1) 韩拴奎,男,1953年7月生,1990年7月太原工业大
学土木系毕业,总工程师,高级工程师,030002,太原市旱西关街25号
收稿日期:2001206-07,修回日期:2001209213
高填方涵洞设计探讨
太原市市政工程设计研究院
韩拴奎1)
摘 要 针对高填方涵洞设计中土压力计算,地基承载力验算与地基处理,减荷措施等进行了讨论,并提出
了简便实用的方法和措施。
关键词 涵洞 土压力 地基处理 减荷中图分类号 U449.1 文献标识码 A
文章编号 1006-4877(2001)05-0047-02
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。以太原东山过境高速公路为例,路线全长2614km ,全线共设72道涵洞,填土高度超过2010m 的占到1/3以上,最大填土高度达到54.7m 。从大量的工程实践看,超过2010m 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=K Z γH ,
式中:δ ———土体应力;
K Z ———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K Z <1;反之(δ>0),则产生应力集中,K Z >1;当面内外土
柱沉降相等(δ=0)时,则K Z =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K Z >1,K Z <1或K Z =1。
根据室内模型试验和现场测试的研究成果以及许多工程实例经验,提出以下简化计算方法。
1.1 平坦地面上修筑涵洞分层填土的情况
在这种情况下,如果没有特殊措施,一般均存在应力集中,K Z >1。当涵洞顶填土高度H 小于、等于涵洞宽度D 的一半时,H ≤015D ,涵洞顶土压力应力集中较小,可近似取K Z =1计算。当H >015D ,且H ≤5h (h 为涵洞高度)时,可取
K Z =113计算。当H >5h 时,为以上部分填土层的沉降差已
不明显,该部分填土的应力集中逐步减弱,所以对该部分填土可取1.0≤K Z ≤113计算。
1.2 V 形沟谷地形条件下的高填方涵洞
V 形沟谷边坡具有明显的卸荷作用,而且随着沟底宽度B 、沟深H 、沟壁坡度α的不同而变化。当沟底宽度B 与沟深H (填土高度之内)之比小于1/2,填土高度H 与涵洞高度h
之比大于5(B/H <1/2,H/h >5),且沟壁坡度α≥45°时,涵洞高度h 范围内涵洞两侧填土沉降差所引起的涵洞附加应力将被沟壁卸荷作用逐步抵消,此时,K Z ≤1。从安全出发,同时考虑到计算简便,可根据α大小采用不同的K Z 值计算(见
表1)。
表1 K Z 值参考表(σ=K Z
γH )α
45°～60°>60。K Z
1100～0185
0185～0180
2 地基承载力验算与地基处理
高填方涵洞是埋置于路基土体中的结构物,在结构本身安全的情况下,可看作是路基土体的一部分,它的沉降变形基本上是与周围土体同步产生的。所以,高填方路基下埋设的涵洞对地基承载力的要求,与一般建筑物地基承力要求具有根本的区别。
一般建筑物浅基础的地基极限承载力是指使得地基达到完全剪切破坏时的最小压力。根据地基土物理力学性能的不
此外,在分析地基土的承载力和变形时,应充分考虑场地的历史成因,冲沟底部一般均为超固结土,地基变形较小,实际承载能力要比勘察报告提供的数值高很多,现场试验也证明了这一点。根据以上分析,得到以下几点结论:① 高填路基下涵洞地基承载力可不作为控制设计的因素。② 除特殊地基外,一般情况下可不作地基的加固处理。③ 地基处理时,重要的是保证其均匀性,并应宽出涵洞基础一定范围。④ 采用中松侧实地基(加固处理涵洞两侧地基),提高涵台两侧填土压实度,可起到卸荷作用,对结构物本身安全是有利的。3 减荷措施[1]
土力学理论本身的许多假定和参数选择都带有半经验性质,随机性很大。不论如何精确的计算公式,都很难将所有实际因素考虑周全和准确。所以,在工程设计中,一方面要根据涵洞受力和变形特点,结合具体工况确定合理的土压力计算公式,更为重要的是采取合理正确的工程措施,使结构物处于有利的工作状况。根据模型试验、现场测试和理论分析可以发现,利用填土既是荷载又是介质的特性,通过工程措施和方法,可以达到减小结构物上土压力的目的。其核心是使+δ减小,直至形成-δ,充分利用“土拱效应”,使管道外侧土柱与管道共同承担管顶土柱重量。归纳起来主要有以下几种方法:① 充分利用沟谷地形。② 在涵洞顶一定厚度范围采用高压缩性填充材料或“中松侧实”填土法。③ 提高涵台背后填土压实度或采用低压缩性材料。④ 采取合理的地基处理方法,如加固管道两侧地基或采用相对松软的涵洞地基,使地基产生-δ差。值得注意的是,在涵洞地基设计时,沿涵洞轴向地基的均匀性对结构安全是十分重要的。
参考文献
[1] 韩拴奎.涵洞土压力与沉降.山西交通科技,2000(1):
30～32
(责任编辑 许巍巍)
The Design of Mass Fill Culvert
T aiyuan Municipal Engineering Design and Research Institute H an Shuankui
Abstract:This paper makes a discussion about the design of mass fill culvert from aspects of s oil pressure calculation,checking computation of bearing capacity of foundation,foundation treatment and measure of reducing load,puts forward simple and practical methods and measures.
K eyw ords:culvert,s oil pressure,foundation treatment,reducing load
(上接第46页)表3 切割速度、切割成本对比试验
燃气名称切割厚度
m m 切割长度
m m
割嘴号燃气压力
M P a
氧压力
M P a
燃气消耗量
kg
氧气消耗量
kg
切割速度
m m/m in
切割成本
元/m
液化石油气4025862#01030～010400180110131931420149乙炔气4025862#010380180110131381420179
4 对比试验结论
通过对比试验表明:利用普通的液化石油气取代乙炔气作为燃气切割是可行的。液化石油气与乙炔气相比,具有燃料来源广、价格成本低、切割质量高、安全性能好等优点,同时还避免了原有乙炔气在生产和使用过程中产生的电石废渣和排放的硫化氢等气体对周围环境的污染,经济效益高,节能环保效果显著,是一种新型燃气切割技术,有良好的应用价值。
(责任编辑 刘长生)
Comparative Test betw een Oxygen-LPG Cutting
and Oxygen-acetylene G as Cutting
T aiyuan Installation Engineering C orporation Sun Zhigang G ao Shan
Abstract:By means of the comparative test between oxygen-LPG cutting and oxygen-acetylene gas cutting,this paper points out that oxygen-LPG cutting metal technology will be spread and applied in the future.
K eyw ords:cutting,explosive consistency,preheating temperature下载本文
