高填方涵洞地基处理范围的分析与计算
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本文通过理论及数值模拟，对高填方涵洞地基 处理的宽度及深度进行分析与探讨。
１理论分析 涵顶土压力集中程度直接取决于涵顶平面差异
沉降［２］，如果对软弱地基进行地基处理时，仅处理涵 底范围，涵体沉降将小于台背两侧填土的沉降，从而引 起涵顶土压力集中。从减小涵顶平面差异沉降的观点 出发，依据涵洞构造物软基路段的典型特征，建立相应 的力学模型，模型参数采用十漫高速公路不良地基路 段的原位测试结果，对涵洞沉降进行近似计算分析。
从图５可以看出，处理宽度为１Ｄ，即仅处理基 础正下方范围的地基时，由于基础两侧地基沉降大 于加固区沉降，涵洞台背两侧填土相对涵体有一个
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姜６３０
菩６１０
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悟ｇ
厘５７０
５５０ Ｏ
ｌＤ
２Ｄ
３Ｄ
４Ｄ
５Ｄ
地基处理宽度
图Ｓ涵顶压力随地基处理宽度的变化
向下的位移，对涵体产生向下的拖拽力，使涵顶压力 增大，此时涵顶压力比地基不处理时增大约１１％。 当地基处理宽度大于２Ｄ以后，随着地基处理宽度 的增大，涵顶垂直土压力急剧减小。
Ｓｌ＝（户１＋讫九２／２）／Ｅ１
（１）
（２）过渡区的压缩变形量近似计算：
Ｓ２＝（户２＋），２ｈ２／２）／Ｅ２
（２）
（３）下卧层压缩量的计算。
如图２所示，采用等效实体模型，对于平面应变
情况，下卧层顶部平面荷载为：
Ｐａ—ｐ一２ｈ／（Ｂｆ）
（３）
卜—ｉ－一
加固区
ｐｂ
现场测试结果表明涵洞基础边缘Ｂ：／２外基底 压力值约为Ｐｚ—ｙ。ｈ。＝２０×２５＝５００ ｋＰａ；涵洞基底 压力约为户ｌ＝９ｙｌｈｌ＝１．０４×２０×２５＝５２０ ｋＰａ，是 距离基础边缘Ｂ２／２处９的（１．Ｏ～１．０４）倍。
从尽量控制差异沉降的观点出发，应尽量使差 异沉降值△Ｓ＝０，则由式（６）可得：
百Ｅｌ５６５—Ｅ５２如４５｜匕。３ 瓦２Ｅ０３一等一Ｅ３箬＝ｏ。
（”７）７
现场取土测试结果表明，下卧层土质为老黏土
及中风化岩石，加权平均模量约为Ｅ。＝２０ ＭＰａ，代
入式（７）可得：
Ｅ２—５４５／（５＋５６５／Ｅ１）
（８）
ｌＤ ２Ｄ ２．５Ｄ ３Ｄ ５Ｄ
０ｌ ２ ３ ４５ ６ ７ ８ 处理深度，ｍ
图７处理深度与涵体位移关系曲线
从图６可以看出，随着地基处理深度的增大，涵 顶土压力增大，尤其是仅处理基底范围的地基时，涵 顶土压力增长幅度最大。当地基处理深度较浅（小 于３ ｍ）时，加宽地基处理范围对改善涵顶受力状态 的作用比较有限。而从图７可以看出，仅处理涵洞
［３］郑俊杰，赵建斌，陈保国．高路堤下涵洞垂直土压力研 究［Ｊ］．岩土工程学报，２００９，３１（７）：１００９—１０１３．
［４］ 郑俊杰，陈保国，张世飙．沟埋式涵洞非线性土压力试 验研究与数值模拟［Ｊ］．岩土工程学报，２００８，３０（１２）：
１７７１—１７７７．
［５］Ｋｉｍ Ｋ，Ｙｏｏ Ｃ Ｈ．Ｄｅｓｉｇｎ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｎ ｄｅｅｐｌｙ ｂｕｒｉｅｄ ｂｏｘ ｃｕｌｖｅｒｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎ—
图３数值模拟计算模型
万方数据
２０１０年第１０期
王秀平：高填方涵洞地基处理范围的分析与计算
一８９一
