專利名稱：上埋式構(gòu)筑物的土壓力計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，適用于公路、鐵路、水利、電力、市政、能源、礦山、機場、軍工等部門中的各種上埋式構(gòu)筑物，諸如用于路堤與渠堤下的交通、排水涵洞(涵管)，尾礦壩(庫)下的排洪洞，土石壩下的廊道、泄水洞，填埋式地下變電站、各類地下通道、洞室及武器掩蔽體等。
背景技術(shù)：
涵洞是上埋式構(gòu)筑物中應(yīng)用最多的一種，它被廣泛地用于公路、鐵路、水利、電力、市政、能源、礦山、機場、軍工等部門。為了簡化論述，以下用涵洞代替上埋式構(gòu)筑物。隨著我國公路、鐵路、水利等工程的發(fā)展，特別是向廣大的西北與西南山區(qū)、重丘區(qū)延伸，高填方路堤下涵洞(涵管)的受力、變形、沉降與開裂問題已引起有關(guān)方面的關(guān)注。然而國內(nèi)外、各部門所用垂直與側(cè)向土壓力計算方法都很不統(tǒng)一。經(jīng)檢索，國內(nèi)外已分別提出數(shù)十種垂直與側(cè)向土壓力計算方法，但不同方法的計算結(jié)果往往相互出入很大，尤其是垂直土壓力計算，使設(shè)計者較難抉擇。時至今日，對高填方涵洞的設(shè)計與土壓力計算，基本上仍停留在幾十年前的水平，特別是交通部門，現(xiàn)有的涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，存在著較多問題一方面由于設(shè)計保守而造成浪費；另一方面則由于對影響涵洞土壓力的因素認識不足，設(shè)計與施工中采取的一些措施、要求不當(dāng)(如標(biāo)準(zhǔn)圖上要求涵頂填土壓實度大于兩側(cè)填土，而非“中松側(cè)實”的正確填土方法，又如在軟土地基上采用樁基者)；對涵基承載力的要求與確定按地面建筑對待；垂直土壓力計算值偏小，加上涵頂縱向承受著路堤的梯形荷載，從而使涵洞產(chǎn)生縱、橫向開裂和較大的不均勻沉降等一系列病害。遇到地基較軟弱的涵洞，為了防止各種病害或解決地基承載力不足，把剛性基礎(chǔ)設(shè)計得很厚，有的多達3階、每階厚60cm，以下再換填l-3m的砂卵石墊層或干砌塊石灌漿，甚至有的工程中采用樁基，結(jié)果導(dǎo)致更大的垂直土壓力，使涵洞出現(xiàn)嚴重的縱向裂縫甚至被徹底壓垮。填土較高的涵洞開裂病害多發(fā)生在縱向，而且涵頂填土越高，涵洞凸出地面高度(包括基礎(chǔ))越大，則縱向開裂的比例也愈大。此外，涵洞基礎(chǔ)與地基的剛度越大，縱向開裂的比例也越大。糾其上述涵洞縱向開裂或破壞的原因，主要是由于土壓力計算方法和采取的措施不當(dāng)所致。因此，研究一種有效的土壓力計算方法，對于防止涵洞出現(xiàn)嚴重的縱向裂縫甚至被徹底壓垮有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一套涵洞土壓力計算方法，該方法針對常規(guī)填土施工的涵洞(即未采用減荷技術(shù))提出各種情況下垂直與側(cè)向土壓力計算公式及荷載取值方法，其計算結(jié)果較現(xiàn)行的方法更接近實際；同時，針對高填方涵洞提出減荷方法及其應(yīng)用判據(jù)。本發(fā)明旨在減小涵洞的垂直與側(cè)向土壓力，調(diào)整涵洞縱橫兩向的土壓力分布，改善涵洞結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，減小涵基的不均勻沉降，以減小涵洞結(jié)構(gòu)尺寸，減少配筋，降低造價，達到經(jīng)濟合理之設(shè)計目標(biāo)。通過本發(fā)明的方法對涵洞進行設(shè)計，可有效防止結(jié)構(gòu)開裂病害的產(chǎn)生和涵洞引起的路面變形等問題。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種涵洞的土壓力計算方法，包括未實施減荷措施情況下以及實施減荷措施情況下的涵洞的土壓力計算，所述實施減荷措施是指通過在涵頂和/或涵側(cè)鋪設(shè)EPS板的方式進行減荷，具體分為以下六種情況的土壓力計算I)涵頂未采取減荷措施情況下的垂直土壓力σ v的計算公式
權(quán)利要求
