過渡段路基加寬荷載作用下箱涵接長地基沉降分析

張 銘

（山東鐵路投資控股集團有限公司，山東 濟南 250102）

1 箱涵處工程地質條件及其設計方案

某排水涵洞為箱涵，該位置覆蓋層多為黏性土或砂類土，下覆泥巖與粉砂質泥巖等，設計的涵洞方案見圖1，地質情況以及選擇的涵洞設計方案見圖2，物理力學性質指標見表1。

圖1 設計涵洞方案（m）

圖2 工程地質情況以及涵洞設計方案

表1 土層物理參數

箱涵自身重量為G1=γ1V1，箱涵基礎由于箱涵自身重量產生的基底壓力為σ1=G1/A；面板的重量為G2=γ2V2，由于橋面板重量產生的基地壓力為σ2=G2/A。考慮到車輛荷載作用以及箱涵后填土產生的土壓力引起涵洞基礎產生基地壓力，大體在10～30 kPa左右，加上箱涵自身重量和面板重量產生的基地壓力，綜合考慮擴寬后涵洞基礎受到的基底壓力為150 kPa，并且假設這個基底壓力為均勻分布的。

2 地基沉降計算分層總和法

過渡段路基加寬荷載作用下箱涵接長地基沉降計算采用分層總和法。

（1）根據地層剖面圖選擇沉降計算剖面。（2）求出計算點垂線上各分層層面處的豎向自重應力σc。（3）求出計算點垂線上各分層層面處的豎向附加應力σz，按照規范確定沉降計算深度。（4）在計算深度內對地基進行分層。求出各分層的平均自重應力P1i和平均附加應力ΔPi。（5）在壓縮曲線上查出相應的初始孔隙比和壓縮穩定后的孔隙比。（6）各分層土的壓縮量ΔSi=。（7）地基最終沉降量S= ΔSi。

3 加寬荷載作用下箱涵沉降變形分析

涵洞接長長度兩邊都是8 m，由于涵洞所受荷載比較小，選擇涵洞基礎寬度為1 m。為分析接長涵洞在橫斷面引起的沉降和縱向方向引起的沉降，分別在橫斷面方向選擇7條線路、在縱向方向選擇6條線路進行分析，見圖3。

圖3 涵洞接長在橫斷面和縱向方向所選線路（m）

分析不同均布荷載作用以及基礎性質對涵洞接長荷載引起的沉降，共4種情況：（1）第一種情況分析涵洞接長荷載作用柔性基礎沿橫斷面沉降影響情況；（2）第二種情況分析涵洞接長荷載作用柔性基礎沿縱向沉降影響情況；（3）第三種情況分析涵洞接長荷載作用剛性基礎沿橫斷面沉降影響情況；（4）第四種情況分析涵洞接長荷載作用剛性基礎沿縱向沉降影響情況。每種情況都分析了三種荷載作用，包括矩形均布荷載、三角形分布荷載和梯形分布荷載。所得曲線見圖4～圖7。

圖4 接長荷載作用柔性基礎沿橫斷面方向沉降曲線

圖5 接長荷載作用柔性基礎沿縱向方向沉降曲線

圖6 接長荷載作用剛性基礎沿橫斷面方向沉降曲線

圖7 接長荷載作用剛性基礎沿縱向方向沉降曲線

通過圖4可知，相比輕型橋臺基礎，涵洞基礎最大橫斷面方向沉降不到6 cm。通過圖5可知，由于涵洞基礎承受的荷載比較小，所以涵洞基礎寬度設計也比較小。如果按照柔性基礎計算，沿縱向方向沉降曲線相對就比較集中、陡峭。

通過圖6和圖7可知，如果按照剛性基礎考慮，則沿橫斷面和縱向方向的沉降量會顯著降低。

4 結語

由于涵洞基礎承受的荷載相對比較小，所以涵洞基礎寬度設計比較小。這樣在接長荷載作用下，如果按照柔性基礎計算，沿縱向方向的沉降曲線就比較集中、陡峭。如果考慮是剛性基礎，則沿橫斷面和縱向方向的沉降量會顯著降低。三種分布荷載作用下，梯形分布荷載作用下沉降最大，矩形均布荷載作用下沉降其次、三角形分布荷載沉降最小。由于涵洞基礎在接長荷載作用下沉降量最大值一般不是很大，所以對非軟土地基可以不用采用復合地基形式。