涵洞設計中填土高度所產生的影響分析

王素英

摘要：在設計涵洞的過程中，填土的高度不僅關系到工程整體的造價，同時與施工難易程度也有著不可分割的直接聯系，所以要把握對填土高度的影響因素，做好相應的解決方案措施。本文首先分析了填土高度對涵洞結構設計的具體影響，然后闡述了高回填涵洞的受力及設計處理中的相關問題，希望能對涵洞設計方面工作的開展提供一些有價值的參考建議。

關鍵詞：涵洞設計；填土高度；影響分析

所謂涵洞就是為了排出水流或跨越管線而設置的構筑物，在公路橋梁工程設計中被大量的應用。涵洞結合洞頂填土的厚度能夠分為兩種，一種為明涵，就是不填土或填土低于500mm的涵洞，另一種為暗涵，也就是填土超過500mm的涵洞，明涵適用于低路堤；相反，暗涵則適用于高路堤，填土高度對涵洞設計的影響非常大，因此必須要加強對涵洞填土高度的相關問題進行深入的研究，提高涵洞施工的穩定性與安全性。

1、填土高度對涵洞結構設計的影響

在計算涵洞結構的過程中需要充分的考慮負荷，負荷整體上分為兩種，第一種車輛負荷，第一種為填土負荷，兩種負荷對涵洞結構的作用和影響都非常巨大，合理的填土能夠有效避免輪壓、沖擊力等因素的影響，而如果填土過厚，則會增加涵洞頂土的壓力，導致截面設計過于大。所以在計算涵洞結構時必須要明確填土的厚度，這對設計以及工程的資金成本都有著直接的聯系，下面筆者將結合經驗進行對比分析。

1.1車輛荷載作用分析

車輛所產生的的荷載作用于涵洞上，壓力同填土高度以及壓力分布都有著直接的關系，結合《公路橋涵設計通用規范》的規定，在計算車輛荷載對涵洞產生的壓力時，車輪或履帶依照同地面的接觸面積的邊緣向下作30度角分布，如果車輪同履帶的壓力擴散線發生重合時則以最外邊的為準。

1.2填土荷載作用分析

假設填土屬于完全濕潤的狀態，則填土荷載的計算公式如下：qv=γh，γ表示土的容量，h表示截面同路面之間的距離。

1.3內力及荷載組合分析

通過計算我們能夠發現，如果涵洞填土的高度適當對涵洞的設計是有著極大的作用，能夠起到迅速降低車輛荷載的作用。但是涵洞填土的高度要起到有利的作用就必須控制在一定的范圍內，如果涵洞填土過大，土產生的壓力也會隨著上升，另外在填土的作用下，涵洞頂部土體沉降所產生的負摩擦阻力也會提高填土的荷載，所以在涵洞設計的過程中必須要加強對填土高度的控制，保證其處于最為合理的狀態。

1.4填土高度對涵洞結構設計的影響

上面只對頂板的受力進行了簡單的分析，在實際設計過程中還會涉及到墩臺驗算等方面的工作，填土的高度同墩臺所承受的側向土壓力是呈正比的，填土越深墩臺所承受的壓力就越大；另外由于墩臺屬于圬工結構，承擔的很多方面所帶來的壓力，例如地基反力、土的側向壓力等，長時間屬于受力的狀態中，在計算時多數情況由側墻墻踵根部不出現拉應力控制，其隨著填土深度的改變沒有頂板敏感。

2、高回填涵洞的受力及設計處理

2.1高回填涵洞的受力特點

對于高回填涵洞來講，所承受的壓力包括很多方面，例如：土帶來的壓力以及墩臺所承受的側壓力等，涵洞結構安排上存在很多不合理的位置，這種形式的涵洞只能使用填土法進行修建，在修筑路基的過程中涵洞所承擔的壓力和推力也隨著提高，另外由于路堤填土的高度要高于涵洞填土的高度，沉降現象不明顯，但是由沉降所造成的填土與涵洞頂土柱的摩擦力影響了涵洞的壓力，因此在涵洞設計的過程中必須要考慮把土柱壓力放大一個系數。

2.2高回填涵洞的的設計處理

2.2.1截面的選擇問題

目前應用最多的就是石砌蓋板涵，過水截面為4平方米，在設計階段可以采用多種截面形式，常見的有2m×2m、2m×1.6m等，通過對比能夠發現，矮而寬的涵洞具有較大的側向剛度，缺點在于頂板受力較為薄弱；高而窄的涵洞整體的高度較大，適宜于覆土適中的涵洞；而截面適中的涵洞在高回填區域最為合理。

2.2.2中松側實的原則分析

通過對涵洞頂土體的變形機理進行分析能夠發現，當洞頂填土的壓實度低于兩側填土的壓實度時，在土體發生變形的過程中洞頂土體的變形就會超過兩側土體的變形，使頂部填土的壓力轉移到涵洞兩側的填土上，也就是所謂的“中松側實原則”，自然而然的形成了卸荷的效果，降低了土壓力對涵洞結構所產生的作用。

2.2.3溝谷地形的應用

在天然溝谷地形中設計涵洞，溝谷的邊坡對涵洞的受力起到了非常顯著的卸荷效果，隨著路基填土的不斷壓實、碾壓動力效應的不斷增加，該卸荷效果也會隨著減弱，因此必須要充分利用天然的溝谷地形，在設計涵洞的過程中要保留好天然溝谷。

2.2.4卸荷措施的應用

所謂卸荷措施就是在涵洞上方鋪設柔性材料，一方面能夠有效降低土的壓力，另一方面還能調整涵洞附近土的壓力分布，使結構更加均勻的受力。例如結合有些橋梁工程填筑材料的來源，在路基下段填筑粉煤灰拌合土等。總而言之，在高填土中進行涵洞的設計時，采取適當的卸荷措施具有非常顯著的實用性。

總結

通過上述得知，在涵洞設計的過程中，洞頂填土的高度對其影響是非常大，只有填土的高度處于一個合理的范圍內，才能發揮其自身的作用，降低車輛的負荷作用。所以必須要加強對洞頂填土高度的設計，制定最佳的設計埋深和設計截面，降低工程施工的整體難度，保障施工工作順利的進行。

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