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填土高于多少算是高填土涵洞并无明确的定义,填土高度达到一定高度后,涵洞顶上的土压力并不随高度h呈线性变化,原始土压力计算的公式是:
qv=γh
qH=λγh
式中:γ——土的重力密度(kN/m3);
h——计算截面至路面顶的高度(m);
λ——侧压系数,λ=tan2(45°-Φ/2)。
当填土较高时会在涵洞上方将产生拱土效应,使涵洞上的土压力小于理论土压力。此时若根据上式进行高填方涵洞结构设计过于保守,其结构尺寸较大,且高填方涵洞涵长较长,从而引起工程造价较高。
高填土涵洞主要的受力是土压力,而且对地基承载力要求比较高,结合经常出现的问题,设计时应该注意以下几点:
(1)盖板每侧自由边0.3m宽度范围内设置箍筋(1环2肢),直径为R235的Φ10。箍筋的间距在跨中为0.2m,在加密段为0.1m。
(2)单侧箍筋加密段的长度:净跨径2m的板为0.6m,净跨径3m的板为0.8m,净跨径4m的板为1.0m。
(3)端部斜板采用扇形布筋方式,主筋和分布钢筋与中板相同,靠近中板侧的自由边设置箍筋,最外侧的自由边不设置箍筋。
(4)考虑到部分高填土盖板涵的现浇板厚较高(板端部的厚度大于50cm的),设计中还需采取以下措施:板端与台帽的垂直支撑宽度由30cm改为40cm;背墙宽度不小于40cm。背墙的纵向分布钢筋间距不大于20cm。当背墙高度大于50cm且背墙厚度小于60cm时,背墙的竖向钢筋由R235的Φ8钢筋改为HRB335的Φ12钢筋。当板端部高度大于50cm时,在板的侧面增加Φ10防裂钢筋,钢筋间距不小于30cm。
(5)台身设计时应适当增加截面尺寸或钢筋数量,为防止台身开裂,应配置防裂钢筋网。
(6)高填土涵洞涵底纵坡一般较大,涵洞两端填土高度不一样,从而导致基础沉降不一,为保证流水通畅,基础沿纵向应预留拱度。
(7)基础所受的垂直力,水平力及弯矩值都较大,对基底应力要求高,因此应该采用整体式基础。
(8)对于高填土整体式基础的涵洞,其基础受力特点相当于地下室基础,建议按深基础设计。台背填土不仅会对涵洞基础产生附加压应力,同时还因为沉降差的存在,台背与填土之间产生负摩阻力,进一步增加基础的应力应变。www.tmgc8.com
(9)对于高填土下整体式基础的涵洞,回填土时,要求在侧墙外2倍基础(整体式)宽的范围内,先清除基底表层草皮、浮土,然后再对称、分层回填土并压实;在同一层回填时,先填涵台两边,再回填涵顶以确保基础的整体稳定性,涵台旁边2m范围内的填土宜选用透水性好的砂性土回填。
(10)基础持力层承载力应满足设计要求,对下卧层承载力和沉降值要进行验算。当基础不满足设计要求时要进行地基的处理,具体方法见《公路桥涵地基与基础设计规范》。
1.3 深挖涵洞的设计
深挖涵洞进出口设计是否合理,直接影响到涵洞排水功能的发挥。深挖涵洞要因地形变化多样,进行洞口设计。进口一般以急流坡,跌水井居多,出口多为八字墙或接挡墙。
(1)八字墙形式的进出口最普通的做法,其张角一般为30°,水力条件好但对于平时不流水,只有雨季才有水流通过的涵洞,八字墙张角应根据沟形的宽窄程度,由0~30°灵活选用,以配合沟形宽窄和使工程量最省为主要原则。 (2)急流坡进口设计时,应考虑进口处护坡的形式,要与护坡的坡度相统一。 (3)跌水井设计时,要与路基排水沟的纵坡顺接恰当。跌水井上口要做好防护,防止跌水井被堵死。 在涵洞的设计中不应该仅仅把进出口做为涵洞的附属部分来加以考虑,而应将其放在自然排水断面和人工排水断面相衔接的大系统中加以设计,才能使其起到应有的作用,才能做到水流顺畅,结构稳定,养护简单。 深挖涵洞洞口设计时,其洞口要与路基边坡和防护完美的结合,还要考虑与排水渠的顺接。涵洞出口要与地面线顺接起来,故洞口要适当的开挖,保证排水的通畅。如果开挖过深,开挖边沟要做防护。 2 结语 以上几点就是笔者在山区涵洞设计中常遇见的问题,以供同仁设计时注意。山区涵洞的设计目前还没有完善的规范,还需要大家的一起努力。本文只是抛砖引玉,结合设计中遇到的实际问题,提出一些解决方法,不正确之处,敬请同行批评指正。 参考文献 [1] 公路涵洞设计细则(JTG/TD65-04-2007)[S]. [2] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)[S]. [3] 公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007)[S]. [4] 顾克明,等.公路桥涵设计手册(涵洞)[M].人民交通出版社,1993. [5] 杨锡武.山区公路高填方涵洞土压力计算方法与结构设计[M].人民交通出版社,2006. [6] 王秉勇.涵洞顶填土压力的讨论及计算[J].铁道工程学报,2002. [7] 刘培文,等.公路小桥涵设计示例www.tmgc8.com[M].人民交通出版社,2004. [8] OkabayashiK,OhtaniW.Centrifugal model test for reducing earth pressure on the culvert by using the flexible material[C].Proceeding of the International off shore and Polar Engineering Conference,1994. 作者简介:康兆兴(1977-),男,德州市公路管理局设计院工程师,研究方向:工程设计。