广东设计标准化05-涵洞标准化设计宣贯

1、广东省公路勘察规划设计院股份有限公司广东省公路勘察规划设计院股份有限公司20142014年年8 8月月目目 录录 1以往设计、施工中存在的主要问题以往设计、施工中存在的主要问题 2参考图的基本情况参考图的基本情况 3参考图的结构计算参考图的结构计算 4 5普通钢筋布置普通钢筋布置 6技术经济指标分析技术经济指标分析 7使用注意事项及适用范围使用注意事项及适用范围参考图的专题研究与技术改进参考图的专题研究与技术改进一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题 1、问卷调查问卷调查成立专门调查小组，设置涵洞专题的研究问卷，发往建设、管理单位开展调研； 2、现场调研现场调研2

2、012年78月，赴广惠、广肇、湛徐、茂湛、渝湛、京珠南及粤赣等高速公路现场调研，与养护管理人员座谈，了解运营期涵洞病害情况，以及对设计改善的意见、建议； 3、检测报告检测报告收集收集收集涵洞定期检查报告：广深（2009年）、湛徐（20112012年度）、茂湛 （2010年）、渝湛（ 2010年）、广肇（2010年）、广清（2009年）、粤赣（2011年）。 4、标准图收集标准图收集收集交通部、广东省和其他省院等15家单位的标准图（参考图），进行对比分析。一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题调研方式与对象调研方式与对象 一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设

3、计、施工中存在的主要问题调研方式与对象调研方式与对象 2012年年8月，我司组织调查小组，并邀请潮惠业主、设计总体单位代月，我司组织调查小组，并邀请潮惠业主、设计总体单位代表共赴表共赴公路涵洞设计细则公路涵洞设计细则编写单位编写单位河北省交通规划设计院调研。河北省交通规划设计院调研。使用情况使用情况梅大高速（粤东）韶赣高速（粤北）云罗高速（粤西）西二环高速（粤中）包茂高速（粤西）潮惠高速（粤东）盖板涵：盖板涵：使用频率最高(224个)，常用跨径4m(71.5%)，通车项目无6m跨径，设计项目中占一定比例，其他跨径占比例不高，分布较分散，常用净高3m、3.5m、4m，填土范围0.510.95m。

4、圆管涵：圆管涵：使用广泛(215个)，常用孔径D150cm占97.3%，填土高度范围为0.513.95m。箱涵：箱涵：相对较少使用(70个) ，所用到箱涵的项目中，跨径为4m、6m的类型相对多些。拱涵：拱涵：平原区较少使用，部分山区公路使用(68个)，远低于盖板涵，跨径有3m、4m、5m，未见小跨径，填土高度范围322.7m。已通车项目设计项目一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题功能性病害功能性病害 洞口堵塞、洞内淤积洞口堵塞、洞内淤积洞口阻塞洞口阻塞洞口长草洞口长草洞内泥沙淤积洞内泥沙淤积高速公路圆管涵孔径取消高速公路圆管涵孔径取消1.01.0和和1.25m,

5、1.25m,采用采用1.51.5和和1.8m1.8m。一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题功能性病害功能性病害 l危害：危害：影响涵洞排水功能，造成路基排水不畅、河道宣泄功能减弱；l原因：原因：涵底设计高程与实际不符，洞口后期沉降较大，洞口平面与河道衔接不顺，堵塞物清理不及时，涵底纵坡偏小；l措施建议：措施建议：涵洞位置及数量应整体考虑、合理布设，尽量减少后期沉降，养护部门及时对洞口、洞内的堵塞物及锥坡长草进行清理；高速公路建议选择孔径不小于1.5m的圆管涵，方便清淤。洞口堵塞、洞内淤积洞口堵塞、洞内淤积一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在

6、的主要问题功能性病害功能性病害 通道涵长时间水浸、通道涵长时间水浸、涵顶刮擦、涵洞废弃涵顶刮擦、涵洞废弃涵洞废弃涵洞废弃 通道涵水浸通道涵水浸涵顶刮擦涵顶刮擦 盖板涵、箱涵和拱盖板涵、箱涵和拱涵均增设涵均增设5m5m净高的净高的涵洞类型。涵洞类型。一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题功能性病害功能性病害 l危害：危害：影响通道涵的正常使用，给周边交通的出行造成困难，影响安定团结；l原因：原因：涵内排水系统不畅或未设置；涵洞净空不足，超高车辆违规通行；管理不善，涵洞遭废弃；l措施建议：措施建议：应根据衔接道路实际情况，合理设置纵坡，尽量避免洞身位于凹曲线底部，洞内

7、设置排水设施并保持排水顺畅，养护部门及时疏浚；设置明显的限高标志，必要时设限高门架。水浸、涵顶刮擦、废弃水浸、涵顶刮擦、废弃一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害技术性病害 斜裂缝斜裂缝纵向裂缝纵向裂缝 网状裂缝网状裂缝各类裂缝病害各类裂缝病害一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害技术性病害 各类裂缝病害各类裂缝病害纵向裂缝纵向裂缝拱顶纵裂拱顶纵裂 横向裂缝横向裂缝 墙身竖裂墙身竖裂 严格按照强度和裂缝双严格按照强度和裂缝双标准控制配筋。标准控制配筋。一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要

