我们在普通简单的涵洞设计中会出现很多错误或者是瑕疵或多或少总会出现一些问题主要是不能考虑到多方面的影响因素并没有理解涵洞真正的设计意图只要在设计过程中善于总结不要总在相同的地方犯同样的错误相信我们的设计能力和效率会更高来看看大院总结的涵洞设计报告对设计师非常有帮助
目前涵洞设计施工中的主要问题
1功能性病害
高速公路圆管涵孔径取消10和125m采用15和18m
原因
涵底设计高程与实际不符洞口后期沉降较大洞口平面与河道衔接不顺堵塞物清理不及时涵底纵坡偏小
措施建议
涵洞位置及数量应整体考虑合理布设尽量减少后期沉降养护部门及时对洞口洞内的堵塞物及锥坡长草进行清理高速公路建议选择孔径不小于15m的圆管涵方便清淤
原因
涵内排水系统不畅或未设置涵洞净空不足超高车辆违规通行管理不善涵洞遭废弃
措施建议
应根据衔接道路实际情况合理设置纵坡尽量避免洞身位于凹曲线底部洞内设置排水设施并保持排水顺畅养护部门及时疏浚设置明显的限高标志必要时设限高门架
2技术性病害
各类裂缝
原因
温度影响和混凝土收缩引起表面短细裂缝结构厚度偏小配筋不够超载和不均匀沉降等原因引起结构性裂缝施工措施不当导致施工裂缝
措施
采用更合理的结构尺寸和配筋率适当考虑超载影响加强防裂钢筋网的设置严格施工措施保证施工质量
原因
不均匀沉降引起错台现象填缝料填塞不密实老化脱落致使沉降缝渗水水流将台背回填砂带出产生涌砂现象造成台背淘空
措施建议
填缝料宜采用热沥青浸泡麻絮不宜采用乳化沥青浸泡盖板涵的预制盖板顶面加铺油毛毡层盖板涵箱涵台后回填砂改为非黏性土
3其他病害
主要解决混凝土剥落的问题在八字墙边缘外加铺2m长的铺砌解决洞口铺砌冲刷的问题诸如软基段涵洞两侧出现明显的跳车现象通道口积水现象洞口的横向排水沟及其盖板破损较严重等
明涵与暗涵计算的区别
1恒载
明涵恒载一般仅包括桥面铺装护栏等附属构造及自重
暗涵恒载主要包括填土的重力和自重
暗涵填土的重力与填土高度H成正比其竖向和水平压力强度随着填土高度的增加而线性增加
2活载明涵与暗涵均采用车辆荷载进行计算
3汽车冲击力明涵需计汽车冲击力暗涵不计
4横向车道布载系数
涵洞上方横向布置多车道车辆荷载时暗涵与明涵均需考虑车辆荷载的折减布设一条车道车辆荷载时应考虑车辆荷载的提高
5荷载分布宽度
直接影响涵洞所受竖向和水平压力强度标准值的大小
明涵计算步骤与小桥大致相同但与桥不同的是涵洞采用的汽车荷载是车辆荷载而桥梁采用车道荷载仅在局部加载时采用车辆荷载
明涵的车轮分布宽度计算详见公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范JTG33622018第423条
暗涵的车轮分布宽度计算详见公路涵洞设计规范JTGT3365022020第921条车轮按其着地面积的边缘向下作30角扩散当几个车轮的压力扩散线相重叠时则扩散面积以最外边的扩散线为准
比较来说
暗涵所受车辆荷载作用力随着填土高度的增加而减小
涵洞结构计算
1涵洞的泄水能力及水力计算
2圆管涵
根据07涵洞细则混凝土圆管涵的设计仅考虑车辆荷载圆管涵自重和填土产生的等效荷载的作用组合不计算管壁环向压力和径向剪力仅考虑弯矩作用效应
混凝土圆管涵结构应按04桥规的规定进行承载能力极限状态的承载能力强度和正常使用极限状态下的裂缝宽度的验算
3盖板涵EXCEL表格计算
1盖板的长度与宽度之比大于等于2时按简支单向板计算
2分离式涵台作为上下端简支的竖梁计算
3整体式涵台身按上端与盖板不可移动的铰接下端与基础固结计算
现浇盖板的合理宽度
L0246m盖板涵当B1400cm现浇板钢筋含量与预制单向板钢筋含量相差不大取B1400m是经济合理的且现浇板宽不至于过小
