公路交通技术２００９年６月第３期ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔＪｕｎ．２００９Ｎｏ．３高填方涵洞结构设计新方法黄（唐山市交通勘察设计院有限公司，河北唐山０６３０００）摘要：以某高速公路高填方涵洞应用减荷措施为例，对采取减荷措施情况下的涵洞进行新的结构设计，并与原有涵洞进行对比，以此证明按采取减荷措施进行涵洞设计的实际意义与经济价值。关键词：高填方涵洞；ＥＰＳ；减荷；涵洞设计文章编号：１００９—６４７７（２００９）０３一０１１１—０３中图分类号：Ｕ４４９．８文献标识码：ＡＮｅｗＭｅｔｈｏｄｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＨｉｇｈ—ｆｉｌｌＣｕｌｖｅｒｔＨＵＡＮＧＷｅｎｑｉａｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｏｆｌｏａｄｓｈｅｄｄｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓａｐｐｌｉｅｄｉｎｈｉｇｈ－ｆｉｌｌｃｕｌｖｅｒｔｏｎａｃｅｒｔａｉｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｇｕｒｅｓｏｕｔｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｃｕｌｖｅｒｔａｆｔｅｒｔｈｅｌｏａｄｓｈｅｄｄｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｔａｋｅｎａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｗｉｔｈｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｕｌｖｅｒｔＳＯａｓｔｏｃｅｒｔｉｆｙｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｃｕｌｖｅｒｔｄｅｓｉｇｎａｆｔｅｒｌｏａｄｓｈｅｄｄｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｔａｋｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉ【ｇｈ—ｆｉｌｌｃｕｌｖｅｒｔ；ＥＰＳ：ｌｏａｄｓｈｅｄｄｉｎｇ；ｃｕｌｖｅｒｔｄｅｓｉｇｎ高填方涵洞结构设计的依据是垂直土压力，因于涵顶土柱压力（盯。＞旭）；相反，则为一艿，口。＜７／／。为填方比较高，可不考虑动荷载的影响，故垂直土压力是计算结构断面尺寸的控制因素。现行《公路桥涵设计手册》对于拱顶垂直土压力仍采用土柱压力法，设计人员为了保证涵洞不被压裂甚至压坏，不惜加大安全系数，加大结构尺寸，这就造成了工程上的图１沉降差＋ｄ极大浪费。鉴于此，对高填土涵洞在这里提出一种凡是引起＋ｄ增大的因素，都会使涵顶土压力新的设计方法，即结合洞顶与｝同侧同时铺ＥＰＳ板作增大；反之，凡引起＋艿减小的因素，都将使涵顶土为减荷措施来设计高填土涵洞，以减小涵洞的结构压力减小。因此，要想减小洞顶的垂直土压力，即断面尺寸，降低工程造价。仃，，＜７Ｈ，就要使涵洞顶平面沉降差由＋艿变为一艿。此方法适用于填土高度大于１２Ｉｎ的拱涵、盖板对于刚性涵洞，之所以涵顶盯。＞徊，就在于涵洞本涵和圆管涵。当填土高度过小时，涵洞两侧填土与身的刚度大于两侧同高度填土的刚度，两者刚度的涵顶填土的沉降差过小，从而致使ＥＰＳ板减荷效果差值越大，引起的＋艿就越大，附加土压力也就越不明显。大。所以，在涵洞顶部填筑压缩性比填土大的柔性填料，相当于减小了涵洞刚度，可促使一ｄ的形成（图１减荷措施２），从而使涵洞两侧外土柱对洞顶内土柱向下的附众所周知，影响上埋式构筑物垂直土压力的因素加不利摩擦力，变为向上的有利摩擦力，即通过洞顶很多、变化很大，且各个因素之间又互相影响。鉴于卸荷填料引起填土中变形调整，促使填土中产生土此，１９６３年顾安全教授…曾提出用一个综合陛参数艿拱效应，亦即使外土柱协调涵洞共同承担内土柱的的大小，即管顶平面内外土柱沉降差，来表示各因素自重压力，达到减小涵顶垂直土压力之目的［２“］。对涵顶垂直压力的影响。当涵顶平面外土柱沉降大于内土柱时，沉降差为＋艿（图１），涵顶垂直土压力将大２涵洞设计‘５．７】收稿日期：２００８—１２—１５作者简介：黄（１９７０一），男，河北省唐山市人，本科，工程师万方数据１１２公路交通技术２００９丘图２沉降差一艿原涵洞设计尺寸见图３，基础及洞身为现浇水泥混凝土，拱圈及拱肩采用块石砌筑，涵洞全长１２１ｍ，填土高度２８ｍ。