， 支 且
力 ，地基 处 理 也 只 对涵 洞 基 础 范 围 内的 地基 进行 处 理 。 而对 外土柱 地 基基 本 上不 作处 理 ，形成 “ 强涵 基 ，两侧
涵 洞作 为 上埋 式构 件 ，基 础 受地 基 系数 Ｋ的 影响 是
非常 大 的 ，因 此 ，建 议 采 用采 用弹 性地 基 梁 法计 算 。弹 性地 基 梁 的数 值分 析方 法 有很 多 ．本 文仅 介绍 最 常 用 的
倒 梁 法 精 确 较 多 ，配 筋 量 比 倒 梁 法 约 节 省 １％～ ５ ０ ３ ％不
等 。倒梁 法 计算 简单 且 要求 提供 的 地基 基 础数 据 少 。但 计算 成 果与 实 际偏 差大 。因此 ，建议 高 等级 公 路整 体 式 基础 计 算采 用弹 性 地基 梁 法 。
注 ：本 表 摘 自福 建 交通 规 划 设 计 院盖 板 通 用 图。
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２２ 钢筋 砼 整体 式基 础 的计 算方 法 ． ２２１ 常规 方 法 ．．
洞 的难 点和 重 点 。
高填方涵洞设计问题研究
的 研 究 也 越 来越 多地 引起 重视 。 关 键 词 ： 填 方 涵 洞 ； 筑 ； 。 ３ 提高地基 承载力 ３ ３． ３１强夯置换 根据高填方涵洞所处的地形地质条件 、 受力特 涵Ｉ 设置在原沟位置， ２ 涵 设置在沟坡上披 两 点和排水要求， 山区公路高填方涵洞多采用盖板涵 种方案分别设让 主要参数见表 １ 强夯处理技术广泛应用于碎石 、 砂土、 低饱和 表 １涵 １ 与涵２ 主要指标表 度的粉土与粘 陛土、 湿陷性黄土 、 杂填土、 素填土等 地基。置换材料采用级配 岚好的碎石、 块石等坚硬 相 比高填土条件下的涵洞具有填土高度大、 土压力 大但不随填土高度线性增加的特点根 明显， 的 现有 粗颗粒材料，粒径大于 ３０ ｍ的颗粒含量不大干 ０ｒ ａ ２Ｂ ２．３ ｌ ｓｌ 不 靠蜚 较 大 轻 菇 涵洞设计标准图已不能满足这种高填土条件下 的 涵 Ｉ ９， ｌ 全重的 ３％。夯点间距 ３ ０ 驰并保证外缘的夯点距基 Ｌ０ Ｌ０ 蔼 錾 较 小 较 ｌ 匠 涵洞设计需要， 而要使其结构设计安全可靠 、 经济合 涵 ２ ３ Ｉ２ 础边缘不小于 ３ ５ 根据实际地质计算墩长及墩 ． ｍ， 理， 首先必须正确评价和计算高填土条件下的涵顶 涵 ２的涵长仅为涵 １的 Ｉ ， ／ 大大降低了造价； 体直径’ 证墩底穿透软弱土层。 ３ 并保 一般单击夯击能 拱 效 应及 拱效 应 对土 压 力 的影 响， 高或 过 低地 估 填土高降低 ５倍以上， 过 可减小各构造尺寸， 降低基底 不 小 于 ３ ０ ｋ ｌ’ 点 的夯击 次数 应 通过 现 场试 ０ ０ Ｎ・ｌ夯 Ｉ ０ ｍ 实践 计拱效应对土压力的影响将会使涵洞的结构设计 承载力要求避 免复杂的地基处理． ２ 涵 进出口需要 夯确定最后两击的平均夯沉量不大于 ５ ｍ 。 不安全或不经济。 处理进 口 应将原沟底填起至洞 口 设计标高， 出口应 证明采 用强夯挤密碎石桩工艺处理湿陷性黄粘土 ２高填方涵洞的特点 砌槽将水引至原沟． 因此需增加征地但 山区沟中多 涵洞地基， 投入少， 周期短’ 了施工质量， 明 保证 具有 与低填方涵洞和其它填埋式涵管相比＇ 路高 为杂木， ／ 公 填起后亦可恢复植被， 对周围环境影响较 显的经济效益和社会效益。 ３． ３２水泥旋喷桩 填方涵洞具有 以下特点： 小。因此涵 ２ 具有明显的优势。 求高。 高填方涵洞一 Ｊ 外＇ 可考虑将原沟填起至理想标高然后 在 比 ｊ 丕 水泥旋喷桩加固涵洞地基的效果 比较明显， 常 板涵， 基础的不均匀沉降 填土 Ｅ 设置涵洞， 出口设置急流坡， 也可减小涵长， 降 用水泥旋喷桩是用单层注浆管喷射水泥浆液用 此 会导致涵台的开裂或拱圈的开裂与塌陷， 同时涵洞 低填土高度胆 填土需要特殊压实处理翊晚 地基不 浆液 的喷射流冲击土体， 使被冲下来的部分土颗粒 的坍塌会 引 起路面的 沉降破坏。 因此扁 填方涵洞对 与水泥浆搅拌、 、 混合 凝固形 成旋喷桩。 施工时用旋 ３ 减 小涵 顶土 压力 ２ 地基土容许承载力及均匀性要求较高 般要求地 喷钻机 自 下而上高压旋转喷射水泥浆， 喷头提升速 基为基岩。 涵洞建成后， 与周围路基均会有沉降。当周围 度为 ０ ｍ ｔｉ 喷头转速一般为 ２ ｒ ｉ ． ｍｒ ２ ￣ ０／ ｎ为宜’ ｍ 喷浆 工程量大造 价高。由于填土高度大， 高填方涵 土体相对于涵洞无位移盹 涵顶上的土压力 盯 Ｉ 压力—般不小于 ２ Ｐ。为确保水泥浆在地基 中 Ｉ ； ０Ｍ ａ 洞洞身较长造 价较高， 如果结构设计不合理结构尺 土体相对于涵洞下沉时 ｙ｝涵洞相对于土体下沉 充分均匀和饱满 、 Ｙ； ｌ 保证旋喷效果和旋喷桩质量以及 寸偏大 ０ 使高填方涵洞的造价剧增造 成浪费例 如 Ｉａ＜ ｈ ￣ ＇ 。因此 十中可利用此变化规律减小涵顶 桩径满足设计要求可 以采用提高喷射压力、 ｌ ＇ ｙ 泵送或 阜朝 高速一拱 涵前墙顶 宽达到 ４ ｍ 底宽达 到 土压力’ 适 当降低涵底地基刚度＇ ．， ８ 女 口 使涵洞相对于周 降低回 转与提升速度等措施＇ 也可采用复喷工艺。 这 ６７， ． ｍ全涵工程造价达到 ２ ０ ６ ７ 多万； 结构尺寸 围土体下沉戚 利用两岸边城 阻止土体下沉等。 反之＇ 种方法 日 本称为 Ｃ Ｐ Ｃ 工法， 已经在我 国山区涵洞地 偏，． Ｊ可能会使结构承载力不能满足荷载要求而导 、 如 图 基处理中得以应用 。 致涵洞的开裂坍塌， 酿成质量事故， 并增加加固维修 ２。 ３ ３ 压 力 注浆 ． ３ 工程费用。 涵洞上方一定高度和宽度范围内用 比周 围填 压力注浆法加固地基是通过一定的压力将可 承受的土压力大。由于填土高度大艘 其承受 土压实度低的土填筑形 成—个 内松外实的软弱土 固化的化学浆液或水泥浆液 注入地基上的裂隙或 的土压力随填土高度的增加而增加结 构尺寸也随 区 然后在此区域的上方设置钢筋， 域。 钢筋上铺没土 孔院 以改善地基的物理力学性能。 压力注浆一般是 填土高度而增大。 工布等， 钢筋两端锚固在周围高压实度的密实土体 对地基垂直钻孔， 在孔内注入浆液。 在注浆孔附近一 加固维修难度大。高填方涵洞填土高度大， 长 内。 通过软弱土区域 内 较软弱土体与其周围密实土 定影响半径范围内， 固化的浆液和土颗粒凝聚成圆 度大， ｉ 苴风采光条件差， 工作面狭窄， 一旦产生破坏， 体的沉降差艘 区域上方钢筋在涵顶填土压力作用 柱状的固结体， 该固结圆柱体的抗压强度和抗压缩 加固维修较为困难 费用也较高。 下产生下挠通 过钢筋的锚固作用与被动受力把 涵 变形能力高于未注浆 的土体， 密布排列的固结圆柱 ３ 设计 思路及设 计方法 顶垂直土压力荷载传递到涵台外侧的密实土体上， 体形成了群桩效果提 高了地基的物理力学性质。 浆
