孫 棟

(湖南中大建設(shè)工程檢測技術(shù)有限公司， 湖南 長沙 410205)

分層填筑鋼波紋管涵洞的土壓力值的測量與應(yīng)用

孫 棟

(湖南中大建設(shè)工程檢測技術(shù)有限公司， 湖南 長沙 410205)

對高填方鋼波紋管涵洞的施工過程中進(jìn)行土壓力試驗(yàn)，分析分層填筑時高填方鋼波紋管涵洞的不同位置的土壓力變化規(guī)律。研究表明：鋼波紋管上各個位置所受到的土壓力與鋼波紋管的填土高度成正比，即鋼波紋管埋藏越淺，鋼波紋管上各個位置所受到的土壓力就越小。在分層填筑過程中不同層的土壓力值也不相同，其中每一層中不同位置的鋼波紋管也受不同的土壓力。研究結(jié)論可對高填方鋼波紋管涵洞施工變形問題起到一定的指導(dǎo)作用。

鋼波紋管涵洞； 分層填筑； 土壓力值測量

為了能夠更好地適應(yīng)地基與基礎(chǔ)的變形，在高填方路基的分層填筑過程中常常采用柔性的高強(qiáng)度的鋼波紋管涵洞[1-4]。在使用鋼波紋管涵洞的過程當(dāng)中，工程設(shè)計與施工人員利用鋼波紋管涵洞自重輕、強(qiáng)度高、造價低等優(yōu)點(diǎn)使其在軟土和濕限性較強(qiáng)的地區(qū)得到廣泛應(yīng)用[5-9]。本研究通過試驗(yàn)分析鋼波紋管涵洞不同位置的土壓力值的變化對鋼波紋管在分層填筑過程中的變形問題進(jìn)行指導(dǎo)。

1 鋼波紋管涵洞土壓力測量方法及過程

1.1 鋼波紋管涵洞土壓力測試方法

本研究從工程中選取一段鋼波紋管。經(jīng)測試該鋼管管身采用Q235A熱軋鋼板制作，鋼板的屈服強(qiáng)度≥235 MPa，抗拉強(qiáng)度≥375 MPa。經(jīng)測量所研究的涵洞波紋管的埋深為17.11 m。測試鋼波紋管涵洞內(nèi)外的土壓力值要使用到壓力盒，本研究將選取距路中2 m處的不同位置進(jìn)行測量研究，如圖1、圖2所示。

圖1 鋼波紋管涵洞距路中2 m測試斷面土壓力盒布設(shè)圖

圖2 波紋管涵洞測試斷面土壓力盒布設(shè)示意圖

1.2 鋼波紋管涵洞土壓力測量過程

本研究計劃在距路中2 m處的管周徑向不同角度上布置土壓力的測量盒，測量一下布置點(diǎn)的初始測量值。然后分層填土并利用測量盒測出分層填筑的土壓力。在分層填筑以后在路基頂部不同位置加機(jī)動車輛的荷載并測出此時的壓力值。最后，整理測量出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

2 施工過程中涵洞土壓力測試研究

在公路的施工過程中會涉及到分層填筑鋼波紋管涵洞，本研究將取管頂上不同填土層為研究對象。在不同填土層上布置土壓力的測量盒并測量出其壓力值大小。下面分析幾個不同高度的壓力情況，分別是填土至管頂以上0.55、0.75、1.65、1.95、2.45、2.95、3.45、3.75、4.25、4.65、5.00、5.35、5.90 m的距離。

2.1 超車道和行車道位置土壓力和填土高度的關(guān)系

圖3、圖4為施工過程中距管頂0～7 m管周外側(cè)土壓力在超車道和行車道上的測量值。

圖3 超車道位置土壓力測試結(jié)果

圖4 行車道位置土壓力測試結(jié)果

通過比較超車道和行車道位置上土壓力的測試結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

1) 在超車道和行車道上鋼波紋管涵洞上的測點(diǎn)的土壓力都會隨著管頂填土高度的增大而增大。

2) 當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時管頂填土測點(diǎn)的土壓力不會隨著填土高度的增大而增大，而是基本保持在0壓力的范圍內(nèi)，這說明鋼波紋管中間側(cè)部水平土壓力值較低。