4箱涵
采用矩形框架超静定结构计算涵底地基反力假设为直线分布
边界条件刚性约束底板水平方向位移
考虑车辆荷载覆土竖向压力台侧主动土压力和涵身自重不考虑剪切变形砼收缩效应涵体内外的温度变化按15考虑
荷载施加横纵向车轮布置按公路的车辆荷载方式布置
斜交箱涵整体扭转
斜交角度30时斜交箱涵的整体扭矩较大对于斜交角度30不推荐采用一字墙
一字墙计算
单元类型板单元
边界条件涵身侧固结不考虑墙前土体对一字墙约束
荷载一字墙自重墙后主动土压力分解为垂直于墙面的正压力和平行于墙面的摩擦力不考虑墙前被动土压力考虑地震作用
配筋率166kgm3
5拱涵全断面计算模型
1拱圈按无铰拱计算矢跨比采用12拱脚与涵台身固结涵台身与整体式基础固结形成弹性框架结构解算内力
2边界条件在拱圈侧涵台侧基础底设置弹性支撑
3不考虑曲率剪切变形温度作用效应和混凝土收缩效应考虑弹性压缩的影响
4不考虑车辆荷载仅考虑覆土竖向压力台侧主动土压力和涵身自重
拱圈弹性压缩的影响弹性压缩对内力的影响不可忽略
矢跨比分析失跨比采用12对拱圈受力有利
地基类型不同m值影响
若考虑涵台地基与拱圈的共同作用地基抗力系数对拱圈和底板内力产生较大的影响
右表为不同m值在覆土竖向压力作用下拱圈和底板内力变化的比较
m值增大拱圈底板的内力应力均减小拱圈轴力除外台身应力也减小但基底压力增大
m值增大拱顶正弯矩减小拱脚负弯矩减小并有可能变成正弯矩
设计可取mkNm4进行计算
6八字墙
1单元类型实体单元
2边界条件基础底为竖向只受压约束基础侧的水平向线位移
3荷载八字墙自重墙后含基础主动土压力分解为垂直于墙面的正压力和平行于墙面的摩擦力考虑地震作用
4结构尺寸调整墙顶厚度由原来的40cm增加至55cm台背斜度由41调整为351基底应力不大于200kpa
5八字墙张角考虑墙后土压力的影响对盖板涵箱涵和拱涵因墙高较高张角取为20圆管涵因墙高较矮张角取为30
涵洞研究总结
以往涵洞地基承载力基本容许值的计算直接采用上部荷载所产生地基应力没有考虑侧填土对地基容许承载力的提高作用使得涵洞地基加固设计偏于保守造成较大的投资浪费
以涵洞地基工后沉降不大于20cm为控制条件在不同的地基条件和涵顶填土高度情况下按沉降控制的地基承载力容许值均大于规范公式修正值
涵洞顶土压力涵洞位置最大土压力为5164kPa一般路堤处土压力值为3644kPa则马斯顿效应的涵洞荷载放大系数为131
当基础底板与涵身线刚比越大涵身外侧受拉弯矩越小底板节点下侧受拉弯矩越小底板跨中上侧受拉弯矩则越大
七种配筋类型中类型1a造价最低类型1c与类型2每延米造价基本相当造价较高的为类型1b类型3和类型4
台身基础底面采用圬工结构基础顶面采用钢筋砼结构具有经济性全部采用钢筋砼结构经济性最差
调整基础与台身线刚度比使得台身受力偏心距接近并小于第一类偏压偏心距限值最为经济
涵洞跨径D填土高度H沟谷宽度B地基土模量Ed与Ks值正相关填土模量Et沟谷坡度与Ks值负相关随着填土高度H的增加涵洞垂直土压力集中系数Ks值呈逐渐增大当HD255时为最大之后趋于稳定并略有减小沟谷地形的坡体在一定程度上分担了涵顶土柱重量降低了涵顶垂直土压力的应力集中因此建议工程实际中尽可能保留沟槽
目前针对高填方涵洞的减载措施大都是通过调整涵顶平面上覆填土的沉降来实现将作用在涵顶的填土荷载向台背外侧填土转移以减小涵顶荷载的目的
涵洞的主要减载措施有中松侧实法提高涵台背后填土压实度或采用低压缩性材料采用柔性填料EPS先填后挖法加筋减载法对涵洞地基进行加固处理时地基加固后的模量不宜过高在满足地基承载力要求的基础上应尽量采用柔性的地基处理方法