浅谈高填方涵洞施工技术
浅谈高填方涵洞施工技术摘要：本文主要对冲沟地形条件下高填方涵洞土压力计算，地基承载力验算与地基处理，减荷措施等进行了探讨。
关键词：涵洞；减荷；地基处理高填方涵洞是山区公路建设中经常遇到的工程,特别是在高等级公路建设中,由于线型要求高,深挖高填更是不可避免。
以贵州惠罗公路为例,路线全60km,全线共设126道涵洞,填土高度超过20.0m的占到1/3以上,最大填土高度达到45.6m。
从大量的工程实践看,超过20.0m的高填方路基,一般均是跨越冲沟而设。
本文针对冲沟地形条件下涵洞土压力计算,地基承载力验算,减荷措施等进行讨论。
1、涵洞垂直土压力计算高填方涵洞结构设计的控制荷载即垂直土压力。
垂直土压力计算,国内外采用的公式较多,计算结果偏差较大,而且计算过程较为复杂。
利用有限元分析时,参数选取的合理与准确程度,将对计算结果产生较大影响。
公路桥涵设计规范规定涵洞上垂直土压力按面内土柱重量计算,即σ=γH。
但此公式显然不能正确反映具体工况下涵洞的真实土压力。
因此,人们希望有一个简便的计算方法,同时能够考虑不同工况下涵洞土压力的影响因素。
影响涵洞土压力的因素很多,但各种因素的变化最终都将引起管顶平面内土柱与平面外土柱间的沉降差δ。
各种土压力计算公式的推导,实质上归结为对土柱沉降的分析与研究。
若以土压力集中系数表示,不同的计算公式最终可简化为: σ=KZγH,式中:δ——土体应力;KZ——土应力集中系数;γ——填土容重;H——填土高度。
当管顶面内土柱沉降大于面外土柱沉降(δ<0)时,将产生土拱作用,涵洞实际承受的垂直土压力将小于土柱重量,此时KZ<1;反之(δ>0),则产生应力集中,KZ>1;当面内外土柱沉降相等(δ=0)时,则KZ=1。
为此,在涵洞设计时,首先应根据场地地形条件,地基的地质条件,地基处理方法,结构物本身特性及填土土质和施工工艺等综合因素,定性确定涵洞平面内与平面外土柱间的沉降差δ的正负,从而判断土压力集中系数KZ>1,KZ<1或KZ=1。
浅谈高填方涵洞处理方法
Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．４，２０２０浅谈高填方涵洞处理方法张志武，齐 帅（郑州市交通规划勘察设计研究院，河南郑州４５００００）摘 要：随着时代的快速发展，我国高速公路建筑的发展日益渐增。
同时我国各个地方的地理位置各不相同，而山区高速公路中高填方涵洞存在着部分漏洞。
对高填方涵洞的处理方案进行探讨，找出最为有效的处理方案，彻底解决高速公路中高填方涵洞所出现的问题，从而保证高速公路的使用。
关键词：高填方涵洞；减载方法；地基处理ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２０．０４．０５０ 引言我国各个地区的地理位置存在着较大差异，高山、丘陵等占据着我国大部分位置。
为保证高速公路的使用及寿命，应改变传统的施工方案，降低施工成本，提高施工效率及施工质量。
为满足排水要求，必须在这些地方修筑高填方涵洞，这是山区公路高填方涵洞较多的一个重要原因，因此高填方涵洞在高速公路的发展及质量中扮演着重要角色，相关施工人员要在施工之前全面了解施工场地的地质情况，并按照相关标准及规章制度进行高填方涵洞修建工作。
