公路高填方涵洞设计中的应力分析

文章编号 ：０７— ５ ６ ２ １ ）４— １２— ２ １０ ７９ （０ １０ ０ ２ ０
公 路 高填 方 涵洞 设 计 中的应 力分 析
亓 丽媛’杨 佳 新 王 秀 丽 ， ，
（ ．肇 东 市水 利勘 测 设 计 队 ， 龙江 肇 东 １ １０ ２ １ 黑 ５ １０；．黑 龙 江省 公 路 勘 察 设 计 院 。 尔 滨 １０ ８ 哈 ５０ ０； ３ ．黑 龙 江 省 水 利水 电勘 测 设 计 研 究 院 ， 哈尔 滨 １０ ８ ） ５０ ０
摘 要 ： 文章分析了高填方涵洞存在 的问题 ， 并扼要提 出了高填方涵洞设计 中相应 的受力分析方法 。
关键词 ： 高填 方； 涵洞； 问题 ； 受力分析方法
中 图分 类 号 ： ４ ２ ５ Ｕ ４ ．
文 献 标 识 码 ： Ｂ
１ 概
述
洞。
高填方涵 洞属 暗涵 ， 其涵洞上 的填土 压力并 非随 填土高
２ 高 填 方涵洞 存在 的 问题
目前 桥涵设计手册 、 路基设计 规范等 均对 暗涵最 大填土
导致高填方涵洞 问题 的原 因是多 方面 的， 主要 的不 外 最 乎 以下 ５个方面 ：
高度 以及路基 填方高度超过２ Ｏｍ的路基定义为高边坡路 堤。 在确定 高填方 涵洞与低填方涵洞 的填 土高度界 限时 ， 根
的错 误 。
４ 公路规范对涵洞地基 和基 础的确定 ， ） 基本 套用工 民建
的 地 基 与 基 础 理 论 或 桥 台地 基 与 基 础 的 理 论 ， 视 了 涵 洞 与 忽
３ 根据有关实 验成 果表 明 ， ） 当填 土 高度 Ｈ＜１ 时 ， ６ｉ 实 ｎ 测土压力 与理论 计算 土压 力较 接近 ， 此高 度范 围内 ， 在 可近
似用 Ｐ＝＂ ｙ Ｈ计算 （ 略小 于理 论值 ） 涵顶 土压 力 ； 随着 填 土高
土体 共同工作 的特点 。 ５ 施 工方法上 的差异对涵洞 的受力影 响较大 ， 问题 复 ） 因 杂， 规范 和标 准并 未提出一套相应的受力分析方法 。
度 的增加 Ｈ＞１ 实际 传递 到涵 顶上 的 土压力 减小 ， ６ｍ， 理论 计算值与实测值相差较 大 ， 此时应 考虑采用 拱效 应 的土 压力 理论进行土压力 计算 ， 以使高 填方 涵洞 结构 安全 可靠 ， 济 经 合理 。
４ 高填方涵洞结构验算方法 主要有两种 ： 限元法 和结 ） 有
３ 高填 方涵 洞的 特点
包括 ：
１ 高填方 涵洞 对地基沉降要求高 。 ） ２ 高填方 涵洞 工程 量大 、 ） 造价 高。 构荷载法 （ 传统方பைடு நூலகம் ） 。基于实践 ， 高填方涵 洞不宜单 纯按 对
公式计算 ， 而采用数 值分 析方 法是 比较好 的解决 途径 之一 。 ３ 涵 洞所 处地形条件变化较大 ， 力复杂。 ） 受
目前 ， 比较 常 用 的 方 法 有 有 限 元 法 ， 型 有 限 元 软 件 如 ： 大
据高填方涵洞产生 拱效 应的填土高度 ， 同时考虑 到施工 中填 土性质和填土压 实度 变化对 土压 力 的影 响及 涵 洞结 构 的安 全性 ， 建议将 涵顶填土高度 日 ≥１ ｌ ８ｎ的涵洞定义 为高填方 涵
１ 涵洞的设计与计算理论至今仍 不完善 ， ） 导致设 计计 算 结果和实际结果相差很大 。
度 的增加 而线性增 加 ， 当填土达 到一 定高度 后将 在涵洞 上方 产生拱效应 ， 使得土压力小于 土柱 的重 量。若此 时进行 涵洞 结构设计不考虑拱效应作用 而减少 的土压力 ， 所得 出 的涵洞 结构尺寸将会很大 ， 而使得结构 设计不 经济甚 至浪 费； 反之 ，
近年来随着我 国公路建设事业 的迅猛 发展 ， 高填 方路堤
２ １ 年 第 ４期 ０１ （ ３ ） 第 ９卷
黑
龙
江
水
利
科
技
Ｎｏ ４． ． ２０１ １
Ｈ ｉｎ ｊｎ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｆ ｔｒ ｏｓｒ ｎｙ ｅｏ ｇ ａｇＳｉｎｅａｄＴ ｃ ｎｌ ｙｏ ｅ ｎｅｖ ｃ ｌ ｉ ｏ Ｗａ Ｃ ａ
（ ｏａ Ｎ ．９ Ｔ ｄｌ ｏ３ ）
女， 黑龙 江肇 东人 ， 高级工程师 。
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１２一 ２
亓丽嫒 ， ： 等 公路高填方 涵洞设计 中的应力分析
第 ４期
按用途或 习惯将 其归 在与 小桥 同类 按规 范进 行设 计 。这 就
忽 视 了涵 洞 与 土 共 同工 作 的 特点 。
度越大 ） 则作用在涵顶 的土压力就会越 大 ， ， 这是 设计概 念上
２ 施 工过程中 ， ） 由于 施工 工艺不 当 ， 导致 涵 洞结 构体 尚 未运营就遭到人为破坏 。 ３ 公 路行 业一般将涵洞结构设计 的安全 等级定为 三级 ， ）
［ 收稿 日期 ］ ０ １— ３— ７ ２ １ ０ ０ ［ 作者简介 ］ 亓丽媛（ ９ ０一） 女 ， １７ ， 黑龙 江拜泉人 ， 工程师 ； 杨佳 新（ ９６一） 男， １６ ， 黑龙江肇 东人 ， 高级 工程师 ； 秀丽（９ ７一） 王 １６ ，
下 设 置 的 涵 洞 工 程 越 来 越 多 ， 时 产 生 的 问 题 也 相 应 的 越 来 同
越 多。这 就应 当引起设计与施工人 员 的高 度重视 ， 而避免 从 在今后 的设计 与施工 中出现类似 的问题 ， 造成不 必要 的经济
损失 。
若过分强调拱效应作用 ， 低估高填 土下作用 于涵 洞上 的土压 产生 高填 方涵 洞的主要原因是 ： 山区公 路 当上游 汇水 区 力， 则可能会 使设 计 的涵洞 尺寸 太小 而不 安全 。 由此 可知 ， 面积不大 时 ， 了满足纵断 面线 形标准要求 和利 用附 近路 堑 为 当填土达到多大 高度 才考虑 拱效应 和 如何 考虑 拱效 应是 高 开挖 的弃方 ， 在某些地形高差 大的地段不 得不采 用高路 堤或 填土条件下涵洞设计 的关键 ， 也是高 填方涵 洞与低 填方涵 洞 把桥 梁方 案改为高路堤通过 ， 而采用 涵洞排水 。 结构设计 的重要 区别 。