uj高填方涵洞土压力与填土沉降差关系分析

高填方涵洞土压力与填土沉降差关系分析作者：单位：时间：2007-08-07点击：269 次摘要：关键词：籍 延 青（山西交通科学研究院，山西太原）摘要：结合工程实际，通过对两个试验段的对比，分析了涵洞土压力与填土沉降差关系，总结了形成土拱的条件，对类似工程设计与施工有一定借鉴与指导。关键词:涵洞；沉降差；土压力；土拱效应随着我国公路建设投资的不断加大和公路等级的明显提高，公路中涵洞结构物所占比重也越来越大。对于涵洞上填土较高，往往是其上土压力计算值较实际的土压力偏小而造成涵洞结构物的开裂破坏，或者是土压力计算值远远大于实际的土压力值而造成不必要的浪费。现行公路桥涵设计规范中，涵洞垂直土压力采用土柱重量计算，即，h。事实上，该公式并不能真实反映涵洞上作用的土压力。另外，对涵洞地基与基础的设计，大多数方法是采取地基加固处理，使基础做得又大又厚，这对涵洞结构受力也是非常不利的。因为这样做加大了涵洞洞身两侧路基与涵洞之间的沉降差，从而增大了作用在涵洞上的土压力。本文基于汾离高速公路K24+383和K52+273两处高填方涵洞实体工程特点，具有针对性地进行了研究，通过对比分析，得出一些有益结论。1、工程概况K24383处为14m台阶式钢筋混凝土拱涵，与路线呈30斜交，涵洞长198.8m，填土高度41.98m。开挖地基主要表现为砾石土，且砾石含量较高，在上游有约20米左右为基岩，地基地质条件较好。涵洞两侧坡体较缓，植被丰富，表层有约50cm腐殖土；以下土质在汾阳方向主要为砾石土，下卧基岩；离石方向主要为黄土，上游下卧基岩。K52273处为14m钢筋混凝土拱涵，与路线正交，涵洞长96m，填土高度38m。涵址区地处黄土丘陵地区，地表出露马兰黄土，坚硬硬塑；级自重湿陷性。地表开挖后为黄土层夹砂砾层，地表以下约6m处有自由水，地基承载力与均匀性都不满足设计要求，属不良地基。采用高压喷射水泥浆法进行加固，设计高压喷射注浆体28天的抗压强度应不小于3.0MPa。两侧坡体为马兰黄土，坚硬硬塑；级自重湿陷性，坡度较陡，植被稀少。根据两个试验段的具体情况，分别对K24+383和K52+273高填方涵洞工程作了应力和变形两方面的监控量测工作。2、涵洞土压力与填土变形之间的关系影响涵洞顶土压力v的因素很多且变化很大,彼此间互有影响。各种影响因素的变化结果都将引起涵洞顶平面内土柱沉降差的变化。若涵洞顶平面外土柱的沉降差大于内土柱的沉降差,则沉降差为+,反之为-。当沉降差为+,外土柱将一部分荷载通过摩阻力转嫁给内土柱,导致涵洞上土压力v增大;而沉降差为-,内土柱则将一部分荷载通过摩阻力嫁给外土桩,导致涵洞上土压力v减小。由此可见,各种因素对土压力的影响可以综合为沉差的变化结果,研究涵洞上土压力的问题也就大大简化了。 图1土压力与填土沉降差示意图根据分析,通常情况下当填土高度H (35)h时,填土在涵洞上引起的附加应力v与沉降差仅限于填土顶面以下的某个高度(Hs)范围内,这个范围小于填土高度H。从土力学的基本理论中知,涵洞顶填土的附加应力与沉降值呈线性函数关系。根据以上分析,v与的关系可以表达为当0时,v 0,v =H +v ,则: K 1( K为土压力集中系数,即实测值/H) ,涵洞顶产生土应力集中;当0时,v 0,v =H -v ,则: K 1。而且，增量随填土高度之变化，将决定KH之变化，反过来说KH曲线也将反映增量随填土高度之变化。由于V形沟谷的影响，存在着不均匀沉降，沟谷中部的沉降大于两侧的沉降，同时沟谷两侧边坡也对中间填土起到“侧限”作用，具备拱效应形成的充要条件，因此V型沟谷填土路基土压力及沉降与一般高填方路基的土压力及沉降存在明显的不同特性3、实测数据分析图2K24+383拱顶压力盒埋设示意图 图358号压力盒压力对比曲线图图458号压力盒K值对比曲线图图3表明从填土开始，实际压力值低于计算值H；到施工完毕后7号压力盒压力值大于计算值，土压力集中系数K随着时间的推移有所降低；6号压力盒的压力值一直远远低于计算值。图4应力集中系数K曲线图表明一般情况下K1，当出现应力集中,即实际土压力大于计算土压力时K1。K24+383涵洞地基在上游主要是基岩，在下游为碎石土。下游采用强夯法进行地基处理。由于该涵洞处理后地基刚度较大，尤其是上游部分，几乎不存在工后沉降，因此该涵洞未设沉降观测。