在进行高速公路高填方涵洞施工时，相关施工人员应保证规范操作，因山体地质的复杂，如果基础工作存在问题，高填方涵洞的整体就会受到严重的影响。
高填方涵洞存在的问题１）施工完成高填方涵洞的承受能力达不到严格的标准、高填方涵洞与预计尺寸存在着较大差异、施工场地因素等问题会直接影响高填方涵洞的整体质量，针对于此类现象的发生，通常相关施工人员在施工中会选择“土柱法”。
虽然使用“土柱法”能够有效地解决高填方涵洞地基承受不足的现象，但是会非常浪费施工资金及施工材料。
因此，为降低施工成本，提高质量及经济收益，会运用分离式地基。
分离式地基的优点主要能够及时地解决高填方涵洞建造工作当中压力不均匀的现象，但分离式地基的缺点是长时间使用会导致自身整体结构发生变化，高填方涵洞的整体质量受到严重的影响。
由此可见，高填方涵洞建设过程当中使用分离式地基的方法不建议采用。
高填方涵洞设计关键技术分析
高填方涵洞设计关键技术分析摘要：在当前的公路工程建设过程中，涵洞工程较为常见。
而高填方涵洞不同于一般的结构物，由于涵土间共同作用，其受力机理较为复杂，从该类型涵洞特点出发，探讨了高填方涵洞设计及施工几个关键性技术问题，重点分析了高填方涵洞设计要点与关键施工技术，最后提出了新材料在高填方涵洞设计中的具体应用。
关键词：高填方涵洞；设计要点；关键技术\前言高填方涵洞尤其是位于软土地区的涵洞是涵洞设计难点，由于涵洞结构与填土之间复杂共同作用，涵洞土压力与涵洞结构构型以及地基方案相互影响，同时也影响涵洞结构本身的受力。
如不能重视土压力计算或采用合理的地基方案，往往造成涵洞截面及配筋过大，施工困难，或引发各种涵洞病害。
因此，如何合理设计进行涵洞设计，成为公路工程设计人员需重点关注的课题。
1 高填方涵洞特征概述高填方涵洞填土较高，洞顶承受较大的压力荷载，国内外对高填涵洞的研究已有较为丰富的成果。
高填方刚性涵洞在高速公路建设中的应用非常广泛，尤其是在西北，西南地区，高填方刚性涵洞尤为普遍。
主要有以下特点：地形条件变化大，涵洞顶填土高度大；结构承受荷载大，受力复杂，在我国西部地区的高填方涵洞的填土高度一般会达到20m ～30m，同时涵洞本身结构形式不同，使得涵洞结构受力更为复杂。
对地基承载力和沉降控制要求高，由于涵洞结构与土体之间的刚度差异，尤其是上埋式涵洞，涵洞顶会产生较大的土压力集中。
高填方涵洞常见病害主要表现在：地基承载力不够；地基处理不当；地基沉降和不均匀沉降；洞顶土压力计算偏小；其他施工质量缺陷。
2 高填方涵洞的具体设计2.1 采取科学的计算分析方法目前，涵洞竖向土压力的计算有三种计算方法：1）“等沉面”理论；2）“卸载拱”理论；3）“土柱”法。
其中“等沉面”理论应用比较广泛，计算结果得到的土压力最大，比较适用于新填土上埋式涵洞。
“卸载拱”理论，只适用于沟埋式涵洞或者顶管法施工的涵洞，所计算的竖向土压最小。
高填土和软土地基中的涵洞设计问题的处理
高填土和软土地基中的涵洞设计问题的处理摘要：涵洞是道路工程中的重要组成部分，合理的设计对于提高工程质量而言有重要的意义。
在现阶段的道路建设中，易遇到高填土和软土地基，地质条件特殊，对涵洞设计水平提出较高的要求。
鉴于此，考虑高填土和软土地基的特殊性，重点分析在此类地质条件下的涵洞设计问题，探寻相应的解决对策，包含涵洞形式的选择、现场地基的加固处理等，以提高涵洞设计水平，促进工程建设工作的有效开展。
