高速公路涵洞基础设计

1、    高速公路涵洞基础设计    晏炳科 杨文娟 摘要：在地基基础设计中，基础的选型必须根据上部结构的荷载、地基土体的承载力和基础的稳定性各方面的情况进行确定。基础是构造物和地基之间的连接体。关键词：地基处理 设计 基础1.引言涵洞是为了渲泄地面水流而设置的横穿路基的小型排水构造物,其作用是迅速排除公路沿线的地表水,保证路基安全。作为公路工程中的重要组成部分之一,无论是在工程数量还是在工程造价上,都占有相当的比重。可以说,不存在没有涵洞的公路。在涵洞类型的选取上，盖板涵相对于管涵和箱涵而言.它既具有就地取材、结构坚同，造价经济等特点外,对洞顶填土高度要

2、求较低.甚至可以不填土,而且对地基应力要求不高,施工简便,利于修复。因此在高速公路设计当中一般采用盖板涵作为涵洞的主要形式。因此本文主要也将着重介绍盖板涵基础设计。2.涵洞基础设计涵洞基础设计应收集地质资料、水文资料后确定涵洞形式、结构尺寸后进行计算，最后确定基础处理方案。2.1.基础计算结构计算应考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态下的各种最不利组合下进行计算，在这里主要是基础沉降计算和结构稳定性计算。沉降计算仅考虑结构重力和土重，在涵洞设计中主要对地质复杂、地层不均匀及承载力较差的地基上时应验算其沉降，沉降计算的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载长期效应组合。基底稳定性验算旨在保证涵洞不

3、致向一侧倾倒（绕基底的某一轴转动）。具体方法参照公路桥涵地基与基础设计规范进行计算。2.2.基础处理在大多高速公路涵洞设计中要求基底承压应力按平均应力计算，地基承载力应达到一定强度。而现实的地质情况不能达到基础承载强度，沉降验算往往也是通不过的，这个时候就需要对地基进行人工处理了。地基处理方法主要有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法和土挤密桩法等。下面就为大家介绍以下几种主要的基础处理方式： 2.21. 换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。换填材料一

4、般采用承载力较强的砂砾、碎石。垫层较软地基或软土有较大的变形模量和强度，基础底面的压应力通过垫层的扩散作用分布到较大的面积。这样一来对地基的要求就大大降低了。 2.22. 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土，软-流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程，在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。2.2.3. 砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地

5、基，提高地基的承载力和降低压缩性，也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用砂石桩置换处理，使砂石桩与软粘土构成复合地基，加速软土的排水固结，提高地基承载力。2.2.4. 振冲法分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kpa的粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力，减少地基沉降量，还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。 2.2.5. 水泥土搅

6、拌法分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的ph值小于4时不宜采用于法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕，受其搅拌能力的限制，该法在地基承载力大于140kpa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。 2.2.6. 高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土

7、、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，除地基加固外，也可作为深基坑或大坝的止水帷幕，目前最大处理深度已超过30m。 2.2.7. 预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时，可采用天然地基堆载预压法处理，当软土层厚度超过4m时，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程，必须

8、在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。此外，对于湿陷性黄土的地基的处理还要单独的分析，处理。在处理湿陷性黄土地基之前首先要通过计算得到其自重湿陷量和基底以下地基湿陷量的数值，根据计算结果来判定湿陷性黄土的湿陷等级；最后根据其湿陷性等级、结构物分类和水流特征，采取相应的措施和处理方案以满足沉降控制要求，一般处理湿陷性黄土的措施有：a.基础采用明挖、沉井或桩基，置于非湿陷性土层中，b.采用强夯法或采用强夯法或密桩法，并采用防水和结构措施c.采用重锤夯实，并采取防水和结构措施d.地基表层夯实。 上述处理涵洞地基的方法常用的主要是基础换填和强夯法这两种。如图1中涵洞基础为马兰黄

9、土地基承载力为95kpa，而实际要求涵洞基础承载力不小于250kpa，所以对基础采用换填碎石的方法增大了基础的承载力。换填厚度一般根据规范保证涵洞基础在无冲刷处，设图1 盖板涵立面图在地面或河床底以下埋深不小于1m处；如有冲刷基底埋深应在局部冲刷线以下不小于1m；如河床上有铺砌层时，基础底面宜设置在铺砌层以下不小于1m。但是如在换填1m后还达不到承载力强度要求时一般可加深换填至3米，如果还不能满足要求我们可采用先对基础进行强夯后在换填基础以确保涵洞基底的承载力能达到设计要求。对于改建、扩建公路的涵洞设计,要注意到建成后公路两侧的地貌发生了变化,地层岩性也会有变化。对于老公路,涵洞的地质资料是在原始地貌情况下取得的。实际上,工程中的情况各不相同,平原区路线两侧多成为取土坑,经多年的淤积,可能会形成软层;丘陵区及山区公路的左右侧有时地层岩性变化很大,要逐涵进行勘探,绝不能由于勘探困难就简单地利用既有资料。因此,在设计改建和拼宽涵洞基础的时候不可完全套用老涵洞的地质情况和处理方案，应该结合新的勘测结果重新考虑地基处理方案。3.结语随着我国公路建设的不断发展和交通量的持续增长,对现有高速公路的使用性能要求会越来越高，涵洞作为公路工程中的重要组成部分之一,无论是在工程数量还是在工程造价上,都占有相当的比重。可以说,不存在没有涵洞的公路。本着安全、适用、经济、美观和有利环保的