論述鐵路涵洞基礎的設計

史 娜/甘肅綜合鐵道工程承包有限公司

論述鐵路涵洞基礎的設計

史 娜/甘肅綜合鐵道工程承包有限公司

【摘 要】本論文的主要內容包括選擇鐵路涵洞基礎類型，選用建筑材料，確定基礎尺寸，決定基礎埋置深度以及基礎處理措施等。本文針對鋼筋混凝土圓形涵洞、矩形涵洞、鋼筋混凝土蓋板箱涵、混凝土高失拱形涵洞的基礎設計做相關的論述。

【關鍵詞】鐵路涵洞；基礎尺寸；鋼筋混凝土；基礎處理措施；剛性角

引言

涵洞基礎一般可分為有基和無基兩種。有基又可分為整體式和非整體式兩種。基礎形式應按涵洞的類型、涵頂填方高度、孔徑大小、基地地質條件及地基處理方法等進行選擇。

一、常用的各類涵洞的基礎使用條件

(一)鋼筋混凝土圓形涵洞、矩形涵洞及其他封閉式涵洞

根據基底土壤種類、地下水的狀態及地基土壤的凍脹性等情況，采用有機（整體式）或無基（僅有砂墊層或夯實層）。

1.涵洞受兩旁路堤土柱壓重。使地基承載能力有所提高，當基底土壤的容許承載力等于及大于150kPa時，不論土層能否滿足設計壓應力的要求，一般可采用整體式基礎，惟應注意要設置上拱度，以減免使用中的塌腰病害。若涵洞建在太差的地基上，沉陷量較大時，即土壤容許承載力小于150kPa時并小于設計基底壓應力時，則引另采取措施處理地基。

2.如基底土壤是巖石；礫石土、卵石土；礫砂、粗砂、中砂及細砂，墊層或夯實層的厚度不小于40cm，且土質均勻，下沉量不大者，涵洞可采用無基基礎。但涵洞出入口仍設實體基礎并考慮防滲作用，以減免凍脹病害。

非嚴寒地區，土質均勻，下沉量不大的粘性土（如硬塑狀態，半硬塑狀態的粘性土）和位于地下水位以上的中密粉砂土，亦可考慮采用無基涵洞。

采用無基基礎時，尚應符合下列條件:

（1）為了防止由于過大的涵節沉落所產生的漏水病害，涵頂至軌底填方高度一般不宜超過5.0m（巖石地基可不受此限）。

（2）最大流量時涵前積水深度不大于2.5m（無壓及半有壓涵洞）。

（3）非經常流水的溝渠（不受滲水影響軟化的地基可不受此限）。

（4）非沼澤地區。

（5）溝床縱坡≤30‰；個別困難地段≤50‰。

為了適應泄床與端翼墻基礎間的不均勻沉陷，泄床與端翼墻基礎須分離（泄床厚度一般≥50cm）。

（二）鋼筋混凝土蓋板箱涵

根據孔徑大小及基地土壤種類，基礎設計有整體式和非整體式。整體式基礎分為剛性聯合基礎和鋼筋混凝土聯合基礎，非整體基礎又稱分離式基礎。

1.剛性聯合基礎。

剛性聯合基礎適用于單孔1.0～6.0m及雙孔1.0～6.0m涵洞基底土壤容許承載力等于及大于150kPa的任何土層上。剛性聯合基礎厚度系自兩側邊墻底面內緣按剛性角向下擴大至壓力分布線相交于基底而定，以使整個基底均勻受力（拱形涵洞整體式基礎同此）。由于較大孔徑的剛性聯合基礎太厚，圬工量過大，僅在不宜采用分離式或鋼筋混凝土聯合基礎時采用。

2.鋼筋混凝土聯合基礎。

鋼筋混凝土蓋板涵孔徑3.0～6.0m單孔高、底邊墻涵洞設計有鋼筋混凝土聯合基礎，適用于地質較差、容許承載力較低、土壤壓縮模量（E0）等于或大于4000kPa的地基，板頂填方高度大于3.0m時須進行個別設計解決。如以后涵身不會接長時，翼墻部分基礎可用于出入口翼墻鋼筋混凝土聯合基礎的配筋設計；遇將來涵洞有可能接長時，則宜采用洞身鋼筋混凝土聯合基礎的配筋設計。

3.分離式基礎。

蓋板涵孔徑2.0～6.0m單、雙孔高、低邊墻涵洞設計有分離式基礎，適用于土質較好的地基，若土壤容許承載力小于基地應力但等于及大于300kPa，且土壤壓縮性較小的地基（粘性土為半干硬以上，砂類土為中砂以上，以及碎石類土和巖石）亦可應用。分離式基礎設計時考慮了流水板的支撐作用，按洞內側基底應力不大于洞外側（填土側）基地應力的原則設計。如為兼立交的涵洞，每段涵洞（兩沉降縫之間）基礎之間設截面為1.0×1.0m的漿砌片石支撐兩道。