涵洞结构为钢筋混凝土拱涵，涵洞洞身高度 ｈ＝８．０ ｍ，基础宽Ｄ＝１０ ｍ，涵洞宽６＝８．０ ｍ，涵顶 填土为含有黏粒的碎石土，最大填土高度Ｈ＝ １８ ｍ。为考虑地基处理效果，涵洞地基进行均一化 处理，基底为软黏土，平均厚度约５．０ ｍ；第二层为 老黏土，平均厚度约５．０ ｒｎ；第三层为强风化泥岩， 未揭穿（数值模拟中该层厚度取２０．０ ｍ）。数值模 拟采用ＰＬＡＸＩＳ软件，网格划分采用１５节点三角 形高精度单元。在土与结构物界面设置接触单元来 模拟两者之间的相对滑移。下卧层底部采用固定约 束模拟基岩，模型两侧采用水平约束模拟无限长范 围。数值模拟所需的土性参数通过现场原位测试和 室内试验取得，主要计算参数见表２。
表２数值模拟参数取值
参数
回弹模量Ｅ 泊松比
ＭＰａ
卢
内聚力ｃ 内摩擦角∞ 容重ｙ
ｋＰａ
（。）
ｋＮ·ｍ一３
涵洞
３０ ０００
Ｏ．ＺＯ
路堤填土
２８
０．２８
６
亚黏土
８
０．３５
１８
老黏土
２０
Ｏ．３０
２４
强风化泥岩
４２
０．２５
２６
２５．０
３０
１９．８
１５
１７．８
１８
１８．２
１９
２０．２
数值模拟结果如图４和图５所示，横坐标中Ｄ 为涵洞的基础宽度。
关键词：高填方涵洞；地基处理；理论分析；数值模拟
高填方涵洞填土较高，涵顶往往承受较大的压 力，国内外对高填方涵洞的研究已有较为丰富的成 果。在理论方面，主要为基于不同假定的高填方涵 洞涵顶土压力理论计算方法的研究【ｌｑ］。在试验方 面，主要为现场足尺试验［４３与模型试验［５］研究。此 外，在高填方涵洞涵顶减载方面也有一系列的研究 成果［６－７］。这些成果均从涵洞受力状态出发，仅仅 考虑了涵顶上方填料对涵顶压力的影响。相对而 言，对高填方涵洞涵顶压力的其他影响因素研究较 少。文献［８—１０］分别通过足尺试验、理论分析及数 值模拟，对影响涵洞受力与沉降的地基等因素进行 了分析。然而，这些分析没有对涵洞地基处理的范 围给出合理的建议。正是由于此方面研究的匮乏， 设计人员未能充分认识高填方路段涵洞地基的特 点，往往对涵洞地基处理提出不恰当的方案。
因此，地基处理在综合考虑沉降与涵洞受力时 处理宽度宜取（２～３）Ｄ。
通过数值模拟，对处理宽度为（１～５）Ｄ时不同 处理深度的涵顶土压力及涵体沉降进行研究，数值 模拟结果如图６和图７所示。
７５０
罡７００ 芒
奋６５０
划 懈６００ 匿 靼５５０
５００ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６７ ８ 处理深度／ｍ
图６处理深度与涵顶压力关系曲线
１．４计算结果分析
现场构造物为一拱涵，外轮廓尺寸为８．０ ｍ×
８．０ ｍ。基础厚度为２ ｍ，加固区深为５ ＩＴＩ，下卧层
厚度为５ ｍ。
２数值模拟分析 地基处理时应适当加宽处理范围。为了确定涵
洞地基处理的合理范围，对天然地基为软弱土时进 行地基处理数值模拟，以比较不同处理宽度和深度 的处理效果。计算模型如图３所示。
由式（８）可得加固区与过渡区压缩模量之间的
对应关系，见表１。
表１加固区与过渡区压缩模量的对应关系
Ｅｌ／ＭＰａ Ｅ２／ＭＰａ
３０ ２２．８６
４０ ２８．４９
５０ ３３．４３
６０ ３７．８０
１００ ５１．１７
表１中数据表明，加固区压缩模量增大，过渡区 压缩模量也相应地增大。地基处理设计时不应过分 保守，若对加固区提出过高的要求，则过渡区也要做 相应的处理并提高较高的刚度，否则将增大涵顶平 面差异沉降，从而引起涵顶土压力集中，对结构物产 生不利影响。因此，涵洞地基处理只需要满足承载 力与沉降要求，而不应对加固区提出更高的承载力 要求。加固区应尽量采用柔性地基处理方式，同时 加宽地基处理的范围。这样一方面可以简化处理措 施，另一方面也有利于改善构造物受力。
万方数据
一９０～
公ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
路
２０１０年第ｌＯ期
基底范围的地基时，涵洞沉降相对较大；地基处理宽 度大于２Ｄ以后，加深地基处理深度对控制涵体位 移作用显著。
３结语 通过理论分析和数值模拟，对高填方涵洞地基处
