学文网摘要：本文结合在国道109线东胜段高速公路上涵洞地基承载力难以满足需求这一实际问题，分析了涵洞基底应力以及针对粉砂粉土地区所采取的处理措施。为同类型问题提供经验与参考。
关键词：涵洞；承载力；加固
国道109线大饭铺至东胜高速公路是国家重点公路布局方案“十三纵十五横”中经过内蒙古自治区的“三纵四横”威海至乌海公路的重要组成部分，是内蒙古自治区公路的主骨架，是实施西部大开发战略通往内蒙古自治区的重要干线，也是呼和浩特至鄂尔多斯矿区腹地的唯一运输通道。大饭铺至东胜段海拔高度在1100～1600米之间，东部为鄂尔多斯高原山岭重丘区，地形复杂，冲沟纵横，水土流失严重。西部为平原微丘区，多为黄土梁与固定沙丘，土壤地质以砂性土和风积砂为主，有部分粘性土。
项目所处地地形条件恶劣，路基填方高，地基承载力低。整段路的地基承载力较低，地基表层土质大部分为松散的粉土、粉砂。涵洞基础的沉降原因引起涵洞的破坏是涵洞破坏的一个主要原因，而造成涵洞基础沉降主要原因是涵洞基底原状土承载力低，地基土虽经换填但是仍不满足要求，以及涵洞基底水稳性差，一旦出现渗水便导致涵洞基础沉降。针对这一问题特作如下分析：
1 涵洞基础沉降的处理措施
1.1针对涵底水稳性差的情况，必须完善路基范围内的排水措施，尤其是涵洞进出口处水流应顺畅，避免积水。
1.2针对承载力低的情况，通过计算涵洞基底的应力来确定地基土换填的厚度、宽度以及涵台基础的宽度。
2 基底应力计算
2.1洞顶填土的竖向压力Nt的计算（***1）
Nt=Vt .γt
Vt =（2B+3h）. h／2 . l 2
式中：Vt―― 洞顶填土体积
γt――洞顶填土容重
2 .2涵洞自重Gh的计算
***1涵洞尺寸示意***
Gh=2[a1 . h 1- 0.2d 1+（a 1+2c 1）.d 2+
a 2 . d 2］.γh+l . d 1 .l h .γh
式中：l h ――涵洞长度，l h =（B+3h）
γh ――涵洞材料容重
2.3汽车荷载等代土层压力Nc计算（***2）
***2洞顶布载示意***
纵向将重车后轴布置在涵洞顶正上方，横向按每幅路二车道布载。
a =1.4+2h . t g 30°
b =22+2h . t g 30°
hd=∑G／( a . b .γh)
式中：hd ――汽车荷载等代土层厚度
Nc=a t. . b . h d .γt
当h≤(l 2-1.4)／( 2t g30°)时，a t =a, 则
Nc=a . b . ∑G／( a . b .γt.)
当h> ( l 2 - 1.4)／( 2 t g 30°)时, a t=l 2 ,则
Nc=l 2 . b .∑G／(a . b .γt ).γt
=（1120 l 2）/ （1.4+2 h . t g 30°）
δ=( Nt+Nc+Gh) / S
式中：S ――涵洞基底面积， S=2 a 2 .l h
3换填土层厚度hs及基础襟边c1的确定
3.1换填材料的选用和地基承载力的确定
针对该地区石料缺乏及避免砂砾石渗水引起不均匀沉降，采用水泥粉煤灰稳定土作换填材料即采用5%水泥结合5%粉煤灰，这样既阻断了水分的下渗又提高了地基的整体性和承载力。
根据土壤实验报告中的液限、天然湿度、空隙比等指标以及《公路桥涵设计规范》确定地基承载力δc= 200KN/ m2。
换填土底面应力δH计算（***3）
***3涵洞基底换填示意***
根据《公路桥涵设计规范》：
式中：θ――换填材料扩散角，经同其它岩土比较取值40°
γs ――换填土容重
3.3h s及c1的确定
以δh ≤200 KN／m2控制，用试算的方式确定hs值及c1值。
采用VB编程序可快速计算，其主要程序如下：
Private Sub Command1_Click()
a = CSng(Text1.Text)
b = CSng(Text2.Text)
angle = CSng(Text3.Text)
p = CSng(Text4.Text)
hs = CSng(Text5.Text)
r = CSng(Text9.Text)
rs = CSng(Text10.Text)
pr = CSng(Text11.Text)
h = CSng(Text6.Text)
k = Tan(angle * 3.1415 / 180!)
ph = a * b * p / (a * b + (a + b + (4! / 3!) * hs * k) * hs * k) + r * h + rs * hs
Label4.Caption = ph
If ph > pr Then
MsgBox "不能满足基础要求，重新设置换填深度或改变其他设置", vbOKOnly + vbInformation, "涵洞基础换填计算结果提示"
ElseIf ph = pr Then
MsgBox "刚好满足基础要求，最好换填深度加深些", vbOKOnly + vbInformation, "涵洞基础换填计算结果提示"
ElseIf ph < pr Then
MsgBox "满足基础要求，SUCCESS！", vbOKOnly + vbInformation, "涵洞基础换填计算结果提示"
End If
***ian = hs * k
Label19.Caption = ***ian
End Sub
4 基底处理方案
根据计算成果经过综合分析确定基底处理措施，由于该段路高填方较多，针对高填方路基，涵洞的位置往沟两边靠，路基则做成坝式路堤，做好路堤的防水及与涵洞进水口的衔接处理。涵洞基底单采取换填处理任然有大量涵洞地基承载力不能满足要求。为了使地基承载力能够满足基础要求及减小沉降，针对高填方路基涵洞基础设置为整体式基础，采用强夯结合换填的处理方法。凡基础置于粉土、粉砂上的，单采取换填处理措施后任然不能满足承载力要求的，基础开挖后必须对地基进行强夯。有作换填水泥稳定土要求的在挖除被换填的土后必须先对地基进行强夯再填水泥稳定土。根据实际情况采用不同能量夯地基，采用路基强夯同样方法，以影响深度至下层砂岩或泥岩为宜且强夯最后两击的平均夯沉量小于50mm。涵洞的施工在地基先期沉降完成之后进行。加强强夯实验合理布点，保证涵洞基础沉降在规范允许范围内。
结束语
本文结合在国道109线东胜段高速公路上涵洞地基承载力难以满足需求这一实际问题，分析了涵洞基底应力以及针对粉砂粉土地区所采取的处理措施。本路段已经通车，结果表明效果良好，为同类型问题提供经验与参考。
注：文章内所有公式及***表请用PDF形式查看。
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