8、问题技术性病害技术性病害 l危害：危害：导致钢筋锈蚀，危害结构安全l原因：原因：温度影响和混凝土收缩引起表面短细裂缝；结构厚度偏小、配筋不够、超载和不均匀沉降等原因引起结构性裂缝；施工措施不当导致施工裂缝；l措施：措施：采用更合理的结构尺寸和配筋率（适当考虑超载影响），加强防裂钢筋网的设置；严格施工措施，保证施工质量；各类裂缝病害各类裂缝病害一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害技术性病害 底部涌砂底部涌砂 填料脱落填料脱落 沉降缝渗水沉降缝渗水沉降缝错台沉降缝错台 沉降缝病害沉降缝病害细化防止细化防止沉降缝沉降缝渗水涌砂的措施。渗水涌砂的措施。一、以往

9、设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害技术性病害 l危害：危害：水流冲刷将台背回填砂带出，造成台背淘空。l原因：原因：不均匀沉降引起错台现象；填缝料填塞不密实、老化脱落致使沉降缝渗水，水流将台背回填砂带出，产生涌砂现象，造成台背淘空。l措施建议：措施建议：填缝料宜采用热沥青浸泡麻絮，不宜采用乳化沥青浸泡；盖板涵的预制盖板顶面加铺油毛毡层；盖板涵、箱涵台后回填砂改为非黏性土。沉降缝病害沉降缝病害一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害技术性病害 其其 他他 病病 害害1 1、执行防腐规范有关砼标号和保护层厚度的规定，解决砼剥落

10、的问题；、执行防腐规范有关砼标号和保护层厚度的规定，解决砼剥落的问题；2 2、在在八字墙边缘外加铺八字墙边缘外加铺2m2m长的铺砌，解决洞口铺砌冲刷的问题。长的铺砌，解决洞口铺砌冲刷的问题。一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题病害汇总及预防建议病害汇总及预防建议 现场调查还收集到的其他常见病害如下：现场调查还收集到的其他常见病害如下： 软基段涵洞两侧出现明显的跳车现象；软基段涵洞两侧出现明显的跳车现象； 浆砌片石和块石砼施工质量难保证，维修人员紧缺；浆砌片石和块石砼施工质量难保证，维修人员紧缺； 通道口积水现象，洞口的横向排水沟及其盖板破损较严重。通道口积水现象

11、，洞口的横向排水沟及其盖板破损较严重。一、以往设计、施工中存在的主要问题一、以往设计、施工中存在的主要问题二、参考图的基本情况二、参考图的基本情况二、二、参考图的基本情况参考图的基本情况(1) 技术标准技术标准技术标准技术标准 设计基准期：设计基准期：100年；年； 汽车荷载等级：公路汽车荷载等级：公路-级；级； 设计安全等级：三级；设计安全等级：三级； 环境类别：环境类别：类（一般环境）；类（一般环境）；二、二、参考图的基本情况参考图的基本情况(2) 圆管涵圆管涵编制内容编制内容圆管涵孔径为圆管涵孔径为1.5m、1.8m。(3) 盖板涵盖板涵二、参考图的基本情况二、参考图的基本情况(4) 箱

12、涵箱涵编制内容编制内容二、参考图的基本情况二、参考图的基本情况(5) 拱涵拱涵编制内容编制内容二、参考图的基本情况二、参考图的基本情况主要构造尺寸主要构造尺寸(1) 圆管涵圆管涵圆管涵孔径为圆管涵孔径为1.5m、1.8m；壁厚均采用；壁厚均采用20cm，标准管节长，标准管节长1m，两端通过两端通过0.5m辅助管节及斜管节调整。辅助管节及斜管节调整。二、参考图的基本情况二、参考图的基本情况主要构造尺寸主要构造尺寸(2) 盖板涵盖板涵 预制盖板标准宽度预制盖板标准宽度取取99cm，现浇盖板，现浇盖板标准宽度为标准宽度为400cm；盖板厚度、涵台及盖板厚度、涵台及基础尺寸根据不同基础尺寸根据不同的跨

13、径、净高及填的跨径、净高及填土高度计算取值土高度计算取值。二、参考图的基本情况二、参考图的基本情况主要构造尺寸主要构造尺寸(3) 箱涵箱涵 箱涵的顶底板和侧墙的厚度，根据不同的跨径、净高及填土厚度计算箱涵的顶底板和侧墙的厚度，根据不同的跨径、净高及填土厚度计算取值。顶底板厚度从取值。顶底板厚度从0.3m0.7m，侧墙厚度从，侧墙厚度从0.28m0.6m。二、参考图的基本情况二、参考图的基本情况主要构造尺寸主要构造尺寸(4) 拱涵拱涵拱圈的矢跨比为拱圈的矢跨比为 1/2；4m跨径拱涵的拱圈厚度为跨径拱涵的拱圈厚度为50cm，6m跨径拱涵的拱跨径拱涵的拱圈厚度为圈厚度为70cm；涵台、护拱及基础尺

14、寸根涵台、护拱及基础尺寸根据不同的跨径、净高及填据不同的跨径、净高及填土厚度计算取值。土厚度计算取值。三、三、参考图的结构计算参考图的结构计算三、三、参考图的结构计算参考图的结构计算(1) 设计基准期设计基准期04桥规桥规结构耐久性结构耐久性采用值：设计基准期采用值：设计基准期100100年。年。(2) 涵洞环境类别与环境作用等级涵洞环境类别与环境作用等级 0606防腐规范防腐规范环境分类及作用等级环境分类及作用等级 广东省属热带和亚热带季风气候区，基本无冻融环境和除冰盐环境。 涵洞所处一般环境：整体埋于土中、温湿度相对稳定；盖板、拱圈处于非干湿交替的室外环境，而涵身为表面频繁与水接触的干湿交