理的宽度和深度展开了研究，得出了如下主要结论。 （１）地基处理设计时不应过分保守，若对加固区
提出过高的要求，则过渡区也要做相应的处理并提 高较高的刚度，否则将增大涵顶平面差异沉降，从而 引起涵顶土压力集中，对结构物产生不利影响。
１．１计算的力学模型 涵洞结构物路段加固区和过渡区横断面示意如
图１所示。
图１加固区和过渡区示意
图１中Ｂ，为加固区宽度；Ｂ。为过渡段宽度；９ 为涵洞基底与距基底边缘Ｂ。／２远处的压力比；ｙ。为 基底平面以上填土重度；ｙ２为基底平面以下地基土 的加权平均重度；Ｈ为基岩顶面至填土顶面高度； ｈ。为路基设计填土高度；ｈ。为地基加固区高度；ｈｓ 为地基下卧层厚度；Ｅ，为加固区模量；Ｅ。为过渡区 模量；Ｅ３为下卧层模量；夕。为加固区上基底的平面 压力；户。为过渡区路堤的平面压力；ｆｌ为等效实体 模型加固区侧摩阻力；＾为等效实体模型过渡区侧 摩阻力。
（１）路基填土荷载为ｙ。ｈｔ。 （２）涵洞基底压力Ｐ，为相邻Ｂ。／２远处压力的 够倍，计算时也可以采用基底平面实测压力值。涵洞
翼墙外Ｂ２／２处土柱自重为Ｐ：一ｙｌｈｌ，Ｐ。＝９×竹ｈ１。 １．３下卧层、加固区、过渡区压缩量计算
加固区、过渡区和下卧层沉降采用复合模量法
进行计算。
（１）加固区的压缩变形量近似计算：
ｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，１３１（１）：２０一２７．
［６３顾安全，郭婷婷，王兴平．高填土涵洞（管）采用ＥＰＳ 板减荷的试验研究［Ｊ］．岩土工程学报，２００５，２７（５）：
５００—５０４．
Ｆ７ｌ杨锡武，张永兴．山区公路高填方涵洞加筋桥减载方 法及其设计理论研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，
参考文献： ［１３ Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｒ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌｏａｄｓ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｏｘ ｃｕｌ—
ｖｅｒｔｓ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，１０（６）：６４３～６４９．
［２３ 顾安全．上埋式管道及洞室垂直土压力的研究［Ｊ］．岩 土工程学报，１９８１，３（１）：３—１５．
计算过程中做如下假定：（１）加固区、过渡区和 下卧层为线弹性材料，符合广义虎克定律；（２）荷载
收稿日期：２０１０—０７一０９
万方数据
一８８一
公
路
２０１０年第１０期
一次性瞬时施加，土体承受的总应力不随时间变化； （３）计算不考虑地下水影响。 １．２基底平面荷载
对高填方涵洞而言，路面交通荷载当量土层厚 度与ｈ。相比较小。理论研究表明，当涵顶填土高度 超过１０ ｍ时，交通荷载对涵顶压力可以忽略不计， 计算时不作考虑。
（２）高填方涵洞地基处理时应适当增加地基处 理宽度，不能仅仅处理涵洞正下方的土体；当涵洞地 基处理宽度超过３Ｄ时，继续增大地基处理宽度对 涵洞的受力影响不大，实际工程中建议涵洞地基处 理宽度取（２～３）Ｄ。
（３）涵顶土压力随地基处理深度的增加而增大。 建议设计时，地基处理的深度应以允许沉降为控制 指标，不应额外增加地基处理深度。
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２５ Ｏ
ｌＤ
２Ｄ
３Ｄ
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５Ｄ
地基处理宽度
图４地基处理宽度与涵体位移关系曲线
