高填方涵洞土压力与填土沉降差关系分析

图2 K24+383拱顶压力盒埋设示意图

图3 5~8号压力盒压力对比曲线图

图4 5~8号压力盒K值对比曲线图

图5 K52+273拱顶压力盒埋设示意图

图6 3~7号压力盒压力对比曲线图

　　

图7 3~7号压力盒K值对比曲线图

图6表明在拱顶8米处土压力，除个别异常值外，均低于计算值，各压力盒土压力在施工前期（填土厚度低于15~20米）大致成线性增长，然后成非线性增长即以对数曲线形式增长。图7表明K值除异常值外，均小于1。


　　图8表明：涵洞的沉降在施工初期不太明显，随着填土高度H的增加，沉降量逐渐变大，施工完毕后沉降速率又逐渐减缓，趋于平和。由于涵洞中间部位填土较两端高，因此中间部位沉降较大。

　　 4 、两个试验段对比分析

　　综合两个试验路段，K52+273高填方路堤涵洞虽然发生了比较明显的沉降变形，但是后期运营良好；K24+383涵洞地基刚度较高，没有比较明显的下沉，施工完毕后发现涵洞有6节产生了裂缝。测试数据表明距拱顶基本相同高度土层土压力值K24+383总体要比K52+273高，结合理论分析内容，推断在K24+383高填方路堤涵洞可能产生了“应力集中”现象；而在K52+273 高填方路堤涵洞则产生了“土拱效应”。
　　（1）两侧边坡角度的影响
　　K52+273高填方路堤涵洞两侧边坡较陡，在后期沉降过程中对中间填土起到了很好的支撑作用，使中间部分填土重量转嫁到涵洞两侧土体，减轻了涵洞结构所受的土压力；而K24+383高填方路堤涵洞两侧边坡角度较小，填方断面开阔，两侧边坡土体未发挥其“侧限”作用。
　　（2）地基刚度的影响
　　K52+273高填方路堤涵洞采用高压水泥旋喷桩加固，属半刚性地基，后期沉降较K24+383明显，涵洞下沉带动内土柱下沉量大于外土柱，使拱顶土体产生“土拱效应”；K24+383高填方涵洞地基刚度较高尤其是涵洞上游，随着填土高度的增加，涵洞荷载逐渐变大，致使涵洞结构出现破坏。
　　（3）填土压实度的影响
　　两个试验路段的路堤填土工艺基本一致，每一土层的压实度相同，因此对于K24+383高填方涵洞加大了“应力集中”效应的影响程度，而K52+273高填方涵洞的“土拱效应”的影响范围也不明显，所以应该采取中松侧实的填筑工艺，给内土柱下沉创造条件，同时加大外土柱的压实度，使其充分承发挥拱肩的作用，因此尤其要保证涵洞台背回填的压实度。

　　 5 、结论及建议

　　(1)理论分析和对现场试验结果分析表明:涵洞上填土压力的大小是高填土下涵洞结构物的合理设计控制指标,而填土压力的大小则是和填土沉降变形差有着十分密切的联系,因此,在公路路基高填土下涵洞结构的设计与施工中,对于不同地形地质条件下的涵洞结构物,都应从受力机理出发,调整结构物填土的沉降变形差,使涵洞结构受力科学合理。
　　(2)高填方涵洞路堤，其地基处理在满足地基承载力要求的前提下，要尽可能的采取柔性地基处理方式，要保证整体在后期沉降过程中有一定的沉降量，促使中间沉降值大于两侧沉降值，这样就可以人为地使上部填土在沉降固结过程中形成土拱，从而承担拱上部土体重量。