過渡段路基加寬荷載作用下箱涵接長地基沉降分析

張 銘

（山東鐵路投資控股集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250102）

1 箱涵處工程地質(zhì)條件及其設(shè)計方案

某排水涵洞為箱涵，該位置覆蓋層多為黏性土或砂類土，下覆泥巖與粉砂質(zhì)泥巖等，設(shè)計的涵洞方案見圖1，地質(zhì)情況以及選擇的涵洞設(shè)計方案見圖2，物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

圖1 設(shè)計涵洞方案（m）

圖2 工程地質(zhì)情況以及涵洞設(shè)計方案

表1 土層物理參數(shù)

箱涵自身重量為G1=γ1V1，箱涵基礎(chǔ)由于箱涵自身重量產(chǎn)生的基底壓力為σ1=G1/A；面板的重量為G2=γ2V2，由于橋面板重量產(chǎn)生的基地壓力為σ2=G2/A?？紤]到車輛荷載作用以及箱涵后填土產(chǎn)生的土壓力引起涵洞基礎(chǔ)產(chǎn)生基地壓力，大體在10～30 kPa左右，加上箱涵自身重量和面板重量產(chǎn)生的基地壓力，綜合考慮擴寬后涵洞基礎(chǔ)受到的基底壓力為150 kPa，并且假設(shè)這個基底壓力為均勻分布的。

2 地基沉降計算分層總和法

過渡段路基加寬荷載作用下箱涵接長地基沉降計算采用分層總和法。

（1）根據(jù)地層剖面圖選擇沉降計算剖面。（2）求出計算點垂線上各分層層面處的豎向自重應(yīng)力σc。（3）求出計算點垂線上各分層層面處的豎向附加應(yīng)力σz，按照規(guī)范確定沉降計算深度。（4）在計算深度內(nèi)對地基進(jìn)行分層。求出各分層的平均自重應(yīng)力P1i和平均附加應(yīng)力ΔPi。（5）在壓縮曲線上查出相應(yīng)的初始孔隙比和壓縮穩(wěn)定后的孔隙比。（6）各分層土的壓縮量ΔSi=。（7）地基最終沉降量S= ΔSi。

3 加寬荷載作用下箱涵沉降變形分析

涵洞接長長度兩邊都是8 m，由于涵洞所受荷載比較小，選擇涵洞基礎(chǔ)寬度為1 m。為分析接長涵洞在橫斷面引起的沉降和縱向方向引起的沉降，分別在橫斷面方向選擇7條線路、在縱向方向選擇6條線路進(jìn)行分析，見圖3。

圖3 涵洞接長在橫斷面和縱向方向所選線路（m）

分析不同均布荷載作用以及基礎(chǔ)性質(zhì)對涵洞接長荷載引起的沉降，共4種情況：（1）第一種情況分析涵洞接長荷載作用柔性基礎(chǔ)沿橫斷面沉降影響情況；（2）第二種情況分析涵洞接長荷載作用柔性基礎(chǔ)沿縱向沉降影響情況；（3）第三種情況分析涵洞接長荷載作用剛性基礎(chǔ)沿橫斷面沉降影響情況；（4）第四種情況分析涵洞接長荷載作用剛性基礎(chǔ)沿縱向沉降影響情況。每種情況都分析了三種荷載作用，包括矩形均布荷載、三角形分布荷載和梯形分布荷載。所得曲線見圖4～圖7。

圖4 接長荷載作用柔性基礎(chǔ)沿橫斷面方向沉降曲線

圖5 接長荷載作用柔性基礎(chǔ)沿縱向方向沉降曲線

圖6 接長荷載作用剛性基礎(chǔ)沿橫斷面方向沉降曲線

圖7 接長荷載作用剛性基礎(chǔ)沿縱向方向沉降曲線

通過圖4可知，相比輕型橋臺基礎(chǔ)，涵洞基礎(chǔ)最大橫斷面方向沉降不到6 cm。通過圖5可知，由于涵洞基礎(chǔ)承受的荷載比較小，所以涵洞基礎(chǔ)寬度設(shè)計也比較小。如果按照柔性基礎(chǔ)計算，沿縱向方向沉降曲線相對就比較集中、陡峭。

通過圖6和圖7可知，如果按照剛性基礎(chǔ)考慮，則沿橫斷面和縱向方向的沉降量會顯著降低。

4 結(jié)語

由于涵洞基礎(chǔ)承受的荷載相對比較小，所以涵洞基礎(chǔ)寬度設(shè)計比較小。這樣在接長荷載作用下，如果按照柔性基礎(chǔ)計算，沿縱向方向的沉降曲線就比較集中、陡峭。如果考慮是剛性基礎(chǔ)，則沿橫斷面和縱向方向的沉降量會顯著降低。三種分布荷載作用下，梯形分布荷載作用下沉降最大，矩形均布荷載作用下沉降其次、三角形分布荷載沉降最小。由于涵洞基礎(chǔ)在接長荷載作用下沉降量最大值一般不是很大，所以對非軟土地基可以不用采用復(fù)合地基形式。