从图４可以看出，地基处理宽度为（２～３）Ｄ时涵 体位移得到较好的控制；当处理宽度大于３Ｄ以后， 涵体位移趋于平稳，再增大地基处理的宽度对减小 涵洞沉降作用不再明显。因此，为控制涵洞沉降而 进行地基处理时，处理的总宽度宜控制为（２～３）Ｄ。
公路２０１０年１０月 第１０期 文章编号：０４５１—０７１２（２０１０）１０—００８７－－０４
中图分类号；Ｕ４４９．３１
ＨＩＧＨＷＡＹ Ｏｃｔ．２０１０ Ｎｏ．１０ 文献标识码：Ａ
高填方涵洞地基处理范围的分析与计算
王秀平
（山西省长平高速公路建设管理处 长治市０４６０００）
摘要：高填方涵洞不同于一般的结构物，对涵洞地基处理不当可能导致涵洞出现各种各样的病害。对涵洞地 基处理时加固区与过渡区的刚度关系进行了理论计算。通过数值模拟，对涵洞地基处理进行了研究，分析了地基处 理的宽度、深度对涵洞受力状态和沉降的影响。研究结果表明，涵顶土压力随地基处理宽度的增大而减小，并逐渐趋 于稳定，随地基处理深度的增加呈非线性增大。实际工程中，涵洞地基处理宽度宜取２～３倍的涵洞基础宽度，地基 处理的深度应以沉降作为控制指标，不应额外增加地基处理深度。
下卧层
图２等效买体模型示意
加固区下卧层的压缩量为：
ｓｊ＝户。。／Ｅ。＝［夕。一２ｈ２／（Ｂ。ｆ１）Ｉ／Ｅ。
（４）
Ｓ：＝户艟／Ｅ。＝［夕。一２ｈ２／（Ｂ。ｆ２）－］／Ｅ。
（５）
（４）加固区与过渡区沉降差。
加固区总变形量为ｓ，＋ｓｊ，过渡区总变形量为
Ｓｚ＋Ｓ；，因此，加固区与过渡区沉降差为：
ＡＳ＝（ｓ，＋ｓ：）一（ｓ。＋ｓ１）＝（ｓ，－－Ｓ：）＋（ｓｌ一是） （６）
２００５，２４（９）：１５６１～１５７１．
［８３陈保国，等．高路堤下涵洞地基处理现场测试与数值 模拟研究［Ｊ］．岩土力学，２００９，３０（５）：１４８３—１４８９．
［９］郑俊杰，马强，陈保国．高填方涵洞地基承载力分 析口］．华中科技大学学报：自然科学版，２００９，３７
（４）：１１５—１１８．
［１０］马强，郑俊杰，张军．山区涵洞受力影响因素的数值 模拟分析［Ｊ］．合肥工业大学学报，２００９，３２（ｉ０）：
１理论分析 涵顶土压力集中程度直接取决于涵顶平面差异
沉降［２］，如果对软弱地基进行地基处理时，仅处理涵 底范围，涵体沉降将小于台背两侧填土的沉降，从而引 起涵顶土压力集中。从减小涵顶平面差异沉降的观点 出发，依据涵洞构造物软基路段的典型特征，建立相应 的力学模型，模型参数采用十漫高速公路不良地基路 段的原位测试结果，对涵洞沉降进行近似计算分析。
从图５可以看出，处理宽度为１Ｄ，即仅处理基 础正下方范围的地基时，由于基础两侧地基沉降大 于加固区沉降，涵洞台背两侧填土相对涵体有一个
６５０
姜６３０
菩６１０
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悟ｇ
厘５７０
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地基处理宽度
图Ｓ涵顶压力随地基处理宽度的变化
向下的位移，对涵体产生向下的拖拽力，使涵顶压力 增大，此时涵顶压力比地基不处理时增大约１１％。 当地基处理宽度大于２Ｄ以后，随着地基处理宽度 的增大，涵顶垂直土压力急剧减小。
Ｓｌ＝（户１＋讫九２／２）／Ｅ１
（１）
（２）过渡区的压缩变形量近似计算：
Ｓ２＝（户２＋），２ｈ２／２）／Ｅ２
（２）
（３）下卧层压缩量的计算。
如图２所示，采用等效实体模型，对于平面应变
情况，下卧层顶部平面荷载为：
Ｐａ—ｐ一２ｈ／（Ｂｆ）
（３）
卜—ｉ－一
加固区
ｐｂ
现场测试结果表明涵洞基础边缘Ｂ：／２外基底 压力值约为Ｐｚ—ｙ。ｈ。＝２０×２５＝５００ ｋＰａ；涵洞基底 压力约为户ｌ＝９ｙｌｈｌ＝１．０４×２０×２５＝５２０ ｋＰａ，是 距离基础边缘Ｂ２／２处９的（１．Ｏ～１．０４）倍。
从尽量控制差异沉降的观点出发，应尽量使差 异沉降值△Ｓ＝０，则由式（６）可得：
