涵洞设计中填土高度所产生的影响分析

王素英

(苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210000)

涵洞设计中填土高度所产生的影响分析

王素英

(苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210000)

在设计涵洞的过程中，填土的高度不仅关系到工程整体的造价，同时与施工难易程度也有着不可分割的直接联系，所以要把握对填土高度的影响因素，做好相应的解决方案措施。本文首先分析了填土高度对涵洞结构设计的具体影响，然后阐述了高回填涵洞的受力及设计处理中的相关问题，希望能对涵洞设计方面工作的开展提供一些有价值的参考建议。

涵洞设计;填土高度;影响分析

所谓涵洞就是为了排出水流或跨越管线而设置的构筑物，在公路桥梁工程设计中被大量的应用。涵洞结合洞顶填土的厚度能够分为两种，一种为明涵，就是不填土或填土低于500mm的涵洞，另一种为暗涵，也就是填土超过500mm的涵洞，明涵适用于低路堤;相反，暗涵则适用于高路堤，填土高度对涵洞设计的影响非常大，因此必须要加强对涵洞填土高度的相关问题进行深入的研究，提高涵洞施工的稳定性与安全性。

1、填土高度对涵洞结构设计的影响

在计算涵洞结构的过程中需要充分的考虑负荷，负荷整体上分为两种，第一种车辆负荷，第一种为填土负荷，两种负荷对涵洞结构的作用和影响都非常巨大，合理的填土能够有效避免轮压、冲击力等因素的影响，而如果填土过厚，则会增加涵洞顶土的压力，导致截面设计过于大。所以在计算涵洞结构时必须要明确填土的厚度，这对设计以及工程的资金成本都有着直接的联系，下面笔者将结合经验进行对比分析。

1.1 车辆荷载作用分析

车辆所产生的的荷载作用于涵洞上，压力同填土高度以及压力分布都有着直接的关系，结合《公路桥涵设计通用规范》的规定，在计算车辆荷载对涵洞产生的压力时，车轮或履带依照同地面的接触面积的边缘向下作30度角分布，如果车轮同履带的压力扩散线发生重合时则以最外边的为准。

1.2 填土荷载作用分析

假设填土属于完全湿润的状态，则填土荷载的计算公式如下:qv=γh，γ表示土的容量，h表示截面同路面之间的距离。

1.3 内力及荷载组合分析

通过计算我们能够发现，如果涵洞填土的高度适当对涵洞的设计是有着极大的作用，能够起到迅速降低车辆荷载的作用。但是涵洞填土的高度要起到有利的作用就必须控制在一定的范围内，如果涵洞填土过大，土产生的压力也会随着上升，另外在填土的作用下，涵洞顶部土体沉降所产生的负摩擦阻力也会提高填土的荷载，所以在涵洞设计的过程中必须要加强对填土高度的控制，保证其处于最为合理的状态。

1.4 填土高度对涵洞结构设计的影响

上面只对顶板的受力进行了简单的分析，在实际设计过程中还会涉及到墩台验算等方面的工作，填土的高度同墩台所承受的侧向土压力是呈正比的，填土越深墩台所承受的压力就越大;另外由于墩台属于圬工结构，承担的很多方面所带来的压力，例如地基反力、土的侧向压力等，长时间属于受力的状态中，在计算时多数情况由侧墙墙踵根部不出现拉应力控制，其随着填土深度的改变没有顶板敏感。

2、高回填涵洞的受力及设计处理

2.1 高回填涵洞的受力特点

对于高回填涵洞来讲，所承受的压力包括很多方面，例如:土带来的压力以及墩台所承受的侧压力等，涵洞结构安排上存在很多不合理的位置，这种形式的涵洞只能使用填土法进行修建，在修筑路基的过程中涵洞所承担的压力和推力也随着提高，另外由于路堤填土的高度要高于涵洞填土的高度，沉降现象不明显，但是由沉降所造成的填土与涵洞顶土柱的摩擦力影响了涵洞的压力，因此在涵洞设计的过程中必须要考虑把土柱压力放大一个系数。

2.2 高回填涵洞的的设计处理

2.2.1 截面的选择问题

目前应用最多的就是石砌盖板涵，过水截面为4平方米，在设计阶段可以采用多种截面形式，常见的有2m×2m、2m×1.6m等，通过对比能够发现，矮而宽的涵洞具有较大的侧向刚度，缺点在于顶板受力较为薄弱;高而窄的涵洞整体的高度较大，适宜于覆土适中的涵洞;而截面适中的涵洞在高回填区域最为合理。

2.2.2 中松侧实的原则分析

通过对涵洞顶土体的变形机理进行分析能够发现，当洞顶填土的压实度低于两侧填土的压实度时，在土体发生变形的过程中洞顶土体的变形就会超过两侧土体的变形，使顶部填土的压力转移到涵洞两侧的填土上，也就是所谓的“中松侧实原则”，自然而然的形成了卸荷的效果，降低了土压力对涵洞结构所产生的作用。

2.2.3 沟谷地形的应用

在天然沟谷地形中设计涵洞，沟谷的边坡对涵洞的受力起到了非常显著的卸荷效果，随着路基填土的不断压实、碾压动力效应的不断增加，该卸荷效果也会随着减弱，因此必须要充分利用天然的沟谷地形，在设计涵洞的过程中要保留好天然沟谷。

2.2.4 卸荷措施的应用

所谓卸荷措施就是在涵洞上方铺设柔性材料，一方面能够有效降低土的压力，另一方面还能调整涵洞附近土的压力分布，使结构更加均匀的受力。例如结合有些桥梁工程填筑材料的来源，在路基下段填筑粉煤灰拌合土等。总而言之，在高填土中进行涵洞的设计时，采取适当的卸荷措施具有非常显著的实用性。

总结

通过上述得知，在涵洞设计的过程中，洞顶填土的高度对其影响是非常大，只有填土的高度处于一个合理的范围内，才能发挥其自身的作用，降低车辆的负荷作用。所以必须要加强对洞顶填土高度的设计，制定最佳的设计埋深和设计截面，降低工程施工的整体难度，保障施工工作顺利的进行。

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