摘 要：在山區(qū)公路工程建設(shè)中經(jīng)常用到填方涵洞設(shè)計(jì)，而由于山區(qū)高等級(jí)公路對(duì)線型要求高，所以會(huì)用到高填方涵洞的設(shè)計(jì)。本文主要分析了高填方涵洞的特點(diǎn)，并探討了高填方涵洞的設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)控制。

關(guān)鍵詞：山區(qū)公路高填方涵洞 設(shè)計(jì)

我國(guó)山區(qū)由于地勢(shì)和環(huán)境比較特殊，山區(qū)公路常常會(huì)穿山越嶺，公路要考慮跨越和排水等問題對(duì)線路造成的影響工程量比平原地區(qū)多，施工也要復(fù)雜很多，所以高填方涵洞在山區(qū)公路設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。因?yàn)樯絽^(qū)公路受力復(fù)雜、工程量大、所以對(duì)地基承載力要求高，必須采取降低涵頂填土高度、減少涵洞長(zhǎng)度和涵底坡度、降低基底承載力以及簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)計(jì)算等方式來達(dá)到減少工程造價(jià)、減小公路涵底損壞、增加涵洞安全性的目的。

一、高填方涵洞的特點(diǎn)

高填方涵洞比起低填方涵洞和其它填埋式涵管來有其獨(dú)特性，主要表現(xiàn)為：

（一）高填方涵洞對(duì)地基沉降要求高

一般情況下，高填方涵洞要么是鋼筋混凝土拱涵，或者就是蓋板涵，地基的不均勻沉降會(huì)使得涵臺(tái)發(fā)生開裂，或者導(dǎo)致拱圈開裂與塌陷，而涵洞坍塌后會(huì)破壞路面造成沉降。所以，高填方涵洞要求地基土必須有高承載力，并且均勻性好，所用區(qū)域的地基應(yīng)該為基巖。

（二）施工量大，成本造價(jià)多

因?yàn)樘钔粮叨却?，高填方涵洞洞身較長(zhǎng)，工程造價(jià)高，若是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不科學(xué)，結(jié)構(gòu)尺寸偏大，就會(huì)導(dǎo)致高填方涵洞造價(jià)陡增，造成成本浪費(fèi)，比如：阜朝高速一拱涵前墻頂寬達(dá)到4．8m，底寬達(dá)到6．67m，全涵工程造價(jià)達(dá)到270多萬；否則，結(jié)構(gòu)尺寸偏小，可能會(huì)讓結(jié)構(gòu)承載力因?yàn)闊o法滿足荷載要求而導(dǎo)致涵洞的開裂坍塌，導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量事故，到時(shí)工程維修加固就會(huì)使費(fèi)用增加。

（三）填土承受的壓力大

因?yàn)樘钔粮叨却?，橋梁所承受的土壓力?huì)隨著填土的增高而增加，結(jié)構(gòu)尺寸也會(huì)因填土高度增加而增大。

（四）維修加固比較困難

高填方涵洞填土高度大，長(zhǎng)度大，通風(fēng)性不好，采光也不易，工作面不廣，一旦受到破壞，要加固維修就會(huì)比較困難，導(dǎo)致造價(jià)費(fèi)用增高。

二、高填方涵洞的設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)控制

（一）降低填土高度

高填方涵洞會(huì)受到來自四面八方的力，又因各構(gòu)造尺寸對(duì)于技術(shù)指標(biāo)要求的比較高，并且工程量大，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮是否可以降低填土高度。山區(qū)沖溝一般頂寬較大而底寬較小，設(shè)置時(shí)不需拘泥于原位設(shè)涵，可以考慮適當(dāng)移動(dòng)涵洞設(shè)置，將涵洞設(shè)在溝坡上，如圖1。

圖 1

涵1設(shè)置在原溝位置，涵2設(shè)置在溝坡上，按兩種方案分別設(shè)計(jì)，主要參數(shù)見表l。

表1 涵1與涵2主要指標(biāo)表

涵名涵長(zhǎng)

（m）填土高

（m）涵底坡

（%）進(jìn)出口

處理構(gòu)造

尺寸造價(jià)

