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摘要：涵洞本身的好坏将对公路排水通畅、营运正常起决定性作用，涵洞的稳定性与涵洞地基承载力有着密切关系，而地基承载力受基础下地质、水纹、涵洞填筑填料及营运动荷载影响。本文结合宣高速公路土方路基和石方路基，以喀斯特地貌为主的山岭重丘区公路路基主要以填石为主，填土路基相对较少为例，对涵洞填筑材料影响涵洞承载力进行探讨。
关健词: 公路工程; 土方路基和石方路基; 对涵洞承载力的影响
涵洞主要用于跨越天然沟谷供流水或跨越地方机耕道路供行人、车辆1穿越公路的人工结构物。涵洞本身的好坏将对公路排水通畅、营运正常起决定性作用。诸多决定涵洞本身好坏的因素中，在保证涵洞自身质量的前提下，涵洞的地基承载力就显得尤为至关重要。如果地基承载力不能达到要求，在外力作用下就会导致公路下沉，造成生命的财产的损失。
涵洞承载力影响作用效应考虑的主要有永久作用、可变作用，在永久作用中主要考虑的有结构本身重力、填料重力、填料侧压力；可变作用中主要考虑的有汽车荷载、汽车引起土侧压力、汽车冲击力、汽车离心力、汽车制动力、人群荷载、流水压力、温度作用〔1〕。在一系列作用效应中，对涵洞地基承载力影响最大的就是填料的永久作用效应。
在我国，喀斯特地形主要分布在西南地区云贵高原。在喀斯特地貌山岭重丘区，石材丰富。在公路工程设计中，涵洞基本设计为砂浆支砌片、块石盖板涵。路基填筑主要以填石为主，填土相对较少，特别是路线完全处在喀斯斯特地形区域。普宣高速公路正处于云贵高原云南省滇东地区，路线起点位于普立乡，经过宝山镇、格宜镇、龙场镇、终止于宣威市。路线基本处于部分灰岩裸露、部分灰岩上伏红粘土层地貌。全线全长84.923Km，喀斯特地貌路线长约70km，占全线总长约82.4%。
在工程设计中，对涵洞地基承载力有了具体的要求。在实际中，大部分涵洞基坑开挖后地基承载力不能满足设计要求，因此，就要对涵洞地基采取工程措施进行处治。在确定处治指施时，主要是以经验为主，通常忽视填料种类对地基承载力的影响。然而，填石和填土对涵洞承载力的影响差距到底有多大呢？现通过举例并计算进行说明，首先，假设一个4m×4m的涵洞，涵洞长50m，顶宽6.1m，路槽顶宽为26.84m，路基填筑高度为7.72m。示意图a如下：
图a
其次，根据假设的涵洞及图a标示尺寸，可以计算出涵洞顶土压力，计算如下：
依据《公路桥涵设计通规范》 （JTG D60—2004）中表4.2.1常用材料的重力密度取填土重力密度为18KN/m3、填石重力密度为20 KN/m3〔2〕。
1、填土土压力：
F1=V1×γ1×1000÷S1=（（28.45+50）×7.72÷2×6.1×18×1000）÷（6.1×1000×50×1000）×1000=109Kpa
F1：涵洞顶填土压力（Kpa）
V1：涵洞顶填土体积（m3）
γ1：填土重力密度（KN/m3）
S1：涵洞顶面积（mm2）
2、F2=V2×γ2×1000÷S 2=（（28.45+50）×7.72÷2×6.1×20×1000）÷（6.1×1000×50×1000）×1000=121.1 Kp
F2：涵洞顶填石压力（Kpa）
V2：涵洞顶填石体积（m3）
γ2：填石重力密度（KN/m3）
S2：涵洞顶面积（mm2）
3、填土和填石压力差值
F2-F1=121.1-109=12.1 Kpa
通过上述计算结果可以看出，涵洞顶填石压力和填土压力是有很大差距的。在对涵洞承载力有影响一系列作用效应中，假设除了由于填料产生压力不同，其余均一致的情况下，填石产生的压力要大于填土产生的压力，那么填石路基中的涵洞承载力就要大于填土路基中涵洞承载力。承载力得到保证，涵洞才能处于稳定状态，才不会由于沉降出现变形而导致破坏。
上面例举了一个具体实例并通过计算说明了不同填料对涵洞承载力有很大的影响，那么，不同填料在不同填筑高度又有什么影响呢？同样，假设一个4m×4m涵洞，涵洞顶宽为6.1m，填方高度范围为1—30m，通过计算，确定其具体影响。计算方法同上，计算结果如下表1：
通过表1，明显反映出，不同填料随着填方高度增加，对涵洞压力也同样增加，但填石压力明显比填土大，这就说明，填石对涵洞地基承载力在填方高度逐渐增加情况下，对涵洞地基承载力要求也就相应增加，如果在填方高度增加了，但承载力未进行相应提高，涵洞结构同样由于地基承载力不足，出现失稳、变形，最终出现结构受到破坏。
对于喀斯特地貌地段涵洞，除了涵洞基础坐落在岩层上的，只要是基础位于土层上的，涵洞基础承载力均不能达到设计要求。喀斯特地貌上伏红粘土层，属于高液限土，天然含水量大，最大可达70%，天然孔隙比大、压缩性大、剪切强度低。对于红粘土，在较干状态下，有一定承载力，最大可达200Kpa，处于饱水状态下，承载力就逐渐下降，最低为40Kpa—60Kpa〔3〕。在工程实际施工中，对于涵洞基坑承载力不能达到设计要求部分，首先确定路基是填土还是填石，落实填方高度，然后在确定采取何种工程措施，才能保证涵洞基础承载力能达到设计要求，确保涵洞稳定，以保证公路正常营运及生命财产不受到损失。
结语：涵洞承载力受填料种类影响很大，填土对涵洞压力比填石压力较小，在涵洞施工过程中，采取工程措施加强基础承载力，首先必须确定填料种类、填筑高度、确定实际地基承载力，然后再分析确定所采取的工程措施，以确保涵洞在使用中稳定，避免出现由于涵洞承载力不足，导致涵洞结构变形破坏，从而出现公路不能正常运营，还产生生命财产的损失。
参考文献
[1]JTG D60—2004.公路桥涵设计通用规范.
[2]JTG D63—2007.公路桥涵地基与基础设计规范.
[3]陈仲颐，周景星，王洪瑾.土力学[M].北京：清华大学出版社，1997.
论文作者:徐松柏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/6
标签：涵洞论文; 承载力论文; 路基论文; 压力论文; 喀斯特地貌论文; 填料论文; 填土论文; 《基层建设》2017年第7期论文;