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高填土涵洞和软土地基涵洞设计关键问题分析王敏【摘要】在涵洞施工中, 软土地基涵洞和高填土涵洞的设计是重点和难点. 在进行设计时, 需要计算高填方涵洞的压力, 然后针对性的提出减荷方法, 采取相应的地基承载力提升措施, 保证涵洞的施工质量.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2016(042)001【总页数】2页(P108-109)【关键词】高填土涵洞;软土地基;涵洞设计;关键问题【作者】王敏【作者单位】四川省交通运输厅交通勘察设计研究院, 四川成都 610000【正文语种】中文【中图分类】U449.1高填土涵洞土的压力非常大，以前的设计理念根本不能满足对土压力的研究要求，若只是按照理论计算值进行施工，很容易造成成本资金浪费。
在以往的工程应用中，有很多施工单位出现了软土地基承载力不够，涵洞设计没有结合实际地质要求等情况，从而引发了各种涵洞病害。
而选用大面积混凝土浇筑容易开裂、经验配筋过多。
实际设计中经常因为设计者不能因地制宜或不够重视地质条件，导致地基处理措施难以实施的情况。
由此可见，正确地优化涵洞设计，因地制宜选用合理措施，在提升设计质量和节约工程成本方面有着非常关键的作用。
对于高填土涵洞来说，垂直方向土体压力是影响结构设计的主要因素。
不同的地区，在解析垂直土压力的时候，设计的方法存在着很大的差异。
但其计算过程都非常繁琐复杂。
与此同时，计算结果的精准程度完全取决于参数的选择是否合理。
公路桥涵设计的要求在于，对涵洞上的垂直土压力进行计算时，要严格依照涵洞内土柱的重量开展。
然而，由于目前现有的计算方法都不能准确合理的测量出实际施工中涵洞的土压力，因而有必要研究出一种更为简洁、方便的计算方法来弥补实际施工过程中的不足，而且这种新方法可以适用于任何状况的测量涵洞土压力。
分析造成涵洞土压力的影响因素，可以通过土压力集中系数来进行表述，最终的计算公式是：式中，Kz为土体应力集中系数；σ为土体应力；H为填土的总高度；γ为填土容重。
山区公路高填方涵洞地基承载力研究综述
吕帮明
【期刊名称】《《青海交通科技》》
【年(卷),期】2018(000)006
【摘要】在山区复杂地形修建高等级公路时,为解决线形技术标准和排水需求,而建的高填涵洞却因国内外国内外对于高填方构筑物的地基的设计与计算的相关理论与实际工程的情况不相匹配,使得涵洞因地基问题的事故时有发生。
对国内外现有的高填方涵洞承载能力研究成果和现状进行介绍,希望能够对高填方涵洞地基承载能力的设计起到的一定参考价值。
【总页数】5页(P91-95)
【作者】吕帮明
【作者单位】重庆交通大学重庆400074
【正文语种】中文
【相关文献】
1.山区公路高填方涵洞土压力计算理论研究综述 [J], 杨锡武
2.高填方涵洞地基承载力分析 [J], 梁鹏
3.山区公路高填方涵洞地基承载力研究综述 [J], 吕帮明
4.高填方涵洞地基承载力与稳定性及确定方法 [J], 冯忠居; 成圆梦; 李少杰; 董芸秀; 郝宇萌; 王景奇
5.基于埋深效应与宽度效应的高填方涵洞地基承载力计算 [J], 陶庆东;何兆益;贾颖因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
山区公路高填方涵洞地基承载力研究综述吕帮明【期刊名称】《《青海交通科技》》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P91-95)【关键词】高填方; 涵洞; 地基承载力【作者】吕帮明【作者单位】重庆交通大学重庆400074【正文语种】中文0 引言因我国的地形地貌的特殊性，特别是西南部和西北部的，地势起伏比较大，高等级路的相关的技术标准使得高填方涵洞就急剧增多。