图5K52+273拱顶压力盒埋设示意图图637号压力盒压力对比曲线图图737号压力盒K值对比曲线图图6表明在拱顶8米处土压力，除个别异常值外，均低于计算值，各压力盒土压力在施工前期（填土厚度低于1520米）大致成线性增长，然后成非线性增长即以对数曲线形式增长。图7表明K值除异常值外，均小于1。图8K52+273沉降曲线图图8表明：涵洞的沉降在施工初期不太明显，随着填土高度H的增加，沉降量逐渐变大，施工完毕后沉降速率又逐渐减缓，趋于平和。由于涵洞中间部位填土较两端高，因此中间部位沉降较大。4、两个试验段对比分析综合两个试验路段，K52+273高填方路堤涵洞虽然发生了比较明显的沉降变形，但是后期运营良好；K24+383涵洞地基刚度较高，没有比较明显的下沉，施工完毕后发现涵洞有6节产生了裂缝。测试数据表明距拱顶基本相同高度土层土压力值K24+383总体要比K52+273高，结合理论分析内容，推断在K24+383高填方路堤涵洞可能产生了“应力集中”现象；而在K52+273高填方路堤涵洞则产生了“土拱效应”。（1）两侧边坡角度的影响K52+273高填方路堤涵洞两侧边坡较陡，在后期沉降过程中对中间填土起到了很好的支撑作用，使中间部分填土重量转嫁到涵洞两侧土体，减轻了涵洞结构所受的土压力；而K24+383高填方路堤涵洞两侧边坡角度较小，填方断面开阔，两侧边坡土体未发挥其“侧限”作用。（2）地基刚度的影响K52+273高填方路堤涵洞采用高压水泥旋喷桩加固，属半刚性地基，后期沉降较K24+383明显，涵洞下沉带动内土柱下沉量大于外土柱，使拱顶土体产生“土拱效应”；K24+383高填方涵洞地基刚度较高尤其是涵洞上游，随着填土高度的增加，涵洞荷载逐渐变大，致使涵洞结构出现破坏。（3）填土压实度的影响两个试验路段的路堤填土工艺基本一致，每一土层的压实度相同，因此对于K24+383高填方涵洞加大了“应力集中”效应的影响程度，而K52+273高填方涵洞的“土拱效应”的影响范围也不明显，所以应该采取中松侧实的填筑工艺，给内土柱下沉创造条件，同时加大外土柱的压实度，使其充分承发挥拱肩的作用，因此尤其要保证涵洞台背回填的压实度。5、结论及建议(1)理论分析和对现场试验结果分析表明:涵洞上填土压力的大小是高填土下涵洞结构物的合理设计控制指标,而填土压力的大小则是和填土沉降变形差有着十分密切的联系,因此,在公路路基高填土下涵洞结构的设计与施工中,对于不同地形地质条件下的涵洞结构物,都应从受力机理出发,调整结构物填土的沉降变形差,使涵洞结构受力科学合理。(2)高填方涵洞路堤，其地基处理在满足地基承载力要求的前提下，要尽可能的采取柔性地基处理方式，要保证整体在后期沉降过程中有一定的沉降量，促使中间沉降值大于两侧沉降值，这样就可以人为地使上部填土在沉降固结过程中形成土拱，从而承担拱上部土体重量。参考文献:1顾安全.上埋式管道及洞室垂直土压力的研究.岩土工程学报第1期，No.1,1981年2冯忠居.大型沟埋式蛋型管道土压力的研究C .岩土工程论文集,陕西科技出版社,1994.3汾柳高速公路高填方涵洞现场试验资料,2006佛学经典励志语录，一、人之所以痛苦，在于追求错误的东西。二、与其说是别人让你痛苦，不如说自己的修养不够。三、如果你不给自己烦恼，别人也永远不可能给你烦恼。因为你自己的内心，你放不下。四、好好的管教你自己，不要管别人。五、不宽恕众生，不原谅众生，是苦了你自己。六、别说别人可怜，自己更可怜，自己修行又如何?自己又懂得人生多少?八、福报不够的人，就会常常听到是非;福报够的人，从来就没听到过是非。九、修行是点滴的工夫。十、在顺境中修行，永远不能成佛。十一、你永远要感谢给你逆境的众生。十五、当你快乐时，你要想，这快乐不是永恒的。当你痛苦时你要想这痛苦也不是永恒的。十六、认识自己，降伏自己，改变自己，才能改变别人。十八、你可以拥有爱，但不要执著，因为分离是必然的。十九、不要浪费你的生命在你一定会后悔的地方上。二十、你什么时候放下，什么时候就没有烦恼。二一、内心没有分别心，就是真正的苦行。二二、永远不去只看众生的过错。你只看众生的过错，你永远污染你自己。二五、每一种创伤，都是一种成熟。二六、当你知道迷惑时，并不可怜， 当你不知道迷惑时，才是最可怜的。二七、狂妄的人有救，自卑的人没有救。二八、你不要一直不满人家，你应该一直检讨自己才对。不满人家，是苦了你自己。二九、一切恶法，本是虚妄的，你不要太自卑你自己。