百Ｅｌ５６５—Ｅ５２如４５｜匕。３ 瓦２Ｅ０３一等一Ｅ３箬＝ｏ。
（”７）７
现场取土测试结果表明，下卧层土质为老黏土
及中风化岩石，加权平均模量约为Ｅ。＝２０ ＭＰａ，代
入式（７）可得：
Ｅ２—５４５／（５＋５６５／Ｅ１）
（８）
ｌＤ ２Ｄ ２．５Ｄ ３Ｄ ５Ｄ
０ｌ ２ ３ ４５ ６ ７ ８ 处理深度，ｍ
图７处理深度与涵体位移关系曲线
从图６可以看出，随着地基处理深度的增大，涵 顶土压力增大，尤其是仅处理基底范围的地基时，涵 顶土压力增长幅度最大。当地基处理深度较浅（小 于３ ｍ）时，加宽地基处理范围对改善涵顶受力状态 的作用比较有限。而从图７可以看出，仅处理涵洞
［３］郑俊杰，赵建斌，陈保国．高路堤下涵洞垂直土压力研 究［Ｊ］．岩土工程学报，２００９，３１（７）：１００９—１０１３．
［４］ 郑俊杰，陈保国，张世飙．沟埋式涵洞非线性土压力试 验研究与数值模拟［Ｊ］．岩土工程学报，２００８，３０（１２）：
１７７１—１７７７．
［５］Ｋｉｍ Ｋ，Ｙｏｏ Ｃ Ｈ．Ｄｅｓｉｇｎ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｎ ｄｅｅｐｌｙ ｂｕｒｉｅｄ ｂｏｘ ｃｕｌｖｅｒｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎ—
图３数值模拟计算模型
万方数据
２０１０年第１０期
王秀平：高填方涵洞地基处理范围的分析与计算
一８９一
涵洞结构为钢筋混凝土拱涵，涵洞洞身高度 ｈ＝８．０ ｍ，基础宽Ｄ＝１０ ｍ，涵洞宽６＝８．０ ｍ，涵顶 填土为含有黏粒的碎石土，最大填土高度Ｈ＝ １８ ｍ。为考虑地基处理效果，涵洞地基进行均一化 处理，基底为软黏土，平均厚度约５．０ ｍ；第二层为 老黏土，平均厚度约５．０ ｒｎ；第三层为强风化泥岩， 未揭穿（数值模拟中该层厚度取２０．０ ｍ）。数值模 拟采用ＰＬＡＸＩＳ软件，网格划分采用１５节点三角 形高精度单元。在土与结构物界面设置接触单元来 模拟两者之间的相对滑移。下卧层底部采用固定约 束模拟基岩，模型两侧采用水平约束模拟无限长范 围。数值模拟所需的土性参数通过现场原位测试和 室内试验取得，主要计算参数见表２。
表２数值模拟参数取值
参数
回弹模量Ｅ 泊松比
ＭＰａ
卢
内聚力ｃ 内摩擦角∞ 容重ｙ
ｋＰａ
（。）
ｋＮ·ｍ一３
涵洞
３０ ０００
Ｏ．ＺＯ
路堤填土
２８
０．２８
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亚黏土
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０．３５
１８
老黏土
２０
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强风化泥岩
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０．２５
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１８．２
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２０．２
数值模拟结果如图４和图５所示，横坐标中Ｄ 为涵洞的基础宽度。
关键词：高填方涵洞；地基处理；理论分析；数值模拟
高填方涵洞填土较高，涵顶往往承受较大的压 力，国内外对高填方涵洞的研究已有较为丰富的成 果。在理论方面，主要为基于不同假定的高填方涵 洞涵顶土压力理论计算方法的研究【ｌｑ］。在试验方 面，主要为现场足尺试验［４３与模型试验［５］研究。此 外，在高填方涵洞涵顶减载方面也有一系列的研究 成果［６－７］。这些成果均从涵洞受力状态出发，仅仅 考虑了涵顶上方填料对涵顶压力的影响。相对而 言，对高填方涵洞涵顶压力的其他影响因素研究较 少。文献［８—１０］分别通过足尺试验、理论分析及数 值模拟，对影响涵洞受力与沉降的地基等因素进行 了分析。然而，这些分析没有对涵洞地基处理的范 围给出合理的建议。正是由于此方面研究的匮乏， 设计人员未能充分认识高填方路段涵洞地基的特 点，往往对涵洞地基处理提出不恰当的方案。