在欧美等发达国家，公路建设的环保要求尽量不破坏天然山体，所以有关高填方涵洞承载力试验的研究文献并不多见[1]，所作研究均是对低填土条件下涵洞的结构与受力[2-3]。
这就使得其受力、变形、沉降与稳定问题得到大部分研究人员的关注。
一般认为这些问题都是由于地基承载力所引起的，公路高填方路堤下，涵洞基底设计是基于承载力决定的，而承载力的大小是由上部荷载所决定的，这样就使得高填方涵洞所需要的地基承载力很高，但是在填土高度和地基所需的承载力的关系，即使在较好的岩层上就也很难达到，因此工程师们不得不采取较大深度范围的地基土换填或设置管桩等复合地基的方式对地基进行处理，但是这样设计得到承载力过于保守和浪费，因为不仅仅是岩层能提供承载力，其埋深，宽度效应，土体固结等因素也能提高承载力。
本文对国内外对高填方涵洞地基承载力研究进行介绍，为设计和研究提高参考。
1 山区公路高填方涵洞地基承载能力研究现状1943年太沙基(K. Terzaghi)在普朗特尔(Prandtl)研究成果之上通过对基础底面，地基土的重力以及基底以上两侧土体的假设，推导存在重力的条形基础在均质地基上承受中心荷载作用下的极限承载力。
通过对弹性楔体(如图1所示)静力平衡条件分析和推导，得到的太沙基公式，如下该公式中的NC,Nq，Nγ三个承载力系数可以通过太沙基给出查得该数值的曲线，但误差仍然明显。
图1 弹性楔体受力分析1951年梅耶霍夫(Meyerhof, G. G.)按照太沙基理论的基木假设，加入基底以上土体抗剪强度影响，并对太沙基理论进行改进后得到，此时的NC,Nq，Nγ为梅耶霍夫承载力系数，和太沙基公式不尽相同。
《【公路涵洞设计及地基承载力分析研究】涵洞地基承载力》摘要：涵洞的定位与选择 1.1 涵洞的合理定位涵洞位置的合理确定要考虑河流的状态、地形及路线的平纵横设计、路基的排水等问题，此外还要考虑当地的地质资料， 2.1.1一般情况下涵洞应顺沟设置，一般河沟陡坡水急、历时短暂，冲刷及水毁严重，涵洞建筑材料应因地制宜，尽可能选用当地较为普遍的建筑材料[摘要] 涵洞是公路跨越沟渠及排除路基内侧边沟水流的主要构造物之一，也是沟通公路沿线原有农田排灌体系的重要手段。
涵洞具有造价低，设计、施工相对简单的特点。
如何设计好每道涵洞对整个项目有着至关重要的作用。
本文基于此，对公路涵洞设计进行了详细探讨。
[关键词] 涵洞设计；涵位；高填土；地基承载力 1 涵洞的定位与选择 1.1 涵洞的合理定位涵洞位置的合理确定要考虑河流的状态、地形及路线的平纵横设计、路基的排水等问题，此外还要考虑当地的地质资料。
涵洞位置的设置尽量保持河流的原有状态，斜度也尽量原有沟渠方向一致，在条件允许的情况下使涵洞正交布置，这样有利于泄洪，可以减少涡流的现象产生。
实际工程中，由于正交涵洞的工程量较少，故在野外勘察中若路线经过的两条或几条相距较近的溪沟，且流量又小，在地形上便于通过边沟和改沟相连。
涵洞设计要充分考虑到路基排水设计。
路基排水多数情况下最终是引至路基以外。
在不危及路基的稳定和产生边沟淤塞的前提下可以考虑改沟合并以减少涵洞的数量，同时可以节省总体造价。
涵洞位置的确定要结合地形和路线平纵设计。
当排除路基内侧边沟水，位置一般设在凹形竖曲线最低洼处附近；或者在路线纵坡由陡变缓处，这些位置容易产生急流和不利冲刷。
当路线通过较长的挖方地段或者低洼地段时。
涵洞的位置布置时应结合地质资料。
尽量避开滑坡、断层、崩塌或泥石流发育严重等不良地质地段。
若无法避开不良地质时，则地基必须根据涵洞实际地质情况进行特殊的加固设计。
1.2 涵洞类型的选择涵洞类型的选择应符合因地制宜、就地取材、安全经济、便于施工和养护的原则，同时，要结合地形、地质水文和水力条件等因素，综合考虑。
高填方涵洞地基处理探讨摘要：高填方涵洞上填土荷载较大，过大的填土压力通常会引起涵洞基础沉降量过大，导致涵顶开裂，影响结构的安全和正常使用。
