上埋式涵洞土壓力減載研究與數值分析

周澤濤 李永剛

（太原理工大學水利科學與工程學院 山西太原030024）

0 引言

涵洞是埋設在填土下的排水或通道構筑物,從土壓力角度,公路涵洞屬于上埋式構筑物,由于涵洞的變形模量遠大于周圍填土的模量,使得涵洞上方土體與其兩側土體產生不均勻沉降，導致涵洞頂部很大的附加壓力,從而引起涵頂的開裂、破壞。尤其在填土較高的情況下,垂直土壓力更是決定結構斷面尺寸的控制因素。顧安全[1]關于303座填土較高的上埋式涵洞的調查表明,結構開裂的占63.5%,其中70%屬于縱向開裂。張衛兵[2]所在的課題組對西南、西北地區5省區具有代表性的17條高速公路182個涵洞進行了較詳細的實地調研,調查發現有近80%以上的涵洞存在不同程度的病害。可見,涵頂土壓力過大是發生病害的主要原因,研究涵洞的減荷對于減小涵頂垂直土壓力、保證涵洞的結構安全具有重要意義。目前常用的減載思路有中松側實、鋪設柔性填料、加筋橋、先填后挖等。本文提出一種新的減載方法供參考。

1 減載方法

涵洞剛度大于回填土體剛度，填土發生沉降以后，涵洞頂部土體的沉降量小于涵洞兩側土體的沉降量，在涵洞頂部土體與兩側土體之間會形成一個沉降差δ，如圖（1）。這個沉降差的存在，會導致涵洞兩側土體對涵洞頂部土體產生一個向下的摩擦力，加大涵洞頂部土體對涵洞的垂直土壓力。因之，可以通過減小內外土柱之間的沉降差δ來減小洞頂的土壓力，甚至可以采取一些措施[1-5]，使得內土柱的沉降量大于外土柱的沉降量，改變內、外土柱之間的摩擦力的方向，進一步降低洞頂的垂直土壓力。……