15、替构件，底板靠近地表、湿度受地下水位影响。沿海个别地区可能处于有腐蚀性环境。采用值：考虑采用值：考虑“一般环境一般环境”，作用等级确定为盖板、拱圈为，作用等级确定为盖板、拱圈为B B级，其他为级，其他为C C级。级。结构耐久性结构耐久性三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算(3) 混凝土材料要求混凝土材料要求 结合以往工程经验，若结合以往工程经验，若混凝土强度用到混凝土强度用到C40C40，现，现浇大体积混凝土的水化热浇大体积混凝土的水化热较大，混凝土表面易产生较大，混凝土表面易产生早期裂纹。早期裂纹。结构耐久性结构耐久性三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算(4) 混凝土最小保护层混凝土

16、最小保护层c cminmin=40mm=40mm，CCc cminmin+ + 注：实际采用砼等级比上表规定低注：实际采用砼等级比上表规定低5Mpa5Mpa，相应保护层厚度比规定，相应保护层厚度比规定增加增加5 510mm10mm；低；低10Mpa10Mpa，增加，增加101015mm15mm。施工误差：施工误差：预制预制0mm，现浇，现浇5mm保护层最小厚度保护层最小厚度保护层设计厚度保护层设计厚度结构耐久性结构耐久性三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算环境作用等级砼强度等级主筋最小保护层厚度(mm)净保护层厚度(mm)圆管涵CC404030盖板、拱圈BC353530盖板涵、拱涵的涵台、

17、基础CC305530箱 涵CC355030 上表为根据上表为根据“设计标准化第一、第二次专家委员会设计标准化第一、第二次专家委员会的会议纪要的会议纪要”及后期讨论后所得的结论。及后期讨论后所得的结论。结构耐久性结构耐久性三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算结构耐久性结构耐久性(5) 裂缝宽度限制裂缝宽度限制 0606防腐规范防腐规范第第4.3.104.3.10条条 干湿交替的一般环境裂缝干湿交替的一般环境裂缝宽度不超过宽度不超过0.25mm0.25mm； 0404桥规桥规第第6.4.26.4.2条条 类环境的钢筋砼构件裂缝宽度类环境的钢筋砼构件裂缝宽度不超过不超过0.20mm0.20mm。

18、 采用值：裂缝宽度限制采用值：裂缝宽度限制0.20mm0.20mm。三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算(1) 材料参数取值材料参数取值 重力密度：填土重力密度：填土19kN/m19kN/m3 3，砼，砼( (片石砼片石砼) 25kN/m) 25kN/m3 3，钢筋砼，钢筋砼26kN/m26kN/m3 3； 内摩擦角：回填土内摩擦角：回填土3030，回填砂，回填砂3535； 钢筋抗拉强度设计值：钢筋抗拉强度设计值：HPB300 HPB300 、HRB400HRB400分别为分别为250MPa 250MPa 和和330MPa330MPa； 素砼抗拉、压强度设计值采用素砼抗拉、压强度设计值采用

19、0505圬工规范圬工规范规范取值；规范取值； 钢筋砼拉、压强度设计值采用钢筋砼拉、压强度设计值采用0404桥规桥规规范取值。规范取值。参数取值参数取值三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算(2) 安全等级安全等级采用值：安全等级为三级，重要性系数采用值：安全等级为三级，重要性系数 0 00.90.9 ， 严格以承载能力和裂缝双控。严格以承载能力和裂缝双控。04桥规 07涵洞细则 参数取值参数取值 三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算参数取值参数取值 荷载等级：公路荷载等级：公路I I级，车辆荷载。级，车辆荷载。 车辆荷载引起的竖向土压力：车辆荷载引起的竖向土压力：车轮按其着地面积的边缘向

20、下车轮按其着地面积的边缘向下3030角进角进行分布行分布，当几个车轮的压力扩散线重叠时，扩散面积以最外边的扩散，当几个车轮的压力扩散线重叠时，扩散面积以最外边的扩散线为准。线为准。暗涵不考虑冲击系数。暗涵不考虑冲击系数。 车辆荷载引起的土侧压力：换算成等代均布土层厚度计算。车辆荷载引起的土侧压力：换算成等代均布土层厚度计算。(3) 汽车荷载汽车荷载横向布置横向布置纵向布置纵向布置三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算参数取值参数取值 填土高度大于填土高度大于8m8m的涵洞计算中，不考虑车辆荷载产生的影响，的涵洞计算中，不考虑车辆荷载产生的影响，仅考虑涵身自重、竖向和水平向土压力，并进行荷载组

21、合仅考虑涵身自重、竖向和水平向土压力，并进行荷载组合 。 超重车仅对低填土涵洞受力影响较大。超重车仅对低填土涵洞受力影响较大。三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算(4) 竖向压力强度增大系数竖向压力强度增大系数参数取值参数取值07涵洞细则涵洞细则K K值随值随h/Dh/D呈先增呈先增大后减小的趋势大后减小的趋势 涵顶填土竖向压力强度涵顶填土竖向压力强度q qv v=Kh=Kh三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算 地震主动土压力按地震主动土压力按公路工程抗震规范公路工程抗震规范JTJ B02-2013附录附录A考虑，考虑，取设计基本地震动峰值加速度为取设计基本地震动峰值加速度为0.20g