當基底土壤容許承載力小于基地應力但不小于150kPa時，均可采用剛性聯合基礎或鋼筋混凝土聯合基礎。如基底容許承載力小于150kPa并小于設計基底壓應力時，則應采取措施處理地基。

4.翼墻基礎。

剛性聯合基礎的蓋板箱形涵洞出入口翼墻的基礎一般亦為整體式基礎。剛性混凝土聯合基礎的蓋板箱形涵洞，出入口翼墻的前墻基礎采用混凝土灌注并與鋼筋混凝土板連為一體，板底以下用強砌片石加厚至1.25m或凍結深度以下0.25m處。分離式基礎的蓋板箱形涵洞，出入口翼墻基礎與泄床分離，但前墻范圍內的泄床與翼墻基礎等厚。

涵洞出入口翼墻所受外力較小，當基底土壤容許承載力等于及大于130kPa時，孔徑3.0m及以上的蓋板箱形涵洞，出入口翼墻為剛性聯合基礎或鋼筋混凝土聯合基礎時，也可改為分離式基礎（不包括提高節出入口），以節省圬工。

（三）混凝土高失拱形涵洞

孔徑1.0～2.5m者，采用整體式基礎；孔徑3.0～6.0m者，基礎有整體式基礎和非整體式基礎兩種。

1.整體式基礎。

整體式基礎適用于除工程地質特殊土壤如濕陷性黃土、裂隙粘土等以外的各類土壤地基上。當填地（石）高等于及大于10m時，要求地基容許承載力大于200kPa，當填地（石）高小于10m時，要求地基容許承載力不小于150kPa，如地基承載力不能滿足上述要求時應采取其他措施。

2.非整體式基礎。

非整體基礎適用于碎石類土、砂類土、粘性土（σ0≥350kPa）地基上，要求地基容許承載力[σ]＞300kPa，并需滿足土壤擠出穩定性（穩定系數K＜1.5）的要求，如不能滿足要求時，須加大或加深基礎，或改用整體式基礎或采用其他處理措施。

3.翼墻基礎。

抬高式入口：孔徑1.0～5.0m的翼墻基礎為整體式；孔徑5.5～6.0m的翼墻基礎與泄床分離。

不抬高式入口：孔徑1.0～3.0m的翼墻基礎為整體式；孔徑3.5～6.0m的翼墻基礎與泄床分離。

出口：不論入口為抬高還是不抬高式，孔徑1.0～2.5m的出入口翼墻基礎均為整體式，孔徑3.0～6.0m的出口翼墻基礎與泄床分離。

二、基礎埋置深度及厚度

涵洞基礎除設置在不凍脹地基土上者外，出入口和自兩端洞口向內各2m范圍內的涵身基底埋深：對于凍脹、強凍脹土應在凍結線以下0.25m；對于弱凍脹土，應不小于凍結深度的80%，涵洞中間部分可按各類涵洞標準圖上規定者辦理，亦可地區經驗確定。嚴寒地區，當涵洞中間部分的埋深與洞口埋深相差較大時，其連接處應設置過渡段。凍結較深的地區，也可采取將基底至凍結線以下0.25m處的地基土換填以粗顆粒土（包括隨時類土、礫砂、粗砂、中砂，但其中粉粘粒含量應≤15%，或粒徑小于0.1mm的顆粒應≤25%）的措施。

涵洞基礎厚度除應滿足凍結深度的要求外，還應符合剛性角的有關規定。

（1）鋼筋混凝土圓形涵洞及矩形涵洞，基礎厚度與剛性角無關，但為防止洞身沉陷過多或為出入口免受沖刷，基礎應保持一定的厚度，因此涵洞基礎一般均不應小于標準圖中的最小厚度。

（2）鋼筋混凝土蓋板箱形涵洞、拱形涵洞，不設鋼筋的圬工基礎厚度應按剛性角確定。對混凝土整體式基礎或非整體式基礎的剛性角采用45°；有關標準圖對是石器圬工整體式基礎的剛性角采用40°,非整體式基礎的剛性角采用38°。

參考文獻：

[1] 鐵道部第一勘察設計院、蘭州鐵道學院.涵洞與孔橋[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

[2] 鐵道部第三勘察設計院.鐵路橋涵設計基本規范[M].北京：中華人民共和國鐵道部，2006.