关键词：高填土；软土地基；涵洞设计1涵洞设计中的问题分析1.1涵洞位置的选择在目前的设计方案中，一般都是在峡谷中部地区进行山间涵洞的选址，而这一地区又是软弱地区，给工程施工造成了较大的困难，并对以后的工程应用造成了很大的安全隐患。
由于山谷中部为黄土所覆盖，因此，尽管在表层有2～3米厚的泥岩层，但在下部则以淤泥、砾石为主。
在具体的设计与勘察阶段，由于钻孔数量较少，导致勘察工作量大大增加，并对该区的地质调查状况有较大的认识。
有时候，在建筑工程的初期，可以将其与设计相结合。
但由于大量的土石方工程将会推迟建设调整的时间，同时也会带来一定的经济损失。
1.2采用材料更新过慢在我国公路涵洞设计中，由于缺乏对传统设计方法的及时更新，有些设计已跟不上时代发展的要求，也不能满足高速发展的交通需求。
特别是在选材和形式上，有一种保守的倾向。
在公路涵洞的设计中，大部分采用的是水泥稳定沙基础，由于其基坑开挖比较深，往往对安全防护要做很多的工作。
在砌体和砌体基础的施工中，也存在着一定的缺陷，其耗资大，且人工成本高，对环境的损害也很大。
由于天然条件的限制，工程难以做到尽善尽美。
在施工中，会出现多种病害，危及工程的正常运行及涵洞的安全。
1.3涵洞设计定型图集多，标准不统一道路交通与工程建设设计机构的每个部门都有一套刻板印象（包括涵洞），公路运输和建筑设计单位的各个部门（包括管道）都有一套固定的模式，他们有自己的选择偏好。
不同路段采用不同的配置方法，相同部位的构件会产生不同的差异，从而造成工程人员后续工作的困难。
高填方路基地基处理方法
总476期2018年第26期（9月中）收稿日期：2018-05-16作者简介：任军（1980—），男，工程师，从事项目管理工作。
高填方路基地基处理方法任军（中建三局第一建设工程有限责任公司基础设施分公司，湖北武汉430000）摘要：针对当前常用沉降计算法在填方路基宽度相对较大、填方相对较高，且软土厚度相对较大的条件下，计算结果与实际层面数值存在较大差异，使得地基处理出现不科学的问题，以某高速路软土区域的地质勘测、规划、作业、检测以及其沉降观测作为项目实例，针对软土地基上高填方路基的沉降运算及其地基处置手段展开研究与分析，以提升地基的载荷性能，降低地基工后的下沉总量，提升土坡的抗滑性能。
关键词：路基沉降；复合地基检测；沉降观测中图分类号：U416.1文献标识码：B1高填方路基地基处理方法1.1灰土挤密桩土中成孔时，桩孔内部已有土体被迫从侧面挤压出去，使桩周在对应区间范围内的土层受到压应力、扰动以及重塑，在桩周构成硬壳，桩管拔出土体后，桩前土区域回弹松弛。
在桩孔下料密实作业完成后，对桩壁再次形成水平压迫，使回弹土层再一次受到挤压缩回至壳层内，外加灰土及其挤密土的接触区域凹凸不平，硬化后的灰土有着对应的抗剪强度，此时桩侧的束缚效益有助于防止土体出现侧面位移。
1.2CFG 桩法CFG 桩使用振动沉管的形式作业，使用振动或挤压效益让桩前土质变得密实，CFG 桩是有着一定私结强度的混合材质，不但可以体现桩的侧阻效益，还能较强地体现其端阻效益，让复合地基载荷力大幅度提升并具有较强的可调性。
由级配砂岩、粗砂及碎岩等构成的基础层是CFG 桩复合地基载荷力不可或缺的构成成分，它可以保证桩与土一同承受载荷的作用，降低基础底面层的应力，能调节桩土荷载的分担比例，降低基础面层的集中应力作用[1]。
