[发明专利]一种减载式刚性涵洞结构

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程与道路工程技术领域，具体涉及一种减载式刚性涵洞结构。

背景技术

公路涵洞上覆盖土厚度一般较高，尤其是山区高速公路的高填方路段，涵洞上覆填土常在10m以上，有些路段甚至超过50m。由于填土荷载较大，另外有些地区的地形地质情况复杂多变，涵洞的受力及变形特征往往较为复杂，涵体存在应力集中，以及结构的不均匀沉降等问题，容易引起各种不同程度的病害，在工程界有“十涵九裂”之说。这些病害轻则引起涵洞开裂、渗漏或积水，重则导致涵洞结构破坏，甚至出现垮塌，严重影响公路的正常使用。

为了降低涵洞所承受的土压力，需要对其采取必要的减载措施。目前，对于涵洞的减载措施有多种，有的减载措施对于施工技术要求较高，费时费力，较难实现，在施工过程中一旦操作不当，便会影响减载效果；有的减载措施费用较高，不宜推广。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种减载式刚性涵洞结构，该结构的减载效果明显且施工简便、造价低廉。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案。

一种减载式刚性涵洞结构，包括基础、涵洞侧墙和涵洞顶板，其特征在于：还包括减载块和减载孔，所述减载孔中填充轻质柔性材料；

所述基础、涵洞侧墙、减载块和涵洞顶板均为钢筋混凝土或素混凝土材料。

所述减载块设置于涵洞侧墙顶部正上方，所述减载块与涵洞侧墙为一整体结构；

所述减载块的宽度与其正下方的涵洞侧墙顶部厚度相同，减载块的长度与涵洞侧墙的长度相同；

所述减载块的高度为涵洞总宽度（即减载孔宽度和两减载块宽度之和）的1/20-1/5。

所述减载块的高度指涵洞顶板上表面与减载块顶部的垂直距离，现有技术中涵洞侧墙的顶部与涵洞顶板的上表面一般是平齐的。

所述减载孔位于涵洞顶板的正上方，是由涵洞顶板和两减载块围成的一个开口空腔；

所述轻质柔性材料的填充厚度等于减载孔的深度；

其中，轻质柔性材料可以为EPS板（聚苯乙烯泡沫塑料板材）、废轮胎条混合轻质土或EPS颗粒混合轻质土等，也可用路基开挖出来的土进行填充；

为了使涵侧填土、减载块和减载孔内的轻质柔性材料产生预期的沉降差，以达到预期的减载目的，所选用的轻质柔性材料的密度一定小于涵洞侧墙外侧填土的密度，同时为了避免填土顶面的差异沉降过大而导致路面破坏，所述轻质柔性材料的密度要根据轻质柔性材料的属性、填方高度和涵洞规格来综合分析确定。

本发明优选的技术方案是：

在所述减载孔填充了轻质柔性材料的基础上，所述减载孔上方平直铺筑有筋材，所述筋材的两端锚固在减载块顶部外边缘；

所述筋材为高强度土工格栅或者钢丝网，所述筋材满足抗拉刚度不小于1200kN/m的条件；所述筋材的网孔和钢丝直径要在满足上述抗拉条件下，根据筋材类型和填土高度来确定。

所述涵洞为箱涵或盖板涵。

本发明的减载式刚性涵洞结构中，基础、涵洞侧墙、涵洞顶板、减载块、减载孔以及轻质柔性材料组成一个减载体系，通过减载块与轻质柔性材料、涵洞两侧填土的刚度差异形成的土拱效应，使一部分路堤填土荷载传递至涵洞侧墙，并沿侧墙传递至基础，另一部分荷载通过涵顶土拱效应转移至周围土体中，达到减小涵顶土压力的效果，同时使得涵洞侧墙最大弯矩减小。进一步，在加筋的情况下，由于筋材的张拉膜效应，可以使涵顶填土荷载转移至减载块上，进一步达到减小涵顶土压力的效果。

本发明采用上述结构后，涵洞减载效果显著提高，有效缓解了涵洞开裂现象；涵顶荷载通过涵洞侧墙传递至地基，又由于筋材的张力膜效应，减小了涵顶所受土压力，同时减小了涵洞侧墙最大弯矩使得涵洞侧墙开裂现象得到显著缓解；有效缓解了复杂地形和地质条件对涵洞受力和变形的影响；有效减小了涵洞受力不对称性，避免了涵洞顶板与涵洞侧墙连接处分离开裂现象。

附图说明

图1为本发明的一种减载式刚性涵洞结构的剖面示意图。

图2为实施例2的一种减载式刚性涵洞结构示意图。

图3为进行数值模拟对比减载效果的涵洞模型结构示意图，图中（a）为无减载措施的一般盖板涵；（b）为只铺设轻质柔性材料作为减载措施的盖板涵；（c）为本说明书实施例1中所述盖板涵；（d）为本说明书实施例2中所述盖板涵。

图中：1—地基，2—基础，3—涵洞侧墙，4—涵洞顶板，5—减载块，6—减载孔，7—筋材，8—轻质柔性材料。

具体实施方式