涵192.812.315.1不需要較大較高

涵231.01.21.0需要較小較低

涵2的涵長(zhǎng)僅為涵l的1／3，大大降低了造價(jià)；填土高降低5倍以上，可減小各構(gòu)造尺寸，降低基底承載力要求，避免復(fù)雜的地基處理；涵2進(jìn)出口需要處理，進(jìn)口應(yīng)將原溝底填起至洞口設(shè)計(jì)標(biāo)高，出口應(yīng)砌槽將水引至原溝，因此需增加征地，但山區(qū)溝中多為雜木，填起后亦可恢復(fù)植被，對(duì)周圍環(huán)境影響較小。因此涵2具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

此外，還可考慮將原溝填起至理想標(biāo)高，然后在填土上設(shè)置涵洞，出口設(shè)置急流坡，也可減小涵長(zhǎng)，降低填土高度，但填土需要特殊壓實(shí)處理，避免地基不均勻沉降導(dǎo)致涵洞開裂。

（二）減小涵頂土壓力

涵洞建成后，與周圍路基均會(huì)有沉降。當(dāng)周圍土體相對(duì)于涵洞無位移時(shí)，涵頂上的土壓力σ=γh；土體相對(duì)于涵洞下沉?xí)r，σ≥γh；涵洞相對(duì)于土體下沉?xí)r，σ＜γh。因此，設(shè)計(jì)中可利用此變化規(guī)律減小涵頂土壓力，如：適當(dāng)降低涵底地基剛度，使涵洞相對(duì)于周圍土體下沉；或利用兩岸邊坡，阻止土體下沉等。

利用涵洞基礎(chǔ)兩側(cè)地基共同分擔(dān)土壓力，如圖2。

圖 2

涵洞上方一定高度和寬度范圍內(nèi)用比周圍填土壓實(shí)度低的土填筑，形成一個(gè)內(nèi)松外實(shí)的軟弱土區(qū)域。然后在此區(qū)域的上方設(shè)置鋼筋，鋼筋上鋪設(shè)土工布等，鋼筋兩端錨固在周圍高壓實(shí)度的密實(shí)土體內(nèi)。通過軟弱土區(qū)域內(nèi)較軟弱土體與其周圍密實(shí)土體的沉降差，使區(qū)域上方鋼筋在涵頂填土壓力作用下產(chǎn)生下?lián)?，通過鋼筋的錨固作用與被動(dòng)受力，把涵頂垂直土壓力荷載傳遞到涵臺(tái)外側(cè)的密實(shí)土體上，達(dá)到減小涵頂土壓力的減載目的。此種減載結(jié)構(gòu)由軟土區(qū)域、鋼筋和周圍密實(shí)填土構(gòu)成，利用鋼筋在涵洞上方形成一個(gè)穩(wěn)定的承力減載結(jié)構(gòu)，可以避免軟弱土區(qū)域內(nèi)軟質(zhì)填料沉降對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響，其鋼筋、土工布等均為工業(yè)產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，施工工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，且計(jì)算模型簡(jiǎn)單明確，方便計(jì)算。

（三）減少荷載力

土力學(xué)理論本身的許多假定和參數(shù)選擇都帶有半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，隨機(jī)性很大，不論計(jì)算公式有多么精確，都很難對(duì)實(shí)際工程中可能出現(xiàn)的問題全部考慮在內(nèi)，也很難保證準(zhǔn)確無誤。所以，在工程設(shè)計(jì)中一定要根據(jù)涵洞受力和變形特點(diǎn)，結(jié)合具體工況確定合理的土壓力計(jì)算公式，更要采取合理正確的工程措施，讓結(jié)構(gòu)物以最優(yōu)的狀態(tài)進(jìn)行工作。根據(jù)模型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和理論分析可以發(fā)現(xiàn)，利用填土既是荷載又是介質(zhì)的特性，通過工程措施和方法，可以有效減小結(jié)構(gòu)物上土的壓力。最重要的是減少+σ，直至形成一σ，充分利用“土拱效應(yīng)”，使管道外側(cè)土柱與管道共同承擔(dān)管頂土柱重量。總結(jié)起來主要有以下幾種方法：

充分利用溝谷地形；

在涵洞頂一定厚度范圍采用高壓縮性填充材料或”中松側(cè)實(shí)”填土法；

提高涵臺(tái)背后填土壓實(shí)度或采用低壓縮性材料；

采取合理的地基處理方法，如加固管道兩側(cè)地基或采用相對(duì)松軟的涵洞地基，使地基產(chǎn)生一σ差。值得注意的是，在涵洞地基設(shè)計(jì)時(shí)，沿涵洞軸向地基的均勻性對(duì)結(jié)構(gòu)安全是十分重要的；