1.3碎石桩碎石桩是振动或冲击载荷在软地基中成孔后，再将碎石挤压到土层中，构成大直径的密实碎石桩稳固地基的形式。
稳固原理主要是基于碎石桩的换置以及地基土层的排水固结效用。
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通过数值模拟，对处理宽度为（１～５）Ｄ时不同 处理深度的涵顶土压力及涵体沉降进行研究，数值 模拟结果如图６和图７所示。
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图６处理深度与涵顶压力关系曲线
ｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，１３１（１）：２０一２７．
［６３顾安全，郭婷婷，王兴平．高填土涵洞（管）采用ＥＰＳ 板减荷的试验研究［Ｊ］．岩土工程学报，２００５，２７（５）：
５００—５０４．
Ｆ７ｌ杨锡武，张永兴．山区公路高填方涵洞加筋桥减载方 法及其设计理论研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，
从图５可以看出，处理宽度为１Ｄ，即仅处理基 础正下方范围的地基时，由于基础两侧地基沉降大 于加固区沉降，涵洞台背两侧填土相对涵体有一个
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地基处理宽度
图Ｓ涵顶压力随地基处理宽度的变化
向下的位移，对涵体产生向下的拖拽力，使涵顶压力 增大，此时涵顶压力比地基不处理时增大约１１％。 当地基处理宽度大于２Ｄ以后，随着地基处理宽度 的增大，涵顶垂直土压力急剧减小。
从尽量控制差异沉降的观点出发，应尽量使差 异沉降值△Ｓ＝０，则由式（６）可得：
百Ｅｌ５６５—Ｅ５２如４５｜匕。３ 瓦２Ｅ０３一等一Ｅ３箬＝ｏ。
（”７）７
现场取土测试结果表明，下卧层土质为老黏土
及中风化岩石，加权平均模量约为Ｅ。＝２０ ＭＰａ，代
入式（７）可得：
Ｅ２—５４５／（５＋５６５／Ｅ１）
（８）
本文通过理论及数值模拟，对高填方涵洞地基 处理的宽度及深度进行分析与探讨。
１理论分析 涵顶土压力集中程度直接取决于涵顶平面差异
沉降［２］，如果对软弱地基进行地基处理时，仅处理涵 底范围，涵体沉降将小于台背两侧填土的沉降，从而引 起涵顶土压力集中。从减小涵顶平面差异沉降的观点 出发，依据涵洞构造物软基路段的典型特征，建立相应 的力学模型，模型参数采用十漫高速公路不良地基路 段的原位测试结果，对涵洞沉降进行近似计算分析。
下卧层
图２等效买体模型示意
加固区下卧层的压缩量为：
ｓｊ＝户。。／Ｅ。＝［夕。一２ｈ２／（Ｂ。ｆ１）Ｉ／Ｅ。
（４）
Ｓ：＝户艟／Ｅ。＝［夕。一２ｈ２／（Ｂ。ｆ２）－］／Ｅ。
（５）
（４）加固区与过渡区沉降差。
加固区总变形量为ｓ，＋ｓｊ，过渡区总变形量为
Ｓｚ＋Ｓ；，因此，加固区与过渡区沉降差为：
ＡＳ＝（ｓ，＋ｓ：）一（ｓ。＋ｓ１）＝（ｓ，－－Ｓ：）＋（ｓｌ一是） （６）
１．４计算结果分析
现场构造物为一拱涵，外轮廓尺寸为８．０ ｍ×
８．０ ｍ。基础厚度为２ ｍ，加固区深为５ ＩＴＩ，下卧层
厚度为５ ｍ。
２数值模拟分析 地基处理时应适当加宽处理范围。为了确定涵
洞地基处理的合理范围，对天然地基为软弱土时进 行地基处理数值模拟，以比较不同处理宽度和深度 的处理效果。计算模型如图３所示。
