软土地基涵洞设计关键问题探讨

泥旋喷桩和预应力砼管桩来加固地基，而强夯置换 和压力注浆相对于后两者，已失去经济性且不能保 证工程质量。尤其对于沿海软土地区，淤泥深度 深，流动速率比一般软土地区大，采用这两种方式 加固，不仅能明显提高承载力同时能保证加固地基 长时间的稳定。根据江浙地区施工的实际情况，一 般软土路基路段的处理以预应力砼管桩为主要施工 方式，所以在此地区的处理涵洞软土地基时，预应 力砼管桩相对于水泥旋喷桩，应优先考虑预应力砼 管桩，因为此种方式能充分利用现有的施工设备， 节约造价，易被采纳实施。
度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土、素填土 等地基。例如：强夯挤密碎石桩工艺处理的涵洞地 基，置换材料采用级配良好的碎石、块石等坚硬粗 颗粒材料，粒径大于３００ ｍｍ的颗粒含量不大于全 重的３０％。夯点间距３ ｍ，并保证外缘的夯点距基 础边缘不小于３．５ ｍ，一般单次夯击能不小于３ ｏｏｏ ｋＮ·ｍ，夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，最 后两击的平均夯沉量不大于５０ ｌａｉｎ。此方法投入 少，周期短，能保证施工质量。
（２）在地基承载力能满足地基承载要求的条件 下，采用合理的方式：如加固通道两侧地基并采用 相对松软的涵洞地基，能使地基产生一８差，也能 产生减荷作用。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。
２软土地基涵洞的地基处理探讨
２．１提高涵洞地基承载力的几种处理方式 （１）强夯置换 强夯处理技术广泛应用于碎石、砂土、低饱和
（１）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。例如：在涵洞上方一 定高度和宽度范围内用比周围填土压实度低的土填 筑，形成一个内松外实的软弱土区域（如图１）。
些兰型些生型力钢筋 ．．．．．．．．．．．．．．．：：．：：：：二．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。：：：．．：：：．．．．．．．．．．．．。：‘；，
ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｌｏａｄ．ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｌｖｅｒｔ ｉｎ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ａＩｅａ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｕｌｖｅｒｔ；ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｌｏａｄ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
万方数据
第３期
余扬：高填土涵洞和软土地基涵洞设计关键问题探讨
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方便，模板使用率高。 管桩型号应根据工程地质情况、上部结构和荷
载的大小选取，管桩的中心距不宜小于桩身直径的 ３倍，长径比不宜大于１００，尽量减少接桩，桩尖 采用十字型钢桩尖，张拉的控制应力为钢筋抗拉强 度标准值，计算长度取１０ ｍ，应力损失取１００ Ｍｐａ。管桩的运输、堆放及锤击方式应严格按管桩 的设计标准图的标准执行。在台州港临海（头门） 港区疏港公路试验段，有多处涵洞通道处于软土地 质条件，使用预应力砼管桩后取得了较好的地基加 固定效果，业主反映良好。 ２．２不同地基处理方法的使用分析
浙江交通职业技术学院学报，第１０卷第３期，２００９年９月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ［ｍｆｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
ＶＤｌ．１０ Ｎｏ．３。Ｓｅｐ，２００９
高填土涵洞和软土地基涵洞设计关键问题探讨
余扬 ＪＪ、
’Ｊ５Ｖ
（浙江省交通规划设计研究院，杭州
３１０００６）
摘要：对高填方涵洞设计中的土压力进行计算，并提出涵洞的减荷措施，从而进 一步探讨软土地区涵洞地基承载力的提高措施，为工程实践提供借鉴。 关键词：涵洞；土压力；减荷；地基处理 中图分类号：１５４４９．１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０，３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—２３４ｘ．３ａ０９．（／３．００４ 文章编号：１６７１—２ＭＸ（２００９）０３—００１３—０３
强夯置换、压力注浆、水泥旋喷桩及预应力砼 管桩等地基处理方式各有优缺点，应根据对地质实 际情况和当地施工条件分析后采用，否则容易造成 浪费，导致实施困难甚至无地基加固效果。对于结 构物埋设计算深度小于等于３ ｍ时，应根据强夯置 换、压力注浆两者工程量大小比较后选用。一般而 言优先考虑强夯置换，因为压力注浆虽然效果较为 理想，但技术难度相对较大，根据我国现实大多数 的施工队伍的技术水准而言，强夯置换容易被采纳 实施。当这种浅埋结构物的软土层不稳定时，为了 保证地基长时间稳定，应优先考虑使用压力注浆。 而对于大埋设深度及软土层不稳定的地区应采用水
万方数据
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浙江交通职业技术学院学报