加固涵洞兩側(cè)地基或采用相對(duì)均勻松軟的涵洞地基形成“中松側(cè)實(shí)”地基使地基產(chǎn)生一σ差，從而達(dá)到涵洞卸荷目的；

局部改善填土。比如將涵頂縱向中間一段填土在一定高度內(nèi)適當(dāng)降低壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，或局部換填高壓縮性土和輕質(zhì)填料，或在涵頂設(shè)置一定厚度的彈性材料使填土產(chǎn)生一σ差。換填厚度沿涵洞縱向之變化，應(yīng)與填土高度變化相對(duì)應(yīng)，這樣既減小了土壓力，又可使涵頂壓力之縱向分布趨于均勻，以減小不均勻沉降。

（四）提高地基承栽力

1.強(qiáng)夯置換

強(qiáng)夯處理技術(shù)的發(fā)明，使其廣泛應(yīng)用于素填土、雜填土、低飽和度粘粉、濕陷性黃土、沙土，以及碎石等地基。對(duì)于置換材料有如下要求：良好的碎石或者堅(jiān)硬的石塊；顆粒直徑要合適，劣點(diǎn)之間的距離要保持在合適的范圍，一般情況下，單擊列擊不能小于標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)劣點(diǎn)進(jìn)行劣擊次數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確定，且在最后的兩次劣擊中要適當(dāng)控制劣擊沉量。實(shí)踐告訴我們，為了使投入更少，縮短施工周期，同時(shí)又具有高質(zhì)量，且具有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，就得采用這種特殊的高效粘土涵洞地基。

2.水泥旋噴樁

水泥旋噴樁在加固涵洞的地基的各種方法中，收效比較好的是水泥旋噴樁加固法。利用單層的高級(jí)注漿管噴射出攪拌好的水泥漿，并使水泥漿液射中土方，使得；中刷下來的泥土和水泥漿混合并攪拌均勻一起，最后形成了旋轉(zhuǎn)的樁。在施工的時(shí)候，機(jī)器從下往上，利用高壓力不斷旋轉(zhuǎn)著噴射出水泥漿，利用流體力學(xué)的知識(shí)，需要調(diào)整好各個(gè)方面的速度，以及壓力值，這樣才能使水泥漿和泥土很好的攪拌均勻，這樣才能形成比較令人滿意的樁。也可以提高噴射出來的壓力，提高噴射速度等方法來提高噴射質(zhì)量。

3.壓力注漿

壓力注漿法加固地基是通過一定的壓力將可固化的化學(xué)漿液或水泥漿液注入地基上的裂隙或孔隙，以改善地基的物理力學(xué)性能。壓力注漿一般是對(duì)地基垂直鉆孔，在孔內(nèi)注入漿液。在注漿孔附近一定影響半徑范圍內(nèi)，固化的漿液和土顆粒凝聚成圓柱狀的固結(jié)體，該固結(jié)圓柱體的抗壓強(qiáng)度和抗壓縮變形能力高于未注漿的土體，密布排列的固結(jié)圓柱體形成了群樁效果，提高了地基的物理力學(xué)性質(zhì)。漿液的擴(kuò)散半徑受加固范圍地層的孔隙率、土層的滲透系數(shù)、灌漿壓力、漿液的粘度比等因素有關(guān)，應(yīng)選擇合理的注漿孔距保證工程質(zhì)量。注漿采用跳孔注漿的方法，先灌外圍注漿孔，然后灌注內(nèi)部注漿孔。注漿速率與被注土體的性質(zhì)有關(guān)，一般起始注漿速率為60L／min，最終注槳速率為35L／min。

總之，山區(qū)公路高填方涵洞因?yàn)閿?shù)量和工程量較多，在實(shí)際施工的過程中會(huì)比較困難，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮是否能將高填土涵洞改為低填土涵洞，改成常規(guī)涵洞設(shè)計(jì)，既能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、方便施工，也可以大大降低工程造價(jià)。高填土涵洞荷載很大，對(duì)基礎(chǔ)要求較高，因此應(yīng)設(shè)法減小涵頂荷載，并加強(qiáng)地基處理，保證涵洞的穩(wěn)定性，使構(gòu)造物耐久、安全。

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