上埋式構筑物的土壓力計算方法技術

本發明專利技術公開了一種涵洞的土壓力計算方法，包括未實施減荷措施情況下以及實施減荷措施情況下的涵洞的土壓力計算，具體分為六種情況的土壓力計算：涵頂未采取減荷措施情況下的垂直土壓力、涵頂采取減荷措施情況下的垂直土壓力、涵頂與涵側均未采取減荷措施情況下的側向土壓力、涵頂與涵側均有減荷措施情況下的側向土壓力、涵頂采取且涵側未采取減荷措施情況下側向土壓力、涵頂未采取且涵側采取減荷措施情況下側向土壓力。本發明專利技術針對常規填土施工的涵洞提出各種情況下垂直與側向土壓力計算公式及荷載取值方法，其計算結果較現行的方法更接近實際；同時針對高填方涵洞提出減荷方法及其應用判據。有效防止結構開裂病害產生和涵洞引起的路面變形問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于巖土工程
，適用于公路、鐵路、水利、電力、市政、能源、礦山、機場、軍工等部門中的各種上埋式構筑物，諸如用于路堤與渠堤下的交通、排水涵洞(涵管)，尾礦壩(庫)下的排洪洞，土石壩下的廊道、泄水洞，填埋式地下變電站、各類地下通道、洞室及武器掩蔽體等。
技術介紹
涵洞是上埋式構筑物中應用最多的一種，它被廣泛地用于公路、鐵路、水利、電力、市政、能源、礦山、機場、軍工等部門。為了簡化論述，以下用涵洞代替上埋式構筑物。隨著我國公路、鐵路、水利等工程的發展，特別是向廣大的西北與西南山區、重丘區延伸，高填方路堤下涵洞(涵管)的受力、變形、沉降與開裂問題已引起有關方面的關注。然而國內外、各部門所用垂直與側向土壓力計算方法都很不統一。經檢索，國內外已分別提出數十種垂直與側向土壓力計算方法，但不同方法的計算結果往往相互出入很大，尤其是垂直土壓力計算，使設計者較難抉擇。時至今日，對高填方涵洞的設計與土壓力計算，基本上仍停留在幾十年前的水平，特別是交通部門，現有的涵洞結構設計與施工技術規范及標準，存在著較多問題一方面由于設計保守而造成浪費；另一方面則由于對影響涵洞土壓力的因素認識不足，設計與施工中采取的一些措施、要求不當(如標準圖上要求涵頂填土壓實度大于兩側填土，而非“中松側實”的正確填土方法，又如在軟土地基上采用樁基者)；對涵基承載力的要求與確定按地面建筑對待；垂直土壓力計算值偏小，加上涵頂縱向承受著路堤的梯形荷載，從而使涵洞產生縱、橫向開裂和較大的不均勻沉降等一系列病害。遇到地基較軟弱的涵洞，為了防止各種病害或解決地基承載力不足，把剛性基礎設計得很厚，有的多達3階、每階厚60cm，以下再換填l-3m的砂卵石墊層或干砌塊石灌漿，甚至有的工程中采用樁基，結果導致更大的垂直土壓力，使涵洞出現嚴重的縱向裂縫甚至被徹底壓垮。填土較高的涵洞開裂病害多發生在縱向，而且涵頂填土越高，涵洞凸出地面高度(包括基礎)越大，則縱向開裂的比例也愈大。此外，涵洞基礎與地基的剛度越大，縱向開裂的比例也越大。糾其上述涵洞縱向開裂或破壞的原因，主要是由于土壓力計算方法和采取的措施不當所致。因此，研究一種有效的土壓力計算方法，對于防止涵洞出現嚴重的縱向裂縫甚至被徹底壓垮有重要的現實意義。
技術實現思路
針對上述現有技術中存在的缺陷或不足，本專利技術的目的在于，提供一套涵洞土壓力計算方法，該方法針對常規填土施工的涵洞(即未采用減荷技術)提出各種情況下垂直與側向土壓力計算公式及荷載取值方法，其計算結果較現行的方法更接近實際；同時，針對高填方涵洞提出減荷方法及其應用判據。本專利技術旨在減小涵洞的垂直與側向土壓力，調整涵洞縱橫兩向的土壓力分布，改善涵洞結構受力狀態，減小涵基的不均勻沉降，以減小涵洞結構尺寸，減少配筋，降低造價，達到經濟合理之設計目標。通過本專利技術的方法對涵洞進行設計，可有效防止結構開裂病害的產生和涵洞引起的路面變形等問題。為了達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案—種涵洞的土壓力計算方法，包括未實施減荷措施情況下以及實施減荷措施情況下的涵洞的土壓力計算，所述實施減荷措施是指通過在涵頂和/或涵側鋪設EPS板的方式進行減荷，具體分為以下六種情況的土壓力計算I)涵頂未采取減荷措施情況下的垂直土壓力σ v的計算公式本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種涵洞的土壓力計算方法，其特征在于，包括未實施減荷措施情況下以及實施減荷措施情況下的涵洞的土壓力計算，所述實施減荷措施是指通過在涵頂和/或涵側鋪設EPS板的方式進行減荷，具體分為以下六種情況的土壓力計算：1）涵頂未采取減荷措施情況下的垂直土壓力σv的計算公式：σv=γH[1+(1+h2H)hEωcB(1-μ2)Ehη]=KvγH---(1)式中：h──涵洞突出地面的高度，m；H—─涵頂填土高度，m；B──涵洞寬度，m；μ──涵頂填土的側脹系數；γ——填土重度，kN/m3；ωc──與剛性涵洞長寬比L/B1及基底形狀有關的系數；E──涵頂填土的變形模量平均值，MPa；其中，Es為壓縮模量；室內壓縮試驗所提供的Es—P曲線上查得Es；P為壓縮荷載，按公路土工試驗規程加載；Eh——涵側填土的變形模量平均值，MPa；其中，Es為壓縮模量；室內壓縮試驗所提供的Es—P曲線上查得Es；P為壓縮荷載，按公路土工試驗規程加載；η──涵洞截面的外形影響系數，其中B1為涵洞截面換算寬度，A為涵洞外形橫截面面積；對于沒有襟邊的矩形或方形涵洞，η＝1。Kv──垂直土壓力系數，或者直接通過表2查得；2）涵頂采取減荷措施情況下的垂直土壓力σv的計算公式：σv=γH[ωCB(1-μ2)EhE*+(1+h+h*2H)(h+h*)EhE*ηωCB(1-μ2)EhE*+h*EhE]---(2)式中：E*──涵頂所鋪EPS板的變形模量，室內壓縮試驗所提供的E*—P曲線上查得E*；h*──涵頂所鋪EPS板的厚度；其余符號的含義參見公式（1）；3）涵頂與涵側均未采取減荷措施情況下的側向土壓力σh計算公式：σh=(μ1-μ)γH[1-(1+h2H)hE2ωCB(1-μ2)Ehη]---(3)4）涵頂與涵側均有減荷措施情況下的側向土壓力σh計算公式：5）涵頂采取減荷措施且涵側未采取減荷措施情況下，側向土壓力σh計算公式：σh=(μ1-μ)γH[32-ωCB(1-μ2)EhE*+(1+h+h*2H)(h+h*)EE*η2[ωCB(1-μ2)EhE*+h*EhE]]---(5)6）涵頂未采取減荷措施且涵側采取減荷措施情況下，側向土壓力σh計算公式：公式（3）？（6）中：——填土的內摩擦角；c——填土的凝聚力；其余符號的含義參見公式（1）、（2）。FDA00001857536100012.jpg,FDA00001857536100013.jpg,FDA00001857536100014.jpg,FDA00001857536100015.jpg,FDA00001857536100016.jpg,FDA00001857536100023.jpg,FDA00001857536100025.jpg,FDA00001857536100031.jpg...