一切善法，也是虚妄的，你也不要太狂妄你自己。三十、当你烦恼的时候，你就要告诉你自己，这一切都是假的，你烦恼什么?三一、当你未学佛的时候，你看什么都不顺。当你学佛以后，你要看什么都很顺。三二、你要包容那些意见跟你不同的人，这样子日子比较好过。你要是一直想改变他，那样子你会很痛苦。要学学怎样忍受他才是。你要学学怎样包容他才是。三四、修行就是修正自己错误的观念。三五、医生难医命终之人，佛陀难渡无缘的众生。三六、一个人如果不能从内心去原谅别人，那他就永远不会心安理得。三七、心中装满着自己的看法与想法的人，永远听不见别人的心声。三八、毁灭人只要一句话，培植一个人却要千句话，请你多口下留情。三九、当你劝告别人时，若不顾及别人的自尊心，那么再好的言语都没有用的。四十、不要在你的智慧中夹杂着傲慢。不要使你的谦虚心缺乏智慧。四一、根本不必回头去看咒骂你的人是谁?如果有一条疯狗咬你一口，难道你也要趴下去反咬他一口吗?四二、忌妒别人，不会给自己增加任何的好处。忌妒别人，也不可能减少别人的成就。四三、永远不要浪费你的一分一秒，去想任何你不喜欢的人。四四、多少人要离开这个世间时，都会说出同一句话，这世界真是无奈与凄凉啊!四五、恋爱不是慈善事业，不能随便施舍的。感情是没有公式，没有原则，没有道理可循的。四六、请你用慈悲心和温和的态度，把你的不满与委屈说出来，别人就容易接受。四七、创造机会的人是勇者。等待机会的人是愚者。四八、能说不能行，不是真智慧。四九、多用心去倾听别人怎么说，不要急着表达你自己的看法。五十、同样的瓶子，你为什么要装毒药呢?同样的心理，你为什么要充满着烦恼呢?五一、得不到的东西，我们会一直以为他是美好的，那是因为你对他了解太少，没有时间与他相处在一起。当有一天，你深入了解后，你会发现原不是你想像中的那么美好。五二、这个世间只有圆滑，没有圆满的。五三、修行要有耐性，要能甘于淡泊，乐于寂寞。五四、活着一天，就是有福气，就该珍惜。当我哭泣我没有鞋子穿的时候，我发现有人却没有脚。五五、多一分心力去注意别人，就少一分心力反省自己，你懂吗?五六、眼睛不要老是睁得那么大，我且问你，百年以后，那一样是你的。五七、欲知世上刀兵劫，但听屠门夜半声。不要光埋怨自己多病，灾祸横生，多看看横死在你刀下的众生又有多少?五八、憎恨别人对自己是一种很大的损失。五九、每一个人都拥有生命，但并非每个人都懂得生命，乃至于珍惜生命。不了解生命的人，生命对他来说，是一种惩罚。六十、自以为拥有财富的人，其实是被财富所拥有。六一、情执是苦恼的原因，放下情执，你才能得到自在。六四、当你对自己诚实的时候，世界上没有人能够欺骗得了你。六五、用伤害别人的手段来掩饰自己缺点的人，是可耻的。六七、在你贫穷的时候，那你就用身体去布施，譬如说扫地、洒水、搬东西等，这也是一种布施。六八、内心充满忌妒，心中不坦白，言语不正的人，不能算是一位五官端正的人。六九、默默的关怀与祝福别人，那是一种无形的布施。七十、多讲点笑话，以幽默的态度处事，这样子日子会好过一点。七一、与人相处之道，在于无限的容忍。七二、不要刻意去猜测他人的想法，如果你没有智慧与经验的正确判断，通常都会有错误的。七三、要了解一个人，只需要看他的出发点与目的地是否相同，就可以知道他是否真心的。七四、人生的真理，只是藏在平淡之中。七五、不洗澡的人，硬擦香水是不会香的。名声与尊贵，是来自于真才实学的。有德自然香。七六、与其你去排斥它已成的事实，你不如去接受它。七七、佛菩萨只保佑那些肯帮助自己的人。七八、逆境是成长必经的过程，能勇于接受逆境的人，生命就会日渐的茁壮。七九、你要感谢告诉你缺点的人。八十、能为别人设想的人，永远不寂寞。八一、如果你能像看别人缺点一样，如此准确般的发现自己的缺点，那么你的生命将会不平凡。八二、原谅别人，就是给自己心中留下空间，以便回旋。八三、时间总会过去的，让时间流走你的烦恼吧!八四、你硬要把单纯的事情看得很严重，那样子你会很痛苦。八五、永远扭曲别人善意的人，无药可救。八六、人不是坏的，只是习气罢了，每个人都有习气，只是深浅不同罢了。只要他有向道的心，能原谅的就原谅他，不要把他看做是坏人。八七、说一句谎话，要编造十句谎话来弥补，何苦呢?八八、其实爱美的人，只是与自己谈恋爱罢了。八九、世界上没有一个永远不被毁谤的人，也没有一个永远被赞叹的人。当你话多的时候，别人要批评你，当你话少的时候，别人要批评你，当你沈默