因此，地基处理在综合考虑沉降与涵洞受力时 处理宽度宜取（２～３）Ｄ。
通过数值模拟，对处理宽度为（１～５）Ｄ时不同 处理深度的涵顶土压力及涵体沉降进行研究，数值 模拟结果如图６和图７所示。
７５０
罡７００ 芒
奋６５０
划 懈６００ 匿 靼５５０
５００ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６７ ８ 处理深度／ｍ
图６处理深度与涵顶压力关系曲线
１．４计算结果分析
现场构造物为一拱涵，外轮廓尺寸为８．０ ｍ×
８．０ ｍ。基础厚度为２ ｍ，加固区深为５ ＩＴＩ，下卧层
厚度为５ ｍ。
２数值模拟分析 地基处理时应适当加宽处理范围。为了确定涵
洞地基处理的合理范围，对天然地基为软弱土时进 行地基处理数值模拟，以比较不同处理宽度和深度 的处理效果。计算模型如图３所示。
由式（８）可得加固区与过渡区压缩模量之间的
对应关系，见表１。
表１加固区与过渡区压缩模量的对应关系
Ｅｌ／ＭＰａ Ｅ２／ＭＰａ
３０ ２２．８６
４０ ２８．４９
５０ ３３．４３
６０ ３７．８０
１００ ５１．１７
表１中数据表明，加固区压缩模量增大，过渡区 压缩模量也相应地增大。地基处理设计时不应过分 保守，若对加固区提出过高的要求，则过渡区也要做 相应的处理并提高较高的刚度，否则将增大涵顶平 面差异沉降，从而引起涵顶土压力集中，对结构物产 生不利影响。因此，涵洞地基处理只需要满足承载 力与沉降要求，而不应对加固区提出更高的承载力 要求。加固区应尽量采用柔性地基处理方式，同时 加宽地基处理的范围。这样一方面可以简化处理措 施，另一方面也有利于改善构造物受力。
万方数据
一９０～
公ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
路
２０１０年第ｌＯ期
基底范围的地基时，涵洞沉降相对较大；地基处理宽 度大于２Ｄ以后，加深地基处理深度对控制涵体位 移作用显著。
３结语 通过理论分析和数值模拟，对高填方涵洞地基处
理的宽度和深度展开了研究，得出了如下主要结论。 （１）地基处理设计时不应过分保守，若对加固区
提出过高的要求，则过渡区也要做相应的处理并提 高较高的刚度，否则将增大涵顶平面差异沉降，从而 引起涵顶土压力集中，对结构物产生不利影响。
１．１计算的力学模型 涵洞结构物路段加固区和过渡区横断面示意如
图１所示。
图１加固区和过渡区示意
图１中Ｂ，为加固区宽度；Ｂ。为过渡段宽度；９ 为涵洞基底与距基底边缘Ｂ。／２远处的压力比；ｙ。为 基底平面以上填土重度；ｙ２为基底平面以下地基土 的加权平均重度；Ｈ为基岩顶面至填土顶面高度； ｈ。为路基设计填土高度；ｈ。为地基加固区高度；ｈｓ 为地基下卧层厚度；Ｅ，为加固区模量；Ｅ。为过渡区 模量；Ｅ３为下卧层模量；夕。为加固区上基底的平面 压力；户。为过渡区路堤的平面压力；ｆｌ为等效实体 模型加固区侧摩阻力；＾为等效实体模型过渡区侧 摩阻力。
（１）路基填土荷载为ｙ。ｈｔ。 （２）涵洞基底压力Ｐ，为相邻Ｂ。／２远处压力的 够倍，计算时也可以采用基底平面实测压力值。涵洞
翼墙外Ｂ２／２处土柱自重为Ｐ：一ｙｌｈｌ，Ｐ。＝９×竹ｈ１。 １．３下卧层、加固区、过渡区压缩量计算
加固区、过渡区和下卧层沉降采用复合模量法
进行计算。
（１）加固区的压缩变形量近似计算：
ｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，１３１（１）：２０一２７．