１．２高填土涵洞减荷措施 根据土拱计算理论可以发现，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＋８减 小，直至形成一８，充分利用“土拱效应”，使涵洞 外侧土柱与涵洞共同承担涵顶土柱重量。归纳起来 主要有以下几种方法：
（２）水泥旋喷桩 水泥旋喷桩加固涵洞地基的效果比较明显，常 用水泥旋喷桩是用单层注浆管喷射水泥浆液，用此 浆液的喷射流冲击土体，使被冲下来的部分土颗粒 与水泥浆搅拌、混合、凝固，形成旋喷桩。施工时 用旋喷钻机自下而上高压旋转喷射水泥浆，喷头提 升速度为０．２ ｍ／ｍｉｎ，转速为２０ ｒ／ｒａｉｎ为宜，喷浆 压力一般不小于２０ ＭＰａ。为确保水泥浆在地基中 充分均匀、饱满、保证旋喷效果和旋喷桩质量以及 桩径满足设计要求。可以采用提高喷射压力、泵送 或降低回转与提升速度等措施，也可采用复喷工 艺。这种方法日本称为ＣＣＰ工法，已经在我国山 区涵洞地基处理中得以应用。 （３）压力注浆 压力注浆法加固地基是通过一定的压力将可固 化的化学浆液或水泥浆液注入地基上的裂隙或孑Ｌ 隙，以改善地基的物理力学性能。压力注浆一般是 对地基垂直钻孔，在孔内注入浆液。在注浆孔附近 一定影响半径范围内，固化的浆液和土颗粒凝聚成 圆柱状的固结体，该固结圆柱体的抗压强度和抗压 缩变形能力高于未注浆的土体，密布排列的固结圆 柱体形成了群桩效果，提高地基的物理力学性质。 浆液的扩散半径与加固范围地层的孑Ｌ隙率、土层的 渗透系数、灌浆压力、浆液的粘度比等因素有关， 选择合理的注浆孔距保证工程质量。注浆采用跳孔 注浆的方法，先灌外围注浆孑Ｌ，然后灌注内部注浆 孔。注浆速率与被注土体的性质有关，一般起始注 浆速率为６０ ｌ＿，／ｍｉｎ，最终注浆速率为３５ Ｌ／ｒａｉｎ。 （４）预应力砼管桩加强地基 预应力砼管桩是一种在软土地质条件下较为良 好的地基加固方式，生产工艺成熟可靠，材料选取
１ 高填土涵洞的设计分析
ｌ，１ 高填土涵洞垂育土压力计算理论 高填方涵洞结构设计的控制荷载是垂直土压
力。垂直土压力，国内外采用的公式较多，且计算 过程较为复杂，而利用有限元分析时，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（郎仃＝馏），但此公式不能准确反映具
为：
口＝ｇｒ／Ｈ
（１）
式中：口为土体应力；Ｋｚ为土应力集中系数； ｙ为填土容重；日为填土高度。
当涵顶面内土柱沉降大于面外土柱沉降（艿＜
Ｏ）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Ｋｚ＜ｌ；反之（８＞０），
则产生应力集中，Ｋｚ＞１；当面内外土柱沉降相等
（ｄ＝０），则Ｋｚ＝ｌ。为此，在涵洞设计时，首先应
３结语
涵洞设计与其它桥梁设计相比，相对简单，但 是涵洞工程量往往在整个工程项目中占有相当大的 比重，在山区公路中尤为明显。而以往由于设计不 够合理，常有结构物尺寸偏大，造价高，容易开 裂，及未充分考虑地质条件选择合适的加固方式造 成各种涵洞病害。为了消除各种因素对涵洞结构物 的影响，结合以往的工作经验，对涵洞设计中这两 个难点的关键问题进行探讨，以此能扩大交流，为 能做好涵洞设计工作出谋划策，尽一份绵薄之力。
体工况下涵洞的真实土压力，因此工程实际中希望
找到一个简便的计算方法，能够简化不同工况下涵
洞土压力的影响因素。影响涵洞土压力的因素很 多，但各釉因素变化最终都将引起涵顶平亟内土柱
与平面外பைடு நூலகம்柱间的沉降差占。各种土压力的计算推
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，不同计算公式最终可简化
密实土
密实土
图１ “中松侧实”填土示意
然后在此区域的上方设置钢筋，钢筋上铺设土 工布等，钢筋两端锚固在周围高压实度的密实土体 内。通过软弱土区域内较软弱土体与其周围密实土 体的沉降差，使区域上方钢筋在涵顶填土压力作用 下产生下挠，通过钢筋的锚固作用与被动受力，把 涵顶垂直土压力荷载传递到涵台外侧的密实土体 上，达到减小涵顶土压力的减载目的。
根据场地地形条件，她基的地质条件，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ｄ的正负，从而判断土压力集中系数Ｋｚ＞ｌ，＆ ＜ｌ或Ｋｚ＝１。
收稿日期：２００９—０４—２７
作者简介：余扬（１９７９－），男，浙江龙泉人，助理工程师，Ｅ—ｎｌａｌ］．，ｙｕｙａｎｇｌ０３＠１２６．锄。
参考文献：
［１］】ＴＧ Ｄ６０—２００４．公路桥涵设计通用规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４． ［２］顾克明，苏清洪，赵嘉行．公路桥涵设计手册系列一涵洞［Ｍ］。北京：人民交通出版社，２００１． ［３］韩拴奎．涵洞土压力与沉降［Ｊ］．山西交通科技，２０００，（１）：３０—３２．
Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｆｉｌｌ Ｃｕｌｖｅｒｔ ａｎｄ Ｓｏｆｔ Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｕｌｖｅｒｔ
Ｏ前言
高填土涵洞和软土地区涵洞设计是涵洞设计两 大难点问题。高填土涵洞土压力大，传统的设计理 论对土压力的研究不够完善，如果只是按理论进行 计算和设计容易造成浪费，在以往工程的应用中， 已有不少施工单位反馈ｇ经验配筋过多、采用大体 积混凝土浇筑易开裂等问题；软土地区地基承载力 差，涵洞设计若未能充分考虑地质条件或者地基处 理不当，将引发各种涵洞病害，而现实设计中常存 在由于设计者不够重视或者不能因地制宜，导致地 基处理措施实施困难，从而增加了设计变更量。因 此如何优化涵洞设计，因地制宜采取合理的措施， 在节约工程造价和提高设计质量方面有着重要的意 义，为此有必要对高填土涵洞和软土地基涵漏设计 中的关键问提进行探讨。