[发明专利]上埋式构筑物的土压力计算方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，适用于公路、铁路、水利、电力、市政、能源、矿山、机场、军工等部门中的各种上埋式构筑物，诸如用于路堤与渠堤下的交通、排水涵洞（涵管），尾矿坝（库）下的排洪洞，土石坝下的廊道、泄水洞，填埋式地下变电站、各类地下通道、洞室及武器掩蔽体等。

背景技术

涵洞是上埋式构筑物中应用最多的一种，它被广泛地用于公路、铁路、水利、电力、市政、能源、矿山、机场、军工等部门。为了简化论述，以下用涵洞代替上埋式构筑物。

随着我国公路、铁路、水利等工程的发展，特别是向广大的西北与西南山区、重丘区延伸，高填方路堤下涵洞（涵管）的受力、变形、沉降与开裂问题已引起有关方面的关注。然而国内外、各部门所用垂直与侧向土压力计算方法都很不统一。经检索，国内外已分别提出数十种垂直与侧向土压力计算方法，但不同方法的计算结果往往相互出入很大，尤其是垂直土压力计算，使设计者较难抉择。时至今日，对高填方涵洞的设计与土压力计算，基本上仍停留在几十年前的水平，特别是交通部门，现有的涵洞结构设计与施工技术规范及标准，存在着较多问题：一方面由于设计保守而造成浪费；另一方面则由于对影响涵洞土压力的因素认识不足，设计与施工中采取的一些措施、要求不当（如标准图上要求涵顶填土压实度大于两侧填土，而非“中松侧实”的正确填土方法，又如在软土地基上采用桩基者）；对涵基承载力的要求与确定按地面建筑对待；垂直土压力计算值偏小，加上涵顶纵向承受着路堤的梯形荷载，从而使涵洞产生纵、横向开裂和较大的不均匀沉降等一系列病害。遇到地基较软弱的涵洞，为了防止各种病害或解决地基承载力不足，把刚性基础设计得很厚，有的多达3阶、每阶厚60cm，以下再换填1-3m的砂卵石垫层或干砌块石灌浆，甚至有的工程中采用桩基，结果导致更大的垂直土压力，使涵洞出现严重的纵向裂缝甚至被彻底压垮。填土较高的涵洞开裂病害多发生在纵向，而且涵顶填土越高，涵洞凸出地面高度（包括基础）越大，则纵向开裂的比例也愈大。此外，涵洞基础与地基的刚度越大，纵向开裂的比例也越大。纠其上述涵洞纵向开裂或破坏的原因，主要是由于土压力计算方法和采取的措施不当所致。

因此，研究一种有效的土压力计算方法，对于防止涵洞出现严重的纵向裂缝甚至被彻底压垮有重要的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一套涵洞土压力计算方法，该方法针对常规填土施工的涵洞（即未采用减荷技术）提出各种情况下垂直与侧向土压力计算公式及荷载取值方法，其计算结果较现行的方法更接近实际；同时，针对高填方涵洞提出减荷方法及其应用判据。本发明旨在减小涵洞的垂直与侧向土压力，调整涵洞纵横两向的土压力分布，改善涵洞结构受力状态，减小涵基的不均匀沉降，以减小涵洞结构尺寸，减少配筋，降低造价，达到经济合理之设计目标。通过本发明的方法对涵洞进行设计，可有效防止结构开裂病害的产生和涵洞引起的路面变形等问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种涵洞的土压力计算方法，包括未实施减荷措施情况下以及实施减荷措施情况下的涵洞的土压力计算，所述实施减荷措施是指通过在涵顶和/或涵侧铺设EPS板的方式进行减荷，具体分为以下六种情况的土压力计算：

1）涵顶未采取减荷措施情况下的垂直土压力σ_v的计算公式：