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地基处理宽度
图４地基处理宽度与涵体位移关系曲线
从图４可以看出，地基处理宽度为（２～３）Ｄ时涵 体位移得到较好的控制；当处理宽度大于３Ｄ以后， 涵体位移趋于平稳，再增大地基处理的宽度对减小 涵洞沉降作用不再明显。因此，为控制涵洞沉降而 进行地基处理时，处理的总宽度宜控制为（２～３）Ｄ。
公路２０１０年１０月 第１０期 文章编号：０４５１—０７１２（２０１０）１０—００８７－－０４
中图分类号；Ｕ４４９．３１
ＨＩＧＨＷＡＹ Ｏｃｔ．２０１０ Ｎｏ．１０ 文献标识码：Ａ
高填方涵洞地基处理范围的分析与计算
王秀平
（山西省长平高速公路建设管理处 长治市０４６０００）
摘要：高填方涵洞不同于一般的结构物，对涵洞地基处理不当可能导致涵洞出现各种各样的病害。对涵洞地 基处理时加固区与过渡区的刚度关系进行了理论计算。通过数值模拟，对涵洞地基处理进行了研究，分析了地基处 理的宽度、深度对涵洞受力状态和沉降的影响。研究结果表明，涵顶土压力随地基处理宽度的增大而减小，并逐渐趋 于稳定，随地基处理深度的增加呈非线性增大。实际工程中，涵洞地基处理宽度宜取２～３倍的涵洞基础宽度，地基 处理的深度应以沉降作为控制指标，不应额外增加地基处理深度。
表２数值模拟参数取值
参数
回弹模量Ｅ 泊松比
ＭＰａ
卢
内聚力ｃ 内摩擦角∞ 容重ｙ
ｋＰａ
（。）
ｋＮ·ｍ一３
涵洞
３０ ０００
Ｏ．ＺＯ
路堤填土
２８
０．２８
６
亚黏土
８
０．３５
１８
老黏土
２０
Ｏ．３０
２４
强风化泥岩
４２
０．２５
２６
２５．０
３０
１９．８
１５
１７．８
１８
１８．２
１９
２０．２
数值模拟结果如图４和图５所示，横坐标中Ｄ 为涵洞的基础宽度。
ｌＤ ２Ｄ ２．５Ｄ ３Ｄ ５Ｄ
０ｌ ２ ３ ４５ ６ ７ ８ 处理深度，ｍ
图７处理深度与涵体位移关系曲线
从图６可以看出，随着地基处理深度的增大，涵 顶土压力增大，尤其是仅处理基底范围的地基时，涵 顶土压力增长幅度最大。当地基处理深度较浅（小 于３ ｍ）时，加宽地基处理范围对改善涵顶受力状态 的作用比较有限。而从图７可以看出，仅处理涵洞
关键词：高填方涵洞；地基处理；理论分析；数值模拟
高填方涵洞填土较高，涵顶往往承受较大的压 力，国内外对高填方涵洞的研究已有较为丰富的成 果。在理论方面，主要为基于不同假定的高填方涵 洞涵顶土压力理论计算方法的研究【ｌｑ］。在试验方 面，主要为现场足尺试验［４３与模型试验［５］研究。此 外，在高填方涵洞涵顶减载方面也有一系列的研究 成果［６－７］。这些成果均从涵洞受力状态出发，仅仅 考虑了涵顶上方填料对涵顶压力的影响。相对而 言，对高填方涵洞涵顶压力的其他影响因素研究较 少。文献［８—１０］分别通过足尺试验、理论分析及数 值模拟，对影响涵洞受力与沉降的地基等因素进行 了分析。然而，这些分析没有对涵洞地基处理的范 围给出合理的建议。正是由于此方面研究的匮乏， 设计人员未能充分认识高填方路段涵洞地基的特 点，往往对涵洞地基处理提出不恰当的方案。
（１）路基填土荷载为ｙ。ｈｔ。 （２）涵洞基底压力Ｐ，为相邻Ｂ。／２远处压力的 够倍，计算时也可以采用基底平面实测压力值。涵洞