22、（0.30g）的水上情况，地震角按）的水上情况，地震角按3进行计算；水平地震惯性力按进行计算；水平地震惯性力按公路工程抗震规范公路工程抗震规范JTJ B02-2013第第9.0.3条和第条和第7.2.3条考虑。在地震液化地区，涵洞基础应与路基加固措条考虑。在地震液化地区，涵洞基础应与路基加固措施同时考虑。施同时考虑。 经计算，考虑地震作用的偶然组合荷载效应比不考虑地震作用的基经计算，考虑地震作用的偶然组合荷载效应比不考虑地震作用的基本组合荷载效应小，因此地震作用不控制结构受力。本组合荷载效应小，因此地震作用不控制结构受力。参数取值参数取值 (5) 地震因素地震因素三、参考图的结构计算三、参考图

23、的结构计算 根据根据细则细则的规定，箱涵体内外的温度变化值可按的规定，箱涵体内外的温度变化值可按(10(101515o oC)C)考虑；从上表看考虑；从上表看出温差对箱涵结构的受力影响较大，故设计考虑温差出温差对箱涵结构的受力影响较大，故设计考虑温差1515进行设计。进行设计。参数取值参数取值 (6) 温度作用影响温度作用影响三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算计算分析计算分析 (1) 涵洞的泄水能力及水力计算涵洞的泄水能力及水力计算三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算(2) 圆管涵圆管涵三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算 根据根据0707涵洞细则涵洞细则，混凝土圆管涵的设计仅考

24、虑车辆荷载、圆管涵自，混凝土圆管涵的设计仅考虑车辆荷载、圆管涵自重和填土产生的等效荷载的作用组合。不计算管壁环向压力和径向剪力，重和填土产生的等效荷载的作用组合。不计算管壁环向压力和径向剪力，仅考虑弯矩作用效应。仅考虑弯矩作用效应。 填土和汽车荷载：填土和汽车荷载： M= 0.137q R0.137q R2 2（1- 1-） =tan2(45-/2) 圆管自重：圆管自重： M=0.369tR2 混凝土圆管涵结构应按混凝土圆管涵结构应按0404桥规桥规的规定进行承载能力极限状态的承载的规定进行承载能力极限状态的承载能力能力( (强度强度) )和正常使用极限状态下的裂缝宽度的验算。和正常使用极限状

25、态下的裂缝宽度的验算。 计算分析计算分析 盖板两端简支盖板两端简支涵台两端简支涵台两端简支涵台与盖板铰接涵台与盖板铰接与基础固结与基础固结(1)(1)盖板的长度与宽度之比大于等于盖板的长度与宽度之比大于等于2 2时，按简支单向板计算。时，按简支单向板计算。 (2)(2)分离式涵台分离式涵台: :作为上下端简支的竖梁计算。作为上下端简支的竖梁计算。(3)(3)整体式涵台身按上端与盖板不可移动的铰接、下端与基础固结计算。整体式涵台身按上端与盖板不可移动的铰接、下端与基础固结计算。(3) 盖板涵盖板涵(EXCEL表格计算)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算计算分析计算分析 (3) 盖板涵盖板涵

26、(EXCEL表格计算)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算高填土整体式盖板涵与基础底板框架计算模型高填土整体式盖板涵与基础底板框架计算模型位移法位移法计算分析计算分析 (3) 盖板涵盖板涵(现浇盖板的合理宽度分析)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算 结论：结论：L0=2、4、6m盖板涵，当盖板涵，当B1=400cm,现浇板钢筋含量与预制单向板钢筋现浇板钢筋含量与预制单向板钢筋含量相差不大，取含量相差不大，取B1=400m是经济合理的且现浇板宽不至于过小。是经济合理的且现浇板宽不至于过小。最大最大弯矩弯矩处处最大最大弯矩弯矩处处涵涵长长向向涵涵长长向向跨径向跨径向跨径向跨径向计算分析计

27、算分析 (4) 箱涵箱涵三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算 采用矩形框架超静定结构计算，涵底地基反力假设为直线分布。采用矩形框架超静定结构计算，涵底地基反力假设为直线分布。 边界条件：刚性约束底板水平方向位移。边界条件：刚性约束底板水平方向位移。 考虑车辆荷载、覆土竖向压力、台侧主动土压力和涵身自重；不考虑剪切变考虑车辆荷载、覆土竖向压力、台侧主动土压力和涵身自重；不考虑剪切变形、砼收缩效应，形、砼收缩效应，涵体内外的温度变化按涵体内外的温度变化按1515o oC C考虑。考虑。 荷载施加：横、纵向车轮布置按公路的车辆荷载方式布置。荷载施加：横、纵向车轮布置按公路的车辆荷载方式布置。mi

28、das板单元板单元计算分析计算分析 (4) 箱涵箱涵(斜交箱涵整体扭转)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算有限元模型图有限元模型图荷载施加荷载施加约束约束约束约束涵端延长段涵端延长段 斜交角度斜交角度30时，斜交箱涵的整体扭时，斜交箱涵的整体扭矩较大，对于斜交角度矩较大，对于斜交角度30，本次标准图，本次标准图不推荐采用一字墙。不推荐采用一字墙。计算分析计算分析 (4) 箱涵箱涵(一字墙计算)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算单元类型：单元类型：板单元板单元边界条件：边界条件：涵身侧固结，不考虑墙涵身侧固结，不考虑墙前土体对一字墙约束。前土体对一字墙约束。荷载：荷载：一字墙自重、墙