通过在涵洞洞身铺设ＥＰＳ板减荷材料，从而减图４。ｋ———————』型善———————一单位：ｃｍ图３原涵洞结构设计Ｉ．２麴．单位：ｃｍ图４新结构设计结构计算［ｓ－ｌｏ］对于采取减荷措施情况下的涵洞垂直土压力计巩：川怛！：坐！！：尘笠堕坐到Ｌ∞ｃ曰（１一，ｕ２）ＥｈＥ。＋ｈ’ＥｈＥＪ万方数据０２２—８５）第４．２．１条，可得拱顶ｅ。＝等＝黼＝０．０４５ｍ＜０．６ｔｙ：０．６×Ｔ０．４：０．１２ｍｒ。＝１．９２ｍ＝８ｋ＝～０．０４．３４／１２＝０．１１５ｄ＝一＝————■■■■■＿＝一善＝蔫＝Ｕ“．８６”／１＋（黹）２．６０１＋（罢）２式中，ｙ。为材料安全系数；扎为弯矩平面内截面的０．４Ｘ１０６×１１．５／１．９２）×１０一＝２０７７ｋＮ＞ｑ＝面６７．３８丌＿５．６ｍ，故有卢＝瓦ｔｏ＝百０．３６Ｓ＝写≠＝炉ｉ下砑＝０．９４２式中，Ａ为截面面积；砭为抗压极限强度；碰为抗压极限强度；Ｓ为拱轴线长度；９为荷载组合系数；口为局部承压提高系数；ｈ。为矩形截面在弯曲平面内的高度；９为拱脚处轴线水平倾角。４）由《公路砖石混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＪ０２２－８５）第３．０．２—３条，可得小洞身承受的土压力，减小涵洞的结构断面尺寸，见３３．１拱顶断面算，采用顾安全教授曾提出的公式：２００９年第３期黄：高填方涵洞结构设计新方法１１３似Ａ砭／ｒ。＝（０．９４２×０．８６７×０．４×１００×１１．５／１．９２）×１０～：１９５７ｋＮ＞日ｉ＝１７９．８ｋＮ（安全）３．２拱脚断面Ｎ＝Ｈｃｏｓｑ～＋Ｖｓｉｎ垡名＝３７９．７６×ｃｏｓ６７．８＋７９０．６８×ｓｉｎ６７．３８０＝８７５．９２ｋＮＭ＝１．７６ｋＮ・ｍｅ。：警：去朵：ｏ．００２ｅｏ２百２百了亨＿苑２ｕ。ｍ＜ｏ．６×掣：ｍ＜ｕ・×—ｒ２０．１２ｍ符合规定。ｉ一（鱼）ｍＶ乜＝１＋（鱼）２ｒｍ：翦１一…黑）２～一”。（０＂０２／８－ｏ．哟７１）由《公路砖石混凝土桥涵设计规范｝（ＪＴＪ耐磁／Ｆｍ＝（ｏ．９９９７×０．４×１驴×１１．５／１．９２）×１０－３＝２３９５ｋＮ＞Ⅳ：２６０．７ｋＮ（安全）１９＝１＋ｏ．（１０２×５．砰×［１＋１．３３‘丽０．１３０２）２］一０．９５２２）由《公路砖石混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＪ弘Ａ冠／ｒ。＝（０．９５×２０．９９９７×０．４×１萨×１１．５／１．９２）×１０～：２２８０ｋＮ＞Ⅳ，＝２６０．７ｋＮ（安全）将采用减荷措施设计的新涵洞与原涵洞进行对比，从而证实新涵洞设计方法的经济价值，见表１。从表１可以看出，采用减荷措施后重新设计的涵洞造价，比原设计涵洞几乎省了一半，工期也可提前，经济效益甚为可观。万方数据表１新旧涵洞工程量及造价比较５结语结合采取减荷措施，以试验涵洞为例，提出新的涵洞结构设计方法。结果表明，按采取减荷措施设计的涵洞具有足够的安全性和显著的经济效益，可为以后的工程设计提供借鉴。参考文献［１］顾安全．上埋式管道垂直土压力的研究［Ｄ］．西安：中国科学技术研究所，１９６３．［２］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（５）：５００—５０４．［３］赵金明．ＥＰＳ板减荷措施在离填土拱涵上的应用研究［Ｄ］．西安：长安大学，２００７．［４］折学森．填埋式管道垂直土压力的计算［Ｊ］．西北建筑工程学院学报，１９９３（１）：２８—３４．［５］王晓谋，顾安全．上埋式管道垂直土压力减荷措施［Ｊ］．岩土工程学报，１９９０，１２（３）：８４—８９．［６］顾安全，金滨，冯瑞玲．减荷措施在高填土涵洞中的应用研究［ｃｌ／／中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集．北京：中国科学技术出版社，２００２．［７］王晓谋，顾安全．关于上埋式管道垂直土压力的减荷措施研究［Ｊ］．西安公路学院学报，１９８９，９（３）：２５—３３．［８］孙家驷．公路小桥涵勘察设计［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６．［９］车宏亚．涵洞和水管结构设计［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９５８．［１０］公路桥涵设计手册编写组．涵洞（公路设计手册）［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１（ｔ９７．０２２—８５）第３．０．２—１条，可得０２２—８５）第３．０．２—２条，可得４原设计与新设计比较