［６３顾安全，郭婷婷，王兴平．高填土涵洞（管）采用ＥＰＳ 板减荷的试验研究［Ｊ］．岩土工程学报，２００５，２７（５）：
５００—５０４．
Ｆ７ｌ杨锡武，张永兴．山区公路高填方涵洞加筋桥减载方 法及其设计理论研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，
参考文献： ［１３ Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｒ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌｏａｄｓ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｏｘ ｃｕｌ—
ｖｅｒｔｓ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ
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计算过程中做如下假定：（１）加固区、过渡区和 下卧层为线弹性材料，符合广义虎克定律；（２）荷载
收稿日期：２０１０—０７一０９
万方数据
一８８一
公
路
２０１０年第１０期
一次性瞬时施加，土体承受的总应力不随时间变化； （３）计算不考虑地下水影响。 １．２基底平面荷载
对高填方涵洞而言，路面交通荷载当量土层厚 度与ｈ。相比较小。理论研究表明，当涵顶填土高度 超过１０ ｍ时，交通荷载对涵顶压力可以忽略不计， 计算时不作考虑。
（２）高填方涵洞地基处理时应适当增加地基处 理宽度，不能仅仅处理涵洞正下方的土体；当涵洞地 基处理宽度超过３Ｄ时，继续增大地基处理宽度对 涵洞的受力影响不大，实际工程中建议涵洞地基处 理宽度取（２～３）Ｄ。
（３）涵顶土压力随地基处理深度的增加而增大。 建议设计时，地基处理的深度应以允许沉降为控制 指标，不应额外增加地基处理深度。
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地基处理宽度
图４地基处理宽度与涵体位移关系曲线
从图４可以看出，地基处理宽度为（２～３）Ｄ时涵 体位移得到较好的控制；当处理宽度大于３Ｄ以后， 涵体位移趋于平稳，再增大地基处理的宽度对减小 涵洞沉降作用不再明显。因此，为控制涵洞沉降而 进行地基处理时，处理的总宽度宜控制为（２～３）Ｄ。
公路２０１０年１０月 第１０期 文章编号：０４５１—０７１２（２０１０）１０—００８７－－０４
中图分类号；Ｕ４４９．３１
ＨＩＧＨＷＡＹ Ｏｃｔ．２０１０ Ｎｏ．１０ 文献标识码：Ａ
高填方涵洞地基处理范围的分析与计算
王秀平
（山西省长平高速公路建设管理处 长治市０４６０００）
摘要：高填方涵洞不同于一般的结构物，对涵洞地基处理不当可能导致涵洞出现各种各样的病害。对涵洞地 基处理时加固区与过渡区的刚度关系进行了理论计算。通过数值模拟，对涵洞地基处理进行了研究，分析了地基处 理的宽度、深度对涵洞受力状态和沉降的影响。研究结果表明，涵顶土压力随地基处理宽度的增大而减小，并逐渐趋 于稳定，随地基处理深度的增加呈非线性增大。实际工程中，涵洞地基处理宽度宜取２～３倍的涵洞基础宽度，地基 处理的深度应以沉降作为控制指标，不应额外增加地基处理深度。
下卧层
图２等效买体模型示意
加固区下卧层的压缩量为：
ｓｊ＝户。。／Ｅ。＝［夕。一２ｈ２／（Ｂ。ｆ１）Ｉ／Ｅ。
（４）
Ｓ：＝户艟／Ｅ。＝［夕。一２ｈ２／（Ｂ。ｆ２）－］／Ｅ。
（５）
（４）加固区与过渡区沉降差。
加固区总变形量为ｓ，＋ｓｊ，过渡区总变形量为
Ｓｚ＋Ｓ；，因此，加固区与过渡区沉降差为：
ＡＳ＝（ｓ，＋ｓ：）一（ｓ。＋ｓ１）＝（ｓ，－－Ｓ：）＋（ｓｌ一是） （６）
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