29、后主动土压一字墙自重、墙后主动土压力力( (分解为：垂直于墙面的正压力和分解为：垂直于墙面的正压力和平行于墙面的摩擦力平行于墙面的摩擦力) )，不考虑墙前，不考虑墙前被动土压力，考虑地震作用。被动土压力，考虑地震作用。配筋率：配筋率：166kg/m166kg/m3 3一字墙一字墙midasmidas模型模型( (悬臂结构悬臂结构) )主弯矩主弯矩( (左图左图) )和对应的主轴力和对应的主轴力计算分析计算分析 (5) 拱涵拱涵(全断面计算模型)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算拱圈按无铰拱计算，拱圈按无铰拱计算，矢跨比采用矢跨比采用1/21/2。拱脚与涵台身固结，涵台身与整体式基础拱脚与

30、涵台身固结，涵台身与整体式基础固结，形成弹性框架结构解算内力。固结，形成弹性框架结构解算内力。边界条件：在边界条件：在拱圈侧、涵台侧、基础底设置弹性支撑。拱圈侧、涵台侧、基础底设置弹性支撑。不考虑曲率、剪切变形、温度作用效应和混凝土收缩效应，考虑弹性压缩的影响。不考虑曲率、剪切变形、温度作用效应和混凝土收缩效应，考虑弹性压缩的影响。不考虑车辆荷载，仅考虑覆土竖向压力、台侧主动土压力和涵身自重。不考虑车辆荷载，仅考虑覆土竖向压力、台侧主动土压力和涵身自重。计算分析计算分析 (5) 拱涵拱涵(拱圈弹性压缩的影响)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算结论：弹性压缩对内力的影响不可忽略。结论：弹性

31、压缩对内力的影响不可忽略。Midas模型已计入弹性压缩计算分析计算分析 (5) 拱涵拱涵(矢跨比分析)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算结论：失跨比采用结论：失跨比采用1/2 1/2 对拱圈受力有利。对拱圈受力有利。净宽净高65拱顶填土厚15mm侧10000m底80000单位：kN,m矢跨比拱肋最大弯矩拱脚最大弯矩底板最大弯矩地基应力1/2432270668832.81/2.5433333652848.81/3473418644857.7计算分析计算分析 (5) 拱涵拱涵(地基类型不同，m值影响)三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算 若考虑涵台、地基与拱圈的共同若考虑涵台、地基与拱圈

32、的共同作用，地基抗力系数对拱圈和底板作用，地基抗力系数对拱圈和底板内力产生较大的影响。内力产生较大的影响。 右表为不同右表为不同m m值在覆土竖向压力值在覆土竖向压力作用下拱圈和底板内力变化的比较。作用下拱圈和底板内力变化的比较。结论：结论： m m值增大，拱圈、底板的内值增大，拱圈、底板的内力、应力均减小（拱圈轴力除力、应力均减小（拱圈轴力除外），台身应力也减小，但基外），台身应力也减小，但基底压力增大。底压力增大。 m m值增大，拱顶正弯矩减小，值增大，拱顶正弯矩减小，拱脚负弯矩减小并有可能变成拱脚负弯矩减小并有可能变成正弯矩。正弯矩。 本次设计取本次设计取m=80000kN/mm=800

33、00kN/m4 4 进行计算。进行计算。 计算分析计算分析 (6) 八字墙八字墙三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算1 1、单元类型：实体单元、单元类型：实体单元2 2、边界条件：基础底为竖向只受压；约束基础侧的水平向线位移；、边界条件：基础底为竖向只受压；约束基础侧的水平向线位移；3 3、荷载：八字墙自重、墙后、荷载：八字墙自重、墙后( (含基础含基础) )主动土压力主动土压力( (分解为：垂直于墙面的正压力和平行于墙分解为：垂直于墙面的正压力和平行于墙面的摩擦力面的摩擦力) ) 、考虑地震作用；、考虑地震作用；4 4、结构尺寸调整：、结构尺寸调整：墙顶厚度由原来的墙顶厚度由原来的40c

34、m40cm增加至增加至55cm55cm，台背斜度由，台背斜度由4 4：1 1调整为调整为3.53.5：1 1；基；基底应力不大于底应力不大于200kpa200kpa。5 5、八字墙张角：考虑墙后土压力的影响，、八字墙张角：考虑墙后土压力的影响，对盖板涵、箱涵和拱涵，因墙高较高，张角取为对盖板涵、箱涵和拱涵，因墙高较高，张角取为2020；圆管涵因墙高较矮，张角取为；圆管涵因墙高较矮，张角取为3030。八字墙八字墙midasmidas的的3D3D模型模型最大拉应力：最大拉应力：0.4MPa0.4MPa最大压应力最大压应力: 0.28MPa: 0.28MPa计算分析计算分析 四、四、参考图的专题研究

35、及改进措施参考图的专题研究及改进措施(1)、高填方涵洞地基承载力与稳定性、高填方涵洞地基承载力与稳定性 四、四、参考图的专题研究及改进措施参考图的专题研究及改进措施 以往涵洞地基承载力基本容许值的计算直接采用上部荷载所产生地基应力，没有考虑侧填土对地基容许承载力的提高作用，使得涵洞地基加固设计偏于保守，造成较大的投资浪费。公路桥涵地基与基础设计规范第3.3.4条考虑深度和宽度修正边界条件是基于无限体，涵洞地基与其边界条件不符合。 01 12 2(2)(3)aaffkbkh专题研究专题研究 l采用三维空间程序采用三维空间程序ABAQUS，对，对填高填高20m的的D1.5圆管涵、圆管涵、6x5m盖