盖板涵和箱涵的台后填土采用非黏性土不只限于中粗砂石屑碎石等
圆管涵盖板涵和拱涵填土高度扩展至20m箱涵填土高度扩展至6m净跨径增加至6m跨径
为减弱洞口处冲刷洞口铺砌宜向外延伸2m
对沉降缝需采取特殊的防水防漏砂措施
涵顶底板主筋未设置起弯优化后主筋数量增加较少更容易保证结点附近的斜截面抗弯承载力且施工更便利
注意事项
1圆管涵
1填土高度为05m20m
2圆管涵参考图适用于圆管涵纵坡3的情况
3圆管涵参考图的洞口形式为八字墙八字墙按115和1175的边坡坡率进行设计
4汽车荷载为公路级
5圆管涵标准节段长度为10m在考虑现场吊装能力后可适当加长预制管节以加快施工进度
2盖板涵
1填土高度为05m200m
2汽车荷载为公路级
3涵洞基础分为分离式和整体式可根据实际涵洞基底的地基承载力基本容许值fa0选用
4盖板涵参考图的洞口形式为八字墙八字墙按115和1175的边坡坡率进行设计
5盖板涵参考图适用于涵洞纵坡5的情况
6当通道涵周边的地下水位高于涵底标高较大时应考虑地下水的浮力影响根据工程的具体情况做专门的抗浮设计
7盖板涵参考图提供的现浇正交盖板标准宽度为400cm当现浇正交盖板宽度B1
400cm时应重新进行盖板的配筋计算
8端部预制斜交盖板仅适用于斜度15的涵洞
3箱涵
1无压力式单孔箱涵填土高度0560m
2箱涵主要适用于软土地基经处理后承载力仍偏低的特殊地基及受路面标高洞口两端连接线标高限制导致建筑高度受限的通道涵
3八字翼墙按路基边坡为115进行设计的尺寸
4箱涵洞口形式分为八字翼墙和一字翼墙两种型式八字翼墙适用于045的箱涵一字翼墙适用于025的箱涵两种洞口型式可自行选择使用当斜交角为3045时考虑到端部涵段的整体滑移稳定性洞口可采用八字翼墙不推荐采用一字翼墙
4拱涵
1拱涵适用于单孔涵洞分3种型式通道拱涵过水拱涵过人兼过水拱涵涵洞净高H0为20m的拱涵仅作为过水拱涵使用
2拱涵主要适用于填土高度较大地基条件好地基承载力基本容许值fa0400kPa同时建筑高度不受限的涵洞不适用于土质地基
3若为岩石地基可考虑采用分离式基础需结合具体项目另行设计
4当拱涵轴线与道路设计线斜交时可适当延伸涵洞长度采取斜交正做的处理方式
5公路级时可参照使用
6拱涵适用于涵顶填土高度820m的涵洞设计小于8m填土时考虑经济适用性一般建议采用盖板涵设计
5其他施工注意事项
1涵洞完成后基底混凝土强度应达到设计强度的85时方可进行回填涵身两侧的墙背填土要求严格夯实洞身两侧填土应严格对称均衡水平分层夯实其每侧长度不应小于洞身两侧填土高度的一倍压实度不小于96涵洞两侧紧靠涵台部分的回填土不宜采用大型机械进行压实施工宜采用人工配合小型机械的方法夯填密实
2施工中当涵洞上填土高度不足05m时严禁采用振动或碾压设备对涵顶和涵洞范围内的填土进行碾压填土高度不足10m时采用人工或小型机具夯填填土高度超过10m时方可采用机械填筑对于拱涵填土高度不足30m时压路机通过涵洞顶时必须静压通过禁止开振动器
3基底地基土承载力检测采用轻便动力触探静力触探等方法对涵洞基底地基土的承载力进行检测检测频率一般情况下每1020m布置一个断面每个涵洞不少于三个断面每个断面不少于三个检测点地质条件复杂时适当加密
涵长计算注意点
对于正交涵洞用见习日记中或者铁路小桥涵设计中记录的公式正确计算涵洞长度对于斜交涵洞用标准图中的公式正确计算涵洞长度
斜交斜做盖板涵入口靠上坡端涵长计算采用第二法计算对于陡坡涵洞公式为
涵洞涵身分节
首先确定出入口定长正交一般情况翼墙式洞门为米端墙式洞门为2米斜交定长查斜交涵洞兰图中的Bo值然后按米或米的涵节分节沉降缝一般设置为厘米用适当的涵节加沉降缝加出入口定长凑足涵长不够或多出部分用最后一节涵节变化满足应保证宁长勿短的要求具体计算公式为
