专利名称：上埋式构筑物的土压力计算方法
技术领域：
本发明属于岩土工程技术领域，适用于公路、铁路、水利、电力、市政、能源、矿山、机场、军工等部门中的各种上埋式构筑物，诸如用于路堤与渠堤下的交通、排水涵洞(涵管)，尾矿坝(库)下的排洪洞，土石坝下的廊道、泄水洞，填埋式地下变电站、各类地下通道、洞室及武器掩蔽体等。
背景技术：
涵洞是上埋式构筑物中应用最多的一种，它被广泛地用于公路、铁路、水利、电力、市政、能源、矿山、机场、军工等部门。为了简化论述，以下用涵洞代替上埋式构筑物。随着我国公路、铁路、水利等工程的发展，特别是向广大的西北与西南山区、重丘区延伸，高填方路堤下涵洞(涵管)的受力、变形、沉降与开裂问题已引起有关方面的关注。然而国内外、各部门所用垂直与侧向土压力计算方法都很不统一。经检索，国内外已分别提出数十种垂直与侧向土压力计算方法，但不同方法的计算结果往往相互出入很大，尤其是垂直土压力计算，使设计者较难抉择。时至今日，对高填方涵洞的设计与土压力计算，基本上仍停留在几十年前的水平，特别是交通部门，现有的涵洞结构设计与施工技术规范及标准，存在着较多问题一方面由于设计保守而造成浪费；另一方面则由于对影响涵洞土压力的因素认识不足，设计与施工中采取的一些措施、要求不当(如标准图上要求涵顶填土压实度大于两侧填土，而非“中松侧实”的正确填土方法，又如在软土地基上采用桩基者)；对涵基承载力的要求与确定按地面建筑对待；垂直土压力计算值偏小，加上涵顶纵向承受着路堤的梯形荷载，从而使涵洞产生纵、横向开裂和较大的不均匀沉降等一系列病害。遇到地基较软弱的涵洞，为了防止各种病害或解决地基承载力不足，把刚性基础设计得很厚，有的多达3阶、每阶厚60cm，以下再换填l-3m的砂卵石垫层或干砌块石灌浆，甚至有的工程中采用桩基，结果导致更大的垂直土压力，使涵洞出现严重的纵向裂缝甚至被彻底压垮。填土较高的涵洞开裂病害多发生在纵向，而且涵顶填土越高，涵洞凸出地面高度(包括基础)越大，则纵向开裂的比例也愈大。此外，涵洞基础与地基的刚度越大，纵向开裂的比例也越大。纠其上述涵洞纵向开裂或破坏的原因，主要是由于土压力计算方法和采取的措施不当所致。因此，研究一种有效的土压力计算方法，对于防止涵洞出现严重的纵向裂缝甚至被彻底压垮有重要的现实意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一套涵洞土压力计算方法，该方法针对常规填土施工的涵洞(即未采用减荷技术)提出各种情况下垂直与侧向土压力计算公式及荷载取值方法，其计算结果较现行的方法更接近实际；同时，针对高填方涵洞提出减荷方法及其应用判据。本发明旨在减小涵洞的垂直与侧向土压力，调整涵洞纵横两向的土压力分布，改善涵洞结构受力状态，减小涵基的不均匀沉降，以减小涵洞结构尺寸，减少配筋，降低造价，达到经济合理之设计目标。通过本发明的方法对涵洞进行设计，可有效防止结构开裂病害的产生和涵洞引起的路面变形等问题。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案—种涵洞的土压力计算方法，包括未实施减荷措施情况下以及实施减荷措施情况下的涵洞的土压力计算，所述实施减荷措施是指通过在涵顶和/或涵侧铺设EPS板的方式进行减荷，具体分为以下六种情况的土压力计算I)涵顶未采取减荷措施情况下的垂直土压力σ v的计算公式
权利要求
1.一种涵洞的土压力计算方法，其特征在于，包括未实施减荷措施情况下以及实施减荷措施情况下的涵洞的土压力计算，所述实施减荷措施是指通过在涵顶和/或涵侧铺设EPS板的方式进行减荷，具体分为以下六种情况的土压力计算 1)涵顶未采取减荷措施情况下的垂直土压力Ov的计算公式
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的公式(I)中Kv的值根据涵洞突出地面的高度h、涵顶填土高度H分别与涵洞截面换算宽度B1的比值，再结合土性在下表中查得，所述土性共有四种碎石、软岩、砂性土和粘性土 ； 常规填土情况下四类土的Kv-H关系表
3.以及填土高度H，通过下表查得，其中，当填土高度H=IO 30m时，铺设单一密度EPS板进行减荷；当H=30 60m时，采用两种密度的EPS板叠加铺设进行减荷，铺设时密度大者置于上面
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述采取减荷措施的情况下，涵侧铺设的EPS板的密度与相同涵段的涵顶所铺EPS板取同一密度；涵侧铺设的EPS板的厚度Ah为相同涵段的涵顶EPS板厚度的1/3。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述采取减荷措施的判断条件为对填土高度H能同时满足H/U彡2. 5、H彡8m的涵段，则铺设EPS板减荷，且对于盖板涵、箱涵和拱涵，当地基为岩基时，对于净跨Ltl ( 2. 5m者，涵顶的EPS板采用满铺；对LciU. 5m者，涵顶的EPS板在净跨范围内铺设；当地基为非岩基时，涵顶EPS板采用满铺；对管涵、马蹄形涵、蛋形涵，无论地基岩性如何，均在填土高度达到涵顶标高时，采用等厚度的EPS板平铺，该EPS板的宽度方向每边超出涵洞外沿20cm，对涵座以上部分采用变厚度月牙形半包裹方式铺设。
6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述采取减荷措施的情况下，对盖板涵和箱涵，涵顶与涵侧均采用等厚度的EPS板；对拱涵、管涵、马蹄形涵和蛋形涵，EPS板被切割成上宽下窄倒梯形断面的长条状在现场按砌拱圈的方式装拼，EPS板的厚度由涵顶中线至两侧逐渐减小。
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述采取减荷措施的情况下，在涵顶填土时，EPS板顶第一层填土厚度不小于60cm ;在0. 6 I. 2m范围内米用娃式打夯机，I. 2 I.8m范围内用推土机履带碾压，I. 8 2. 4m范围内用压路机静压，2. 4m以后启用振动荷载 ，按常规施工碾压；在涵侧填土时，压路机轮边沿应距EPS板20 30cm ;在涵洞两侧填土时，采用对称填筑。
全文摘要
本发明公开了一种涵洞的土压力计算方法，包括未实施减荷措施情况下以及实施减荷措施情况下的涵洞的土压力计算，具体分为六种情况的土压力计算涵顶未采取减荷措施情况下的垂直土压力、涵顶采取减荷措施情况下的垂直土压力、涵顶与涵侧均未采取减荷措施情况下的侧向土压力、涵顶与涵侧均有减荷措施情况下的侧向土压力、涵顶采取且涵侧未采取减荷措施情况下侧向土压力、涵顶未采取且涵侧采取减荷措施情况下侧向土压力。本发明针对常规填土施工的涵洞提出各种情况下垂直与侧向土压力计算公式及荷载取值方法，其计算结果较现行的方法更接近实际；同时针对高填方涵洞提出减荷方法及其应用判据。有效防止结构开裂病害产生和涵洞引起的路面变形问题。
文档编号E02D1/08GK102767170SQ20121023216
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者曹周阳, 王晓谋, 顾安全 申请人:长安大学