36、板涵、盖板涵、6x5m拱涵进行分析。拱涵进行分析。l 分析分别采用天然地基承载能力分析分别采用天然地基承载能力150kPa、280kPa两种地基情况两种地基情况分析其受力和稳定性。分析其受力和稳定性。l下面以下面以6X5m盖板涵，天然地基盖板涵，天然地基承载李承载李280kPa为例介绍。为例介绍。四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施沿路表面中线竖向位移（U3）变化曲线 土体位移土体位移 计算得出涵洞位置的竖向沉降小于一般路堤的竖向沉降，涵洞位置路表沉降值为计算得出涵洞位置的竖向沉降小于一般路堤

37、的竖向沉降，涵洞位置路表沉降值为8.14cm，一般路堤表面中心沉降值为，一般路堤表面中心沉降值为9.22 cm，涵洞顶和一般路堤的沉降差为，涵洞顶和一般路堤的沉降差为1.08 cm。 土体的最大位移发生在路堤两侧坡脚处，最大水平位移为土体的最大位移发生在路堤两侧坡脚处，最大水平位移为1.776 cm，涵洞所处位，涵洞所处位置土体的水平位移很小，地基和路堤具有较好的稳定性。置土体的水平位移很小，地基和路堤具有较好的稳定性。-60-40-2002040609.49.29.08.88.68.48.28.0沉降 (cm)距中心点距离 (m)土体水平位移（U2）分布云图 专题研究专题研究 四、参考图的专

38、题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施 涵洞顶土压力涵洞顶土压力涵洞位置最大土压力为涵洞位置最大土压力为516.4kPa，一般路堤处土压力值，一般路堤处土压力值为为364.4kPa，则马斯顿效应的涵洞荷载放大系数为，则马斯顿效应的涵洞荷载放大系数为1.31。专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施 稳定性分析稳定性分析 按强度折减法进行稳定性分析，通过涵洞中心位置横断面的稳定按强度折减法进行稳定性分析，通过涵洞中心位置横断面的稳定安全系数为安全系数为1.95，一般路堤横断面的稳定安全系数为，一般路堤横断面的稳定安全系数为1.48。沿涵洞中心。沿涵洞

39、中心断面的地基稳定性，要高于一般路堤断面的稳定性，在路堤稳定的情况断面的地基稳定性，要高于一般路堤断面的稳定性，在路堤稳定的情况下，涵洞位置断面即稳定，地基处于弹性平衡状态；下，涵洞位置断面即稳定，地基处于弹性平衡状态； 专题研究专题研究 四、四、参考图的专题研究及改进措施参考图的专题研究及改进措施25201510500500100015002000P (kPa)S (cm)加载作用下涵洞底部中心位置地基土体表面压力和沉降关系（P-S）曲线765432100100200300400500600P (kPa) s (cm)涵洞底部中心位置地基土体表面压力和沉降关系（P-S）曲线 承载力分析承载力

40、分析专题研究专题研究 增大涵洞荷载，获得较完整的涵洞基底地基土增大涵洞荷载，获得较完整的涵洞基底地基土P-S曲线，地曲线，地基土的破坏形式为典型的局部剪切破坏形式，地基容许承载力基土的破坏形式为典型的局部剪切破坏形式，地基容许承载力可考虑按涵洞结构允许的沉降变形来控制可考虑按涵洞结构允许的沉降变形来控制四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施 分析地基土在涵洞和路堤荷载作用下的承载力特性，一般路分析地基土在涵洞和路堤荷载作用下的承载力特性，一般路堤底部中心点处荷载与位移之间基本呈线性关系，说明地基土处堤底部中心点处荷载与位移之间基本呈线性关系，说明地基土处于弹性阶段，地基处

41、于安全状态于弹性阶段，地基处于安全状态 以涵洞地基工后沉降不大于以涵洞地基工后沉降不大于20cm为控制条件，在不同的地基条为控制条件，在不同的地基条件和涵顶填土高度情况下，按沉降控制的地基承载力容许值均大件和涵顶填土高度情况下，按沉降控制的地基承载力容许值均大于规范公式修正值于规范公式修正值专题研究专题研究 下表为净跨径净高为4.0 4.0m的盖板涵在不同填土高度下的fa0对比：四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施专题研究专题研究 填土高填土高Th(m)Th(m)地基承载力基本容许值地基承载力基本容许值fa0fa0以往项目以往项目此次参考图此次参考图2.0Th4.02.

42、0Th4.01501501001004.0Th6.04.0Th6.01501501201206.0Th8.06.0Th8.01501501201208.0Th10.08.0Th10.020020016016010.0Th12.010.0Th12.025025016016012.0Th14.012.0Th14.030030018018014.0Th16.014.0Th16.038038020020016.0Th18.016.0Th18.0420420200200四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施整体式盖板涵与基础底板框架计算模型 (2)、高填土整体式盖板暗涵力学分析及造

43、价对比、高填土整体式盖板暗涵力学分析及造价对比 专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施基本组合荷载效应弯矩图（基本组合荷载效应弯矩图（8.0mTh10m） -1375.3 422.1 -17.2 324.4 -17.2 17.2 17.2 -324.4 1591.0 1591.0 1591.0 1591.0 -6.7 1591.01591.01550.21431.91233.3954.8597.9154.4-6.71591.01591.01550.21431.91233.3954.8597.9154.4-6.7-6.7154.4597.9954.8123

