高填方涵洞竖向土压力计算理论和方法

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。

高填方涵洞土压力分析及减荷措施何超【期刊名称】《《山西建筑》》【年(卷),期】2019(045)017【总页数】2页(P138-139)【关键词】涵洞; 高填方; 土压力【作者】何超【作者单位】北京国道通公路设计研究院股份有限公司北京 100053【正文语种】中文【中图分类】U449.80 引言山区高填方涵洞有着长度长、填土高的特点，洞身受到的土压力大，相应的涵洞尺寸也较大，若设计时土压力计算过分保守，尺寸过大则导致造价高造成浪费。

若涵洞设计考虑欠缺导致尺寸偏小，可能出现涵洞承载能力不足，导致涵洞过早出现开裂等危害。

在保证其可靠性和耐久性的情况下能否做到经济合理，是高填方涵洞设计需重视的问题。

1 现行规范涵洞土压力计算涵洞土压力主要分为以下几类:1)散体极限平衡法；2)土柱法；3)压力集中系数法；4)卸荷拱法；5)根据变形条件以弹性理论为基础的计算方法。

我国现行的JTGD60—2015公路桥涵设计通用规范采用土柱法计算，JTG/T D65—04—2007公路涵洞设计细则则采用压力集中系数法。

在设计过程中，由于对涵洞土压力认识不足，若采用了相对偏小的荷载作为设计依据，结果造成涵洞承载力不足，过早产生病害。

由于公路涵洞多为混凝土结构，柔性管涵相对较少，混凝土结构刚度大，而土的刚度较小，因此涵洞上部的土位移小于两侧的土的位移，导致涵洞外侧的土对涵顶上方的土柱产生向下的托拽作用。

因此，涵洞顶也会受到外侧的土施加的向下附加应力，造成涵洞所受的土压力大于涵洞上部的土重，涵洞与土作用机理可见图1。

涵洞所受的土压力并不等于其上土柱的重量，而是相对洞身上方土重较大，根据相关研究表明，涵洞承受的土压力约为上方土重的1.3倍～2.0倍[1]，因此，欠缺合理的计算将导致设计涵洞的承载力不足。

我国JTG D60—2015公路桥涵设计通用规范中，涵洞土压力采用土柱法计算，竖向土压力qv=γH，水平土压力Hq=tan(45°-φ/2)×γH。

对高填土涵洞土压力各种计算方法的对比分析_郭婷婷Indust rial Const ruct ion V ol.40,Supplement,2010工业建筑 2010年第40卷增刊对高填土涵洞土压力各种计算方法的对比分析*郭婷婷1,2(1 中国地震局地质研究所,北京100029;2 山东省地震局,济南250014)摘要:截至目前,针对涵洞垂直土压力的计算方法已有几十种,不同方法的计算结果往往相差甚远。

究竟哪种方法比较合理,且接近实际,对此,从涵顶平面内外土柱沉降差( )这一综合性参数入手,结合某两工程测试实例,对各种方法进行了统一计算,并与实测值对比,并作综合理论分析,从而为今后统一各部门的垂直土压力计算方法提出了建议。

关键词:高填土涵洞;垂直土压力;计算方法;沉降差STUDY ON CALC ULATION METHODS OF SOIL PRESSURE OF THE C ULVERT UNDER HIGH FILLGuo T ing ting 1,2(1 Institute of G eolog y,China Earthquake Administr ation,Beijing 100029,China;2 Earthquake Administr atio n o f Shando ng Pr ov ince,Jinan 250014,China)Abstract:U p to date,ther e hav e alr eady sev eral dozen kinds of calculation methods of v er tical soil pressur e of culver ts,and the results of different methods differ ex tr emely Ho wever which metho d is mor e r easo nable and is clo se to actual condition?T her efo re,In this paper ,fro m settlement difference between inside and outside soil column on the to p o f culv erts( ),combine w ith test ex amples o f two engineer ings,all kinds of methods ar e calculated unifo rmly,and their results ar e compared w ith the measur ed o nesand also analysedtheor etically It is put fo rw ard the sug gestio ns o n unifying calculation met ho ds of v ertical soil pressur e Keywords:hig h fill culvert ;ver tical so il pr essure;calculatio n method;settlement differ ence*国家自然科学基金(40821160550)和山东省地震局博士科研项目资助。

沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算方法李盛;刘亚朋;何川;王焕;王起才;马莉【摘要】针对明洞洞顶垂直土压力计算公式的不足,综合考虑大、小边坡坡角,推导沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算公式.采用荷载等效方法,将数值计算的明洞顶土压力的抛物线型分布荷载转化为均布荷载,与统一公式计算得到的均布荷载进行对比,验证统一计算方法的正确性.取20°的小坡角沟槽,利用统一计算方法研究填料性质、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性对土压力的影响.结果表明:小坡角沟槽情况下,填土内摩擦角、黏聚力以及沟槽与明洞宽度比对明洞洞顶土压力基本无影响;填土模量增大可以减小土体压缩相对变形量,减轻明洞洞顶应力集中现象.因此,在实际小坡角沟槽明洞工程中,应尽量提高土体压实度,减小明洞结构受力.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】7页(P1-7)【关键词】明洞;沟槽式;高填黄土;土压力;滑裂面;计算方法【作者】李盛;刘亚朋;何川;王焕;王起才;马莉【作者单位】兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室,甘肃兰州730070;兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室,甘肃兰州730070;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川成都610031;中铁十四局集团有限公司,山东济南250014;兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室,甘肃兰州730070;兰州工业学院土木工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】U452我国黄土高原地区沟多坡陡、地形起伏破碎、土地资源紧缺且分布不连续。

为了缓解城市用地紧张、满足铁路建设中较高的线性要求，填沟造地，整合土地资源。

这将不可避免对沟槽式铁路明洞进行高回填。

然而，目前国内外尚没有适合于沟槽式明洞土压力的统一计算理论。

合理计算作用于沟槽式明洞洞顶土压力，一方面，可以优化新建铁路明洞结构，使设计更加合理；另一方面，一定程度上减少竣工后可能出现的病害，增加铁路运营中的安全性。

竖向土压力计算公式
土压力计算公式有：
1、主动土压力计算：大主应力σ1=σv=γz，小主应力σ3=σh，主动土压力强度σa=σh；
2、被动土压力计算：大主应力σ1=σh，小主应力σ3=σv=γz，被动土压力强度σp=σh。

土压力：建筑学术语，指土体作用在建筑物或构筑物上的力，促使建筑物或构筑物移动的土体推力称主动土压力；阻止建筑物或构筑物移动的土体对抗力称被动土压力。

土压力随挡土墙可能位移的方向分为主动土压力、被动土压力和静止土压力。

土压力的大小还与墙后填土的性质、墙背倾斜方向等因素有关。

高填方路基涵洞的土压力及涵洞结构力学分析摘要：在不同边界及不同填土高度条件下，对涵洞结构与填土的土压力进行力学分析，结果表明：在不同边界条件下，作用于涵洞顶部与涵台外的土压力随着高度的增加而呈非线性的变化规律；另外，边界条件对涵顶土压力的影响不明显，而对涵台外土压力有显著影响。

关键词：高填方涵洞；力学分析；边界条件；填土高度目前，随着公路行业的发展，高填方涵洞成为在山区高等级公路中快速发展的一种优越性的排水结构物，与低填方（通常填土高度在20m 以下）涵洞以及其它的填埋地下管道相比，它具有地基沉降比较高，工程量及工程造价大；在涵洞所处位置，其地形条件的变化较大，另外涵洞需要承受较大的土压力等特点，因此研究分析高填方涵洞在不同边界条件及不同的填土高度条件下的力学作用具有重要的指导意义。

1. 实验方案设计及装置依据道路工程中较为普遍的涵洞位置与边界条件，分析在不同填土高度条件下，土压力的变化的规律以及涵洞的边界条件对涵洞的受力影响，本研究选取了狭窄沟谷地形与宽坦地形两种常见的边界条件进行模拟分析，对不同填土高度情况下涵洞顶部土压力和涵洞台外土压力进行测试分析，其中，坡比1：0.35和1：0分别为狭窄沟谷地形岸坡和宽坦地形岸坡（岸坡对土压力不产生影响），岸坡采用木板形成，其表面粗糙并且稳定，对边界条件的建模如图1-2 所示；涵洞结构模型的形式为盖板涵形式。

涵洞模型的材料用有机玻璃制成，机构尺寸为：长40cm，净跨径12cm，盖板的厚度为0.7cm，模拟的跨径为2.4m，其结构形式可以更好的模拟实际应用形式，如图3 所示。

图1 狭窄沟谷地形(S1) 图2 宽坦地形(S2)图 3 涵洞模型结构依据模拟的加载与相似的分析条件，最终确定结构模型的几何尺寸相拟为1：20，模型的高度为100cm，厚为40cm，选取模拟原型的最大填土高度为50m，当模拟额高度高于20m时，利用反力架的加载替代模型填土高度增加的那一部分重量，因为涵洞模型结构的尺寸与整个填土的高度相比较小，加载替代在上部分模型的填土对传递的土压力和涵洞周边的应力不会产生明显的影响；在模型中的填料粒径选用小于3mm的岩土，其岩土的湿容重为13KN/m3，含水率为10%；高填方路基涵洞的填土施工过程分为两种，一种是分层填土，另外是连续填土，观测填土过程在荷载的条件下，不同填土高度对涵洞土压力的变化规律。