试论涵洞设计中填土高度所产生的影响

试论涵洞设计中填土高度所产生的影响

安婷

甘肃综合铁道工程承包有限公司甘肃兰州730000

摘要：针对涵洞来说，在设计的过程中由于填土高度会对整个工程造价产生影响，并且也会直接的关系到施工的难易程度，因此，要对填土高度影响因素给予充分的了解和掌握，并且做好相应的解决方案。本文主要对涵洞在设计时填土高度产生影响进行分析和研究，并且在此基础上提出以下内容，希望能给相关人员提供参考。

关键词：涵洞设计；填土高度；影响；分析

引言：涵洞主要是为了排洪、立交、灌溉或者是跨越管线而设置的构筑物，工程设计中被大量的采用。涵洞结合洞顶填土的厚度可以分为明涵和暗涵两种，明涵是洞顶填土高度小于五百毫米的涵洞，适用于低路堤，浅沟渠。暗涵是填土高度大于或等于五百毫米的涵洞，适用于高路堤,深沟渠。填土高度对于涵洞设计影响比较大，所以必须对涵洞填土高度相关的问题作出深入的研究，提高涵洞施工的稳定性以及安全性。

1.关于涵洞的设计概述分析

涵洞的类型主要决定了其自身的功能、造价以及使用的年限，因此在对涵洞类型选择的过程中必须要对其以下方面的原则进行充分的考虑：一是道路的等级以及综合性质和服务；二是涵洞所处的地形、地质以及水文和水利条件；三是工程的费用以及造价；四是当地筑路材料的情况；五是施工期限以及施工条件；六是养护维修条件。

2.关于填土高度对涵洞结构的设计影响分析

涵洞结构在计算时一定要对荷载给予充分的考虑，对于荷载来说，可以在一定程度上将其分为两种，一是车辆荷载，二是填土压力，这两种荷载对涵洞结构作用和影响都比较大，合理填土能够对轮压和冲击力等方面带来的影响进行消减，如果填土相对来说比较厚，对涵洞顶土压力增加，就会使截面尺寸相对比较大，所以在涵洞结构进行计算的过程中，要明确填土厚度，这对设计和工程资金成本有着密切影响。

2.1关于车辆荷载的作用分析

当车辆荷载作用在涵洞上，压力和填土高度以及压力分布都存在着直接的关系，结合《公路桥涵设计通用规范》的规定，在计算车辆荷载对涵洞产生的压力过程中，车轮或者是履带依照着地面积边缘向下做三十度角度进行分布，当几个车轮或履带的压力扩散线相重叠时，扩散面积以最外边的扩散线为准。

2.2关于内力以及荷载的组合分析

通过计算我们可以知道，当涵洞填土的高度适当时，能够起到降低车辆荷载的作用；当涵洞的填土较大时，土压力也将会不断的增大，涵洞顶部的土体沉降所出现的负摩擦阻力也将会提高填土的荷载。因此在进行涵洞设计的过程中，必须要全面的对填土的高度进行控制，保持其处于最为合理的状态。

2.4关于填土的高度对涵洞结构的设计影响

上面仅仅只是对涵洞顶部的受力做出了简单的介绍分析，在对其进行实际设计的过程中，也将会涉及到涵台的验算等方面的工作，填土的高度和涵台所承受的侧向土压力之间是呈现为正比例的，填土越高，涵台所承受到的压力则是越大。由于涵台主要是圬工结构，承担很多方面的压力，比如地基的反力以及土的侧向压力等，在进行计算的过程中，多数情况下是由侧墙墙踵根部不出现拉应力来控制的，地基的反力以及土的侧向压力随着填土深度的变化没有顶板的敏感。

3.关于高回填涵洞的受力以及设计的处理分析

3.1关于回填涵洞的受力特点分析

针对于高填土涵洞来说，所能够承受的压力包括：土带来的压力以及墩台所承受的侧压力等，在填方过程中涵洞承担的压力以及推力会不断的提高，在此之外，因为路堤填土的高度要能够高于涵洞填土的高度，沉降的现象相对并不明显，但是因为沉降导致出现的填土以及涵洞顶土的摩擦力影响了涵洞的压力，所以在涵洞设计中，必须要考虑将土柱压力放大到一个系数。

3.2关于高回填涵洞的设计处理分析

3.2.1关于截面的选择问题分析

现阶段应用最为多的便是混凝土盖板涵，在设计的过程中可采用多种截面形式，在对其进行对比分析之后可以知道，矮而宽的涵洞具有比较大的侧向刚度，缺点在于顶板的受力相对来说比较薄弱；高而宽的涵洞整体的高度相对来说比较大，主要是适用于覆土适中的涵洞，而截面适中的涵洞在高填方区域则是最为合理的。

3.2.2关于中松侧实的原则分析

通过对涵洞顶土体的变形机理做出了全面的分析研究可以知道，当洞顶的填土压实度低于两侧填土的压实度的时候，在土体出现变形的过程中，洞顶土体的变形将会超过两侧土体的变形，从而使其顶部的填土压力转向涵洞两侧的填土之上，也就是所谓的“中松测实原则”，自然而然的便形成了卸荷的效果，从而降低了土压力对于涵洞结构所带来的一些影响。

3.2.3关于沟谷地形的应用分析

在天然沟谷地形的涵洞设计中，沟谷的边坡将会对涵洞的受力起到十分有限的卸荷效果，然而随着路基填土不断的被压实以及碾压动力效应的全面提高，该卸荷的效果也将会不断的减弱，所以必须要充分的利用天然的沟谷地形，在进行设计涵洞的过程中也需要对天然的沟谷进行保留。

3.2.4关于卸荷的措施应用分析

卸荷的措施主要是在涵洞的上方铺设柔性的材料，一方面能够更加有效的降低土压力，另一方面也能够调整涵洞附近土的压力分布，从而使其结构能够更加均匀的受力。总之言而，高填土涵洞设计过程中，采取适当的卸荷措施具有着十分显著的使用性。

总结：通过上述分析可以知道，在涵洞设计过程中，洞顶填土的高度对其影响十分大，只有填土高度处于一个合理的范围之内，才能够发挥其自身的作用，降低车辆荷载。所以必须要提高对洞顶填土的设计，制定出最佳的设计埋深以及设计截面，降低工程施工的整体难度。

参考文献：

[1]马强.高填方涵洞受力特性及新型格栅减载方法研究[D].华中科技大学,2011.12（24）：104-107.

[2]上官方.涵洞填土等沉面及其对涵洞土压力的影响研究[D].太原理工大学,2011.12（24）：108-109.

[3]范鹤.高填土涵洞土压力理论与涵洞结构变形智能预测[D].东北大学,2008.12（24）：152-155.

[4]田文刚.填土高度对涵洞设计的影响[A].中国硅酸盐学会科普工作委员会、建筑材料工业技术情报研究所、全国水泥行业专家联盟、国际水泥与混凝土网.2014第六届国内外水泥粉磨新技术交流大会论文集[C].中国硅酸盐学会科普工作委员会、建筑材料工业技术情报研究所、全国水泥行业专家联盟、国际水泥与混凝土网.2014.12（24）：154-158.