【技術特征摘要】
1.一種涵洞的土壓力計算方法，其特征在于，包括未實施減荷措施情況下以及實施減荷措施情況下的涵洞的土壓力計算，所述實施減荷措施是指通過在涵頂和/或涵側鋪設EPS板的方式進行減荷，具體分為以下六種情況的土壓力計算 1)涵頂未采取減荷措施情況下的垂直土壓力Ov的計算公式2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的公式(I)中Kv的值根據涵洞突出地面的高度h、涵頂填土高度H分別與涵洞截面換算寬度B1的比值，再結合土性在下表中查得，所述土性共有四種碎石、軟巖、砂性土和粘性土 ； 常規填土情況下四類土的Kv-H關系表3.以及填土高度H，通過下表查得，其中，當填土高度H=IO 30m時，鋪設單一密度EPS板進行減荷；當H=30 60m時，采用兩種密度的EPS板疊加鋪設進行減荷，鋪設時密度大者置于上面4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，在所述采取減荷措施的情況下，涵側鋪設的EPS板的密度與相同涵段的涵頂所鋪EPS板取同一密度；涵側鋪設的EPS板的厚度Ah為相同涵段的涵頂EPS板厚度的1/3。5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述采取減荷措施的判斷條件為對填土高度H能同時滿足H/U彡2. 5、H彡8m的涵段，則鋪設EPS...

【專利技術屬性】
技術研發人員：顧安全，王曉謀，曹周陽，
申請(專利權)人：長安大學，
類型：發明
國別省市：