翼墙外Ｂ２／２处土柱自重为Ｐ：一ｙｌｈｌ，Ｐ。＝９×竹ｈ１。 １．３下卧层、加固区、过渡区压缩量计算
加固区、过渡区和下卧层沉降采用复合模量法
进行计算。
（１）加固区的压缩变形量近似计算：
由式（８）可得加固区与过渡区压缩模量之间的
对应关系，见表１。
表１加固区与过渡区压缩模量的对应关系
Ｅｌ／ＭＰａ Ｅ２／ＭＰａ
３０ ２２．８６
４０ ２８．４９
５０ ３３．４３
６０ ３７．８０
１００ ５１．１７
表１中数据表明，加固区压缩模量增大，过渡区 压缩模量也相应地增大。地基处理设计时不应过分 保守，若对加固区提出过高的要求，则过渡区也要做 相应的处理并提高较高的刚度，否则将增大涵顶平 面差异沉降，从而引起涵顶土压力集中，对结构物产 生不利影响。因此，涵洞地基处理只需要满足承载 力与沉降要求，而不应对加固区提出更高的承载力 要求。加固区应尽量采用柔性地基处理方式，同时 加宽地基处理的范围。这样一方面可以简化处理措 施，另一方面也有利于改善构造物受力。
［３］郑俊杰，赵建斌，陈保国．高路堤下涵洞垂直土压力研 究［Ｊ］．岩土工程学报，２００９，３１（７）：１００９—１０１３．
［４］ 郑俊杰，陈保国，张世飙．沟埋式涵洞非线性土压力试 验研究与数值模拟［Ｊ］．岩土工程学报，２００８，３０（１２）：
１７７１—１７７７．
［５］Ｋｉｍ Ｋ，Ｙｏｏ Ｃ Ｈ．Ｄｅｓｉｇｎ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｎ ｄｅｅｐｌｙ ｂｕｒｉｅｄ ｂｏｘ ｃｕｌｖｅｒｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎ—
参考文献： ［１３ Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｒ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌｏａｄｓ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｏｘ ｃｕｌ—
ｖｅｒｔｓ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，１０（６）：６４３～６４９．
［２３ 顾安全．上埋式管道及洞室垂直土压力的研究［Ｊ］．岩 土工程学报，１９８１，３（１）：３—１５．
（２）高填方涵洞地基处理时应适当增加地基处 理宽度，不能仅仅处理涵洞正下方的土体；当涵洞地 基处理宽度超过３Ｄ时，继续增大地基处理宽度对 涵洞的受力影响不大，实际工程中建议涵洞地基处 理宽度取（２～３）Ｄ。
（３）涵顶土压力随地基处理深度的增加而增大。 建议设计时，地基处理的深度应以允许沉降为控制 指标，不应额外增加地基处理深度。
Ｓｌ＝（户１＋讫九２／２）／Ｅ１
（１）
（２）过渡区的压缩变形量近似计算：
Ｓ２＝（户２＋），２ｈ２／２）／Ｅ２
（２）
（３）下卧层压缩量的计算。
如图２所示，采用等效实体模型，对于平面应变
情况，下卧层顶部平面荷载为：
Ｐａ—ｐ一２ｈ／（Ｂｆ）
（３）
卜—ｉ－一
加固区
ｐｂ
现场测试结果表明涵洞基础边缘Ｂ：／２外基底 压力值约为Ｐｚ—ｙ。ｈ。＝２０×２５＝５００ ｋＰａ；涵洞基底 压力约为户ｌ＝９ｙｌｈｌ＝１．０４×２０×２５＝５２０ ｋＰａ，是 距离基础边缘Ｂ２／２处９的（１．Ｏ～１．０４）倍。