亓麗媛，楊佳新，王秀麗

（1.肇東市水利勘測設計隊，黑龍江肇東 151100;2.黑龍江省公路勘察設計院，哈爾濱 150080;3.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080）

1 概述

近年來隨著我國公路建設事業(yè)的迅猛發(fā)展，高填方路堤下設置的涵洞工程越來越多，同時產(chǎn)生的問題也相應的越來越多。這就應當引起設計與施工人員的高度重視，從而避免在今后的設計與施工中出現(xiàn)類似的問題，造成不必要的經(jīng)濟損失。

產(chǎn)生高填方涵洞的主要原因是：山區(qū)公路當上游匯水區(qū)面積不大時，為了滿足縱斷面線形標準要求和利用附近路塹開挖的棄方，在某些地形高差大的地段不得不采用高路堤或把橋梁方案改為高路堤通過，而采用涵洞排水。

2 高填方涵洞存在的問題

目前橋涵設計手冊、路基設計規(guī)范等均對暗涵最大填土高度以及路基填方高度超過20 m的路基定義為高邊坡路堤。

在確定高填方涵洞與低填方涵洞的填土高度界限時，根據(jù)高填方涵洞產(chǎn)生拱效應的填土高度，同時考慮到施工中填土性質和填土壓實度變化對土壓力的影響及涵洞結構的安全性，建議將涵頂填土高度H≥18 m的涵洞定義為高填方涵洞。

高填方涵洞屬暗涵，其涵洞上的填土壓力并非隨填土高度的增加而線性增加，當填土達到一定高度后將在涵洞上方產(chǎn)生拱效應，使得土壓力小于土柱的重量。若此時進行涵洞結構設計不考慮拱效應作用而減少的土壓力，所得出的涵洞結構尺寸將會很大，而使得結構設計不經(jīng)濟甚至浪費;反之，若過分強調拱效應作用，低估高填土下作用于涵洞上的土壓力，則可能會使設計的涵洞尺寸太小而不安全。由此可知，當填土達到多大高度才考慮拱效應和如何考慮拱效應是高填土條件下涵洞設計的關鍵，也是高填方涵洞與低填方涵洞結構設計的重要區(qū)別。

導致高填方涵洞問題的原因是多方面的，最主要的不外乎以下5個方面：

1）涵洞的設計與計算理論至今仍不完善，導致設計計算結果和實際結果相差很大。

2）施工過程中，由于施工工藝不當，導致涵洞結構體尚未運營就遭到人為破壞。

3）公路行業(yè)一般將涵洞結構設計的安全等級定為三級，按用途或習慣將其歸在與小橋同類按規(guī)范進行設計。這就忽視了涵洞與土共同工作的特點。

4）公路規(guī)范對涵洞地基和基礎的確定，基本套用工民建的地基與基礎理論或橋臺地基與基礎的理論，忽視了涵洞與土體共同工作的特點。

5）施工方法上的差異對涵洞的受力影響較大，因問題復雜，規(guī)范和標準并未提出一套相應的受力分析方法。

3 高填方涵洞的特點

包括：

1）高填方涵洞對地基沉降要求高。

2）高填方涵洞工程量大、造價高。

3）涵洞所處地形條件變化較大，受力復雜。

4）承受的土壓力大。

5）加固維修難度大。

4 高填方涵洞的受力分析方法

1）傳統(tǒng)方法設計出的涵洞多數(shù)開裂，說明現(xiàn)行公路設計手冊計算方法是偏于不安全的。影響涵洞內力計算的主要因素是：垂直土壓力的計算和內力計算模型的選取這兩大因素。

2）《公路規(guī)范》對涵洞承受不同類型的土壓力沒有提出相應不同的確定方法?！豆窐蚝O計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）規(guī)定，作用在涵頂上的豎向土壓力值為P=γH，即等于上覆土柱的重力，這個公式僅適用于較低填土條件下的涵洞土壓力計算。涵洞的地基承載力的大小與基礎寬度、基礎埋深或均布超載q=γ0d、土的抗剪強度指標c、φ成正比。事實上，目前就是按地基的沉降量來確定地基承載力。

套用橋梁地基承載力的方法除了在引用上不合適外，還可能對設計產(chǎn)生負面影響，很多情況下為了滿足地基承載力的要求，設計上就加大基礎的剛度和寬度。認為基礎的剛度越大、越寬（基底壓力越小，地基沉降越小，或相當于地基剛度越大），則作用在涵頂?shù)耐翂毫蜁酱?，這是設計概念上的錯誤。

3）根據(jù)有關實驗成果表明，當填土高度H＜16 m時，實測土壓力與理論計算土壓力較接近，在此高度范圍內，可近似用P=γH計算（略小于理論值）涵頂土壓力;隨著填土高度的增加H＞16 m，實際傳遞到涵頂上的土壓力減小，理論計算值與實測值相差較大，此時應考慮采用拱效應的土壓力理論進行土壓力計算，以使高填方涵洞結構安全可靠，經(jīng)濟合理。

4）高填方涵洞結構驗算方法主要有兩種：有限元法和結構荷載法（傳統(tǒng)方法）?；趯嵺`，對高填方涵洞不宜單純按公式計算，而采用數(shù)值分析方法是比較好的解決途徑之一。目前，比較常用的方法有有限元法，大型有限元軟件如：MARC、ANSYS等。也可使用平面桿系及空間梁格有限元的橋梁博士進行分析計算。

5）采用有限元方法進行分析可以得出3個結論：①圓管涵不適合高填土工況設計;②蓋板涵不適宜于填土＞20 m的工況設計;③箱涵和拱涵，當填土高度高于30 m時，拱涵的受力優(yōu)越性更明顯。

綜上，設計高填方涵洞時，首先應當根據(jù)其受力特點采用正確的設計方法，得出正確的結果。其次針對結果決定是否采用在涵頂鋪設EPS板或做加筋橋等減載措施，這樣設計出的高填方涵洞在實際使用中才能經(jīng)得起檢驗。

[1]中交公路規(guī)劃設計院.JTG D60-2004公路橋涵設計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]楊錫武.山區(qū)公路高填方涵洞土壓力計算方法與結構設計[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3]謝永利.公路涵洞工程[M].北京：人民交通出版社，2009.

[4]毛瑞祥，程翔云.公路設計手冊——涵洞[K].北京：人民交通出版社，1998.