为了获得涵洞地基处理的合理方法，本文采取换填天然地基土的方式，模拟不同换填宽度和深度对高填方涵洞基础沉降量和地基承载力的影响，以便获得指导工程设计的理论依据。
关键词：高填方涵洞；涵顶土压力；地基沉降；地基承载力1.1 工程介绍涵洞位于屯留县某城际连接线上，设计跨径为2-4x5m，顶板厚1m，立墙厚度均为0.9m，承台高1.5m，涵顶填土为16m，为高填方箱涵。
1.2 几何模型简化和材料参数的选取（1）几何模型简化为了突出研究重点，几何模型进行了如下简化：①不考虑车辆荷载引起的竖向土压力，仅计算填土引起的竖向土压力。
②对于高填方涵洞可简化为平面应变问题。
③利用施工阶段来模拟土体的分层回填过程。
有限元计算模型如图1所示。
图1 有限元计算模型利用平面应变单元来模拟地基土、回填土及涵洞洞口外侧已完成的路基填土，采用梁单元来模拟箱涵立墙及基础。
（2）材料参数选取结合工程场地土工试验结果选取数值模拟所采用的计算参数如表1所示。
表1数值模拟所采用的计算参数材料名称下层粉质粘土中层粉质粘土上层粉质粘土天然砂砾涵顶上方填土混凝土弹性模量（KN/m2）100000 60000 45000 120000 100000 30000000泊松比 0.28 0.3 0.3 0.2 0.25 0.2容重（KN/m3）20.6 20.3 20.1 19.2 17.5 25粘聚力（KN/m2）15 15 15 0 10 -摩擦角（度） 30 30 30 35 23 -1.3 涵洞地基沉降计算（1）地基处理宽度对沉降的影响为了研究涵洞地基处理宽度对涵洞地基沉降的影响，本文采取换填天然地基土的方式来进行地基处理，换填后的地基土刚度E=10MPa其余土体及结构参数同表1，换填宽度B分别按照0m（即天然地基，不处理），8m，13m和18m来控制。
关于填方路基处涵洞的基础设计及地基处理刘喜远【摘要】山区公路填方路基处涵洞基础的设计是整个涵洞设计的重要组成部分,良好的地基处理方法及合理的基础设计是确保涵洞整体强度和稳定性的最有效方法.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2010(026)012【总页数】3页(P147-148,180)【关键词】填方路基涵洞;地基承载力;基础设计;地基处理【作者】刘喜远【作者单位】甘肃省交通科学研究所有限公司,甘肃,兰州,730050【正文语种】中文【中图分类】U449.1随着甘肃省公路建设事业的快速发展,公路等级的提高,重型车辆的增加,设计荷载的加大,地基承载力要求不断提高,涵洞基础的设计要求越来越高。
涵洞设计中基础的选择既要适应上部构造的要求,同时也要适合场地工程的地质条件,并在技术和经济上采取合理可行的基础结构方案。
S208线洛门至马街 (武都段)公路区域地形、地质极其复杂,山体陡峻,雨季水毁严重,泥石流等地质病害频发。
全线路基宽度普遍不够,这就导致好多路基需填方后布设涵洞,路基填方处理的好坏,基础设计是否合理,将对涵洞、整个项目的安危及工程的造价有着极其重要的作用。
S208线洛门至马街 (武都段)公路有许多处路基需填方后布设涵洞,这里以K237+406.50涵洞为典型进行设计,K237+406.50涵洞为 1～4.00m ×4.00m明板涵,一半基础在填方路基上。
本涵处路基宽 9.1m,汽车荷载:公路 -Ⅰ级,设计速度: 30km/h。
地基基础的设计一方面要满足上部构造的要求,另一方面还必须满足地基土的变形和强度的要求,在设计中重视工程实践经验,就地取材、因地制宜地进行地基基础的设计。
地基基础的设计必须满足要求:1)必须满足地基土的抵抗剪切破坏和防止丧失稳定能力方面应具有足够的安全度,其设计通式:作用地基上的平均土压力p≤f(地基承载力); 2)基础沉降量△应小于地基的允许变形量[△];3)基础结构应有足够的强度、刚度及耐久性。