整个涵长或2n涵节长度n1或2
涵洞数量计算及查表
注意在查表时涵身数量等于表中所查数据乘以各涵节相加的涵身长而不是乘以总涵长出入口数量计算时应注意是否有提高节当有提高节时可以直接用查到的出口加上入口数量即可若无提高节则用出口数量乘以则为出入口数量
标高控制设计
时必须满足轨底至盖板顶04108米的最低要求用公式表示为
上式中
用上式求出最大的泄水面标高后再根据拟订的泄水面坡度反推到上游路肩垂直对下来的泄水面处的标高再用上式检算是否满足大于等于041的要求如不满足应适当降低泄水面标高直到刚好满足时为最佳因为此时既满足规范要求又做到了尽量少开挖基础
帽石宽度
孔跨为2m及以下的帽石宽度为04m
孔跨为2m的帽石宽度为045m
路基中心处轨底至梯形盖板顶的高度
是指路基中心处的轨底标高至上下游入出口梯形盖板顶的高度可以用轨底标高减去入出口的泄水面标高再减去箱涵结构高度和出入口处的梯形盖板厚度即可得到
高填土的涵洞设计
对于高填土的涵洞我院的涵洞程序暂时还不能直接对其进行计算和CAD成图所以必须先将其压底之后压到可以生成图形的范围内即压到数据库内有为止用GBH程序生成后再将填土高反抬上去具体压底填土高的办法为已知高填方的涵洞一般情况下从路肩以下8米边坡坡率为1158米以下为1175如压底a米a8米则Wj815ba8175H17515以上是用本人推出的第一法公式求得的加宽路肩公式H为压底后剩余填方高度
第二法为
1a8米时Wja175b
基础需要换填时的考虑
一般情况下基础大多数为150Kpa以上的砂粘土及各类岩石所以不需要换填当基础所在层的地质提供应力小于150Kpa时比如大多数情况下外业给的是120Kpa就需要对基础进行基础换填一般情况为换填砂夹卵石其换填深度公式为
另外设计过程中应详细思考特别是在查表时应该先将要查的那一页细看并且完整的看一遍之后再开始查用数据方才可靠
涵洞设计与放样
涵洞放样
根据涵洞设计图在实地上把涵洞的中心线先确定下来根据涵洞设计尺寸把涵洞的基础涵身洞口基础洞口墙身在实地上放样出来用桩做标记并用白灰划线
一涵洞中心线的确定
仪器立在涵洞中桩根据设计的斜交角度旋转水平度盘至涵洞中心线方向在该方向上定出涵洞的L上和L下长度定桩在远离涵长的该方向上确定四个方向桩ABCD上下游各两个注意在订桩时应该使桩相对固定
二涵身基础的放样
涵身基础的放样是依据涵洞中线与涵洞设计图里的基础尺寸利用经纬仪和钢尺在实地上确定基础的轮廓线
如图基础放样的步骤如下
1立仪于O点瞄准线路方向拨转涵洞角度量取距离12订出涵洞上游长度A点同理定出B点
2立仪于A点瞄准O点旋转90度方向量取12订出台基内侧边缘点1
3从1点在该方向上量取a订出2点同理订出34点
4在1234点订桩并用白灰把四点连线涵身的基础线则放样完毕
5同理可以放出另一侧的涵身基础线
三台身的放样
据上图在基础样放完后在基础线内量取台身的尺寸并划线
四洞口放样
举例洞口为八字翼墙的放样方法如下图
步骤
1立经纬仪于A点对中整平
2瞄准涵台台身内侧方向倒镜1800拨转300为翼墙方向在该方向上量取设计图尺寸
得墙身顶端内侧边缘点
3继续旋转水平度盘600从A点量取距离2再量距离3再量距离4倒镜1800从A量取距离1
4同理可以得出洞口端部的5个点
5最外的两条线为基础轮廓线靠近的两条为墙身底部线中间等宽的部位为墙顶线用桩订设划白灰线
涵洞的各构造物的端点的坐标也可通过涵洞中桩的坐标进行计算用全站仪进行坐标放样测定各端点
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