1.一種涵洞的土壓力計算方法，其特征在于，包括未實施減荷措施情況下以及實施減荷措施情況下的涵洞的土壓力計算，所述實施減荷措施是指通過在涵頂和/或涵側(cè)鋪設(shè)EPS板的方式進行減荷，具體分為以下六種情況的土壓力計算 1)涵頂未采取減荷措施情況下的垂直土壓力Ov的計算公式
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的公式(I)中Kv的值根據(jù)涵洞突出地面的高度h、涵頂填土高度H分別與涵洞截面換算寬度B1的比值，再結(jié)合土性在下表中查得，所述土性共有四種碎石、軟巖、砂性土和粘性土 ； 常規(guī)填土情況下四類土的Kv-H關(guān)系表
3.以及填土高度H，通過下表查得，其中，當(dāng)填土高度H=IO 30m時，鋪設(shè)單一密度EPS板進行減荷；當(dāng)H=30 60m時，采用兩種密度的EPS板疊加鋪設(shè)進行減荷，鋪設(shè)時密度大者置于上面
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述采取減荷措施的情況下，涵側(cè)鋪設(shè)的EPS板的密度與相同涵段的涵頂所鋪EPS板取同一密度；涵側(cè)鋪設(shè)的EPS板的厚度Ah為相同涵段的涵頂EPS板厚度的1/3。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述采取減荷措施的判斷條件為對填土高度H能同時滿足H/U彡2. 5、H彡8m的涵段，則鋪設(shè)EPS板減荷，且對于蓋板涵、箱涵和拱涵，當(dāng)?shù)鼗鶠閹r基時，對于凈跨Ltl ( 2. 5m者，涵頂?shù)腅PS板采用滿鋪；對LciU. 5m者，涵頂?shù)腅PS板在凈跨范圍內(nèi)鋪設(shè)；當(dāng)?shù)鼗鶠榉菐r基時，涵頂EPS板采用滿鋪；對管涵、馬蹄形涵、蛋形涵，無論地基巖性如何，均在填土高度達到涵頂標(biāo)高時，采用等厚度的EPS板平鋪，該EPS板的寬度方向每邊超出涵洞外沿20cm，對涵座以上部分采用變厚度月牙形半包裹方式鋪設(shè)。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述采取減荷措施的情況下，對蓋板涵和箱涵，涵頂與涵側(cè)均采用等厚度的EPS板；對拱涵、管涵、馬蹄形涵和蛋形涵，EPS板被切割成上寬下窄倒梯形斷面的長條狀在現(xiàn)場按砌拱圈的方式裝拼，EPS板的厚度由涵頂中線至兩側(cè)逐漸減小。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述采取減荷措施的情況下，在涵頂填土?xí)r，EPS板頂?shù)谝粚犹钔梁穸炔恍∮?0cm ;在0. 6 I. 2m范圍內(nèi)米用娃式打夯機，I. 2 I.8m范圍內(nèi)用推土機履帶碾壓，I. 8 2. 4m范圍內(nèi)用壓路機靜壓，2. 4m以后啟用振動荷載 ，按常規(guī)施工碾壓；在涵側(cè)填土?xí)r，壓路機輪邊沿應(yīng)距EPS板20 30cm ;在涵洞兩側(cè)填土?xí)r，采用對稱填筑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種涵洞的土壓力計算方法，包括未實施減荷措施情況下以及實施減荷措施情況下的涵洞的土壓力計算，具體分為六種情況的土壓力計算涵頂未采取減荷措施情況下的垂直土壓力、涵頂采取減荷措施情況下的垂直土壓力、涵頂與涵側(cè)均未采取減荷措施情況下的側(cè)向土壓力、涵頂與涵側(cè)均有減荷措施情況下的側(cè)向土壓力、涵頂采取且涵側(cè)未采取減荷措施情況下側(cè)向土壓力、涵頂未采取且涵側(cè)采取減荷措施情況下側(cè)向土壓力。本發(fā)明針對常規(guī)填土施工的涵洞提出各種情況下垂直與側(cè)向土壓力計算公式及荷載取值方法，其計算結(jié)果較現(xiàn)行的方法更接近實際；同時針對高填方涵洞提出減荷方法及其應(yīng)用判據(jù)。有效防止結(jié)構(gòu)開裂病害產(chǎn)生和涵洞引起的路面變形問題。
文檔編號E02D1/08GK102767170SQ20121023216
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者曹周陽, 王曉謀, 顧安全 申請人:長安大學(xué)