3) 在超車道上當(dāng)管周徑向?yàn)?°時鋼波紋管涵洞上的測點(diǎn)的土壓力比其他角度在相同填土高度的土壓力都大，但是土壓力值大的不明顯。

4) 在行車道上當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時鋼波紋管涵洞上的測點(diǎn)的土壓力比其他角度在相同填土高度的土壓力都大。

5) 當(dāng)管周徑向?yàn)?20°時在超車道和行車道上各測點(diǎn)的土壓力與管頂填土高度的增長斜率小于其他角度所對應(yīng)的增長斜率。

6) 當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時在超車道和行車道上各測點(diǎn)的土壓力與管頂填土高度的增長斜率大于其他角度所對應(yīng)的增長斜率。

7) 在超車道上除了當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時各測點(diǎn)土壓力值較低外，其他不同管周徑向角度的各測點(diǎn)土壓力值大小隨管頂填土高度的增加而交替增長。

8) 在行車道上除了當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時各測點(diǎn)土壓力值較低外，其他不同管周徑向角度的各測點(diǎn)土壓力值大小隨管頂填土高度的增加而交替增長。但管周徑向?yàn)?0°時的各測點(diǎn)土壓力值明顯大于其他管周徑向角度各測點(diǎn)的土壓力值。

2.2 超車道和行車道位置土壓力和管周角度的關(guān)系

圖5、圖6分別為行車道與超車道位置土壓力與鋼波紋管徑向角度關(guān)系示意圖。

圖5 行車道位置土壓力與鋼波紋管徑向角度關(guān)系示意圖

圖6 超車道位置土壓力與鋼波紋管徑向角度關(guān)系示意圖

通過比較超車道和行車道位置上土壓力的測試結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

1) 在超車道和行車道上鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力都會隨著管頂填土高度的增大而增大。

2) 超車道上鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力略大于相同條件下行車道上鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力。這說明超車道對于鋼波紋管抗壓性能的要求更高。

3) 在超車道和行車道上當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力出現(xiàn)峰值，這表明在管周徑向?yàn)?0°時管壁會形成應(yīng)力集中。

4) 在超車道和行車道上當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力出現(xiàn)低谷值(基本保持在0壓力的范圍內(nèi))，這與上文所總結(jié)的規(guī)律相同。

5) 在超車道和行車道上當(dāng)管周徑向從90°增加到120°時，鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力略有增加。

6) 在超車道和行車道上當(dāng)管周徑向從0°增加到30°時，鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力有增加也有減少。

7) 總的來講在超車道和行車道上各工況的變化趨勢基本保持一致。

3 結(jié)論

1) 雖然高填方路基的施工環(huán)境和各測點(diǎn)的測量情況比較復(fù)雜，但是在距管頂0～7 m填土高度的范圍內(nèi)超車道和行車道上鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力都會隨著管頂填土高度的增大而增大。

2) 超車道上鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力略大于相同條件下行車道上鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力。這說明超車道對于鋼波紋管抗壓性能的要求更高。

3) 在超車道和行車道上當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力出現(xiàn)峰值，這表明在管周徑向?yàn)?0°時管壁會形成應(yīng)力集中。當(dāng)管周徑向?yàn)?0°時鋼波紋管涵洞上的各測點(diǎn)的土壓力出現(xiàn)低谷值，基本保持在0壓力的范圍內(nèi)。

4) 結(jié)合工程實(shí)際，由于鋼波紋管管周不同角度的土壓力隨填土高度增長的變化不同，因此需要選用強(qiáng)度高、造價低的回填材料進(jìn)行壓實(shí)處理。

[1] 李祝龍.公路鋼波紋管涵洞設(shè)計與施工技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2006.

[2] 周世生.高路堤涵洞空間豎向壓力理論及結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化研究[D].西安:長安大學(xué),2008.

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2016-05-31

孫棟( 1983-) ，男，工程師，主要從事公路橋梁隧道工作。

1008-844X(2017)01-0149-03

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