44、3.31431.91550.2-17.2-25.125.1-76.876.8-146.2146.2-244.1244.1-6.7154.4597.9954.81233.31431.91550.2-324.4324.4-200.3200.3-108.2108.2-42.842.816.7-16.717.2146.2-244.1244.1324.4-200.3200.3-108.2108.2-42.842.816.7-16.717.2-17.2-25.125.1-76.876.8-146.2-324.45.9 26.3422.1-122.3-511.1-836.5-1085.3-1257.5-13

45、53.4-1375.3-1336.5-1221.6-1030.3-762.3-419.0109.490.514.65.9 26.3422.1-122.3-511.1-836.5-1085.3-1257.5-1353.4-1375.3-1336.5-1221.6-1030.3-762.3-419.0109.490.514.662.962.9212.9-323.2-683.2-970.5-1180.9-1314.9-1372.7-1365.4-1288.6-1135.5-905.9-599.1-224.3318.941.1212.9-323.2-683.2-970.5-1180.9-1314.9-

46、1372.7-1365.4-1288.6-1135.5-905.9-599.1-224.3318.941.114.6 41.1318.9-224.3-599.1-905.9-1135.5-1288.6-1365.4-1372.7-1314.9-1180.9-970.5-683.2-323.2212.962.95.914.6 41.1318.9-224.3-599.1-905.9-1135.5-1288.6-1365.4-1372.7-1314.9-1180.9-970.5-683.2-323.2212.962.95.990.590.5109.4-419.0-762.3-1030.3-1221.

47、6-1336.5-1375.3-1353.4-1257.5-1085.3-836.5-511.1-122.3422.126.3109.4-419.0-762.3-1030.3-1221.6-1336.5-1375.3-1353.4-1257.5-1085.3-836.5-511.1-122.3422.126.3专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施6.0 x5.0m(8.0mTh10m)整体式盖板底板厚度整体式盖板底板厚度参数结果表参数结果表 当基础底板与涵身线刚比当基础底板与涵身线刚比越大，涵身外侧受拉弯矩越小越大，涵身外侧受拉弯矩越小，底板节点下侧受

48、拉弯矩越小，底板跨中上侧受拉弯矩则，底板节点下侧受拉弯矩越小，底板跨中上侧受拉弯矩则越大。越大。底板厚度底板厚度(cm)涵身厚涵身厚度度(cm)底板与涵底板与涵身线刚度身线刚度比比涵台底弯矩涵台底弯矩(kNm)底板节点弯矩底板节点弯矩(kNm)底板跨中弯矩底板跨中弯矩(kNm)120707.4 530.6 626.7 -1161.1 1507014.5 402.6 499.1 -1296.0 1807025.0 346.6420.5-1372.1专题研究专题研究 从涵身、底板的外形、尺寸配筋形式出发，比较各种类型的配筋形从涵身、底板的外形、尺寸配筋形式出发，比较各种类型的配筋形式对盖板涵经济指

49、标的影响。式对盖板涵经济指标的影响。 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施类型类型1-a（圬工（圬工-圬工圬工-钢筋砼）一般构造钢筋砼）一般构造涵身及基础钢筋横断面布置图涵身及基础钢筋横断面布置图专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施类型类型1-b 一般构造一般构造地板局部挖空地板局部挖空类型类型1-c 一般构造一般构造地板中部减薄地板中部减薄专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施类型类型1-d一般构造一般构造台身改为钢筋砼结构台身改为钢筋砼结构地板减薄地板减薄类型类型2 一般构造一般构造专

50、题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施类型类型3台身钢筋构造台身钢筋构造台身基础均改为钢筋砼结构台身基础均改为钢筋砼结构类型类型3基础钢筋构造基础钢筋构造专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施类型类型4台身钢筋构造台身钢筋构造台身基础均采用钢筋砼结构，基础改为台身基础均采用钢筋砼结构，基础改为T形断面形断面类型类型4基础钢筋构造基础钢筋构造专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施6.0 x5.0m盖板涵（盖板涵（8.0mTh10m）造价比较表）造价比较表 配筋类型盖板涵身基础每延

51、米总价造价增加率 (与参考图对比)C35砼（元）钢筋(元)C30砼(元)钢筋(元)C30砼(元)钢筋(元)类型1-a4857 6683 4624 381 6615 2599 25759 类型1-b 4857 6683 6712 381 6956 3054 28644 11.2%类型1-c4857 6683 5320 381 6421 2542 26204 1.7%类型1-d4857 6683 6712 381 5906 2799 27339 6.1%类型24857 6683 4000 3733 4323 2849 26444 2.7%类型34857 6683 3928 3423 3946 63

52、83 29220 13.4%类型44857 6683 3928 3423 3378 6169 28438 10.4%专题研究专题研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施6.0 x5.0m盖板涵（盖板涵（18.0m0.6s853式4.0.10-1 同样的偏心距下，第一类（式同样的偏心距下，第一类（式4.0.8-3）计算得到的承载力是第二类（式）计算得到的承载力是第二类（式4.0.10-1）计算值的）计算值的3.64倍。所以整体式基础盖板涵设计时应尽量调整底板与涵身的线刚度比，使得涵身受力满足第一倍。所以整体式基础盖板涵设计时应尽量调整底板与涵身的线刚度比，使得涵身受力满

53、足第一类圬工偏压构件的要求类圬工偏压构件的要求。 偏心距限值偏心距限值(3)、高填方涵洞的垂直土压力集中系数、高填方涵洞的垂直土压力集中系数Ks取值研究取值研究 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施Ks取值研究取值研究什么是垂直土压力集中系数垂直土压力集中系数Ks的重要性四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施 美国衣阿华大学马斯顿（美国衣阿华大学马斯顿（Marston）教授于）教授于1913年发表了论文年发表了论文沟埋管涵荷载理论及水泥管、陶土管和污水管的试验沟埋管涵荷载理论及水泥管、陶土管和污水管的试验，提出了，提出了马斯顿（马斯顿（Marsto

54、n）理论，上述效应也称之为马斯顿效应。）理论，上述效应也称之为马斯顿效应。Ks取值研究取值研究四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施原填土平面变形后平面ababMarston压力线Marston滑动面（摩阻力）刚性管D地基原填土平面ab刚性管D地基=zkfzz+dz0=(H-He)XZdzHHed等沉面 Marston计算计算模型模型Ks取值研究取值研究四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施各国规范中土压力的计算公式与系数各国规范中土压力的计算公式与系数 Ks取值研究取值研究四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施调研国内外研究成

55、果调研国内外研究成果室内模型试验成果室内模型试验成果现场测试成果现场测试成果现有数值模拟分析成果现有数值模拟分析成果运用数值模拟分析进行补充归纳运用数值模拟分析进行补充归纳研究问题研究问题的思路：的思路：Ks取值研究取值研究主要结论：主要结论：（1）涵洞跨径）涵洞跨径D、填土高度、填土高度H、沟谷宽度、沟谷宽度B、地基土模量、地基土模量Ed与与Ks值值正相关，填土模量正相关，填土模量Et、沟谷坡度、沟谷坡度与与Ks值负相关。值负相关。四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施Ks取值研究取值研究（3）沟谷地形的坡体在一定程度上分担了涵顶土柱重量，降低了）沟谷地形的坡体在一定程

56、度上分担了涵顶土柱重量，降低了涵顶垂直土压力的应力集中，因此建议工程实际中尽可能保留沟槽。涵顶垂直土压力的应力集中，因此建议工程实际中尽可能保留沟槽。（2）随着填土高度）随着填土高度H的增加，涵洞垂直土压力集中系数的增加，涵洞垂直土压力集中系数Ks值呈逐值呈逐渐增大，当渐增大，当H/D=2.55时为最大，之后趋于稳定并略有减小。时为最大，之后趋于稳定并略有减小。四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施涵洞型式涵洞型式边坡坡度边坡坡度（）沟谷宽度沟谷宽度B（m）H/DB/D=3B/D=10B/D20圆管涵圆管涵01.51.72.55451.01.21.31.51.51.790

57、0.60.81.11.31.51.7拱涵拱涵01.51.7451.01.21.31.51.51.7900.60.81.11.31.51.7盖板涵盖板涵01.31.5450.81.01.01.21.31.5900.50.70.91.11.31.5箱涵箱涵01.31.5450.81.01.01.21.31.5900.50.70.91.11.31.5涵洞垂直土压力集中系数涵洞垂直土压力集中系数Ks参考值参考值 Ks取值研究取值研究(4)、高填土涵洞的减载方案探讨、高填土涵洞的减载方案探讨 四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施 目前针对高填方涵洞的减载措施大都是通过调整涵顶平面

58、上覆填土的沉降，来实现将作用在涵顶的填土荷载向台背外侧填土转移，以减小涵顶荷载的目的。 涵洞-填土共同作用机理示意图涵洞减载原理示意减载探讨减载探讨 涵洞的主要减载措施有：涵洞的主要减载措施有：中松侧实法、提高涵台背后填土压实度或采用中松侧实法、提高涵台背后填土压实度或采用低压缩性材料、采用柔性填料（低压缩性材料、采用柔性填料（EPS）、先填后挖法、加筋减载法。）、先填后挖法、加筋减载法。四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施减载探讨减载探讨对涵洞地基进行加固处理时，地基加固后的模量不宜过高，对涵洞地基进行加固处理时，地基加固后的模量不宜过高，在满足地基承在满足地基承载力

59、要求的基础上，应尽量采用柔性的地基处理方法。载力要求的基础上，应尽量采用柔性的地基处理方法。（5）、耐久性）、耐久性 同时考虑公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)和公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范(JTG/T B 07-01-2006)对耐久性的要求，较大地提高了耐久性。四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施改进措施改进措施（6 6）、台后填料）、台后填料盖板涵和箱涵的台后填土采用非黏性土，不只限于中粗砂、石屑、碎石等。四、参考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施改进措施改进措施（7 7）、增大设计范围）、增大设计范围四、参

60、考图的专题研究及改进措施四、参考图的专题研究及改进措施与部颁通用图比较， 圆管涵、盖板涵和拱涵，填土高度扩展至20m。 箱涵，填土高度扩展至6m。a)净跨径增加至6m跨径。改进措施改进措施（8）、其他技术改进）、其他技术改进 为减弱洞口处冲刷，洞口铺砌向外延伸了为减弱洞口处冲刷，洞口铺砌向外延伸了2m。 对沉降缝采取了特殊的防水、防漏砂措施。对沉降缝采取了特殊的防水、防漏砂措施。 涵顶底板主筋未设置起弯，优化后主筋数量增加较少，更容涵顶底板主筋未设置起弯，优化后主筋数量增加较少，更容易保证结点附近的斜截面抗弯承载力，且施工更便利。易保证结点附近的斜截面抗弯承载力，且施工更便利。四、参考图的专题