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高填方路基中钢波纹管涵洞土压力分析 　　【摘要】波纹管涵洞由于其适应能力强，受力条件好，施工方便，造价低而被广泛应用，本文通过对高填方钢波纹管涵洞进行野外现场试验以及有限元模拟研究，通过分层测量高填方路基中土压力的方法分析钢波纹管涵洞管周和管外各点所受力的大小，为今后高填方路基中钢波纹管涵洞的建设提供参考资料。 　　【关键词】高填方钢波纹管涵洞；现场试验；分层填筑；土压力；结果分析 　　0 引言 　　波纹管最早诞生于英国，1896年美国率先进行波纹板通道、涵管的可行性研究，并首次应用于涵洞。直至20世纪90年代末我国才逐步开展公路钢波纹管涵洞的应用、研究及生产。中交第一勘察设计院有限公司李祝龙教授认为钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征，轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变，可最多程度上分散荷载效应。在欧美国家，公路建设更注重环保，在设计中尽量少破坏天然山体，尽量减少高填方深挖路基，所以有关高填方涵洞的研究成果很少，更多的是低填方涵洞或者明涵的试验研究。所以对高填方钢波纹管涵洞的研究就更少了，范晓明等认为钢波纹管涵洞在高填方路基上应用是具有一定优势的，因其抗变形能力和抗沉降能力较强强，使得其在软土、膨胀土和湿限性较强地基承载力较低的地区应用的比较多，且其效果相对较好。史成万等认为高填方钢波纹管涵洞施工时回填高度满足最小填土高度后，便可按正常路基填筑方法进行其他施工。对钢波纹管角隅回填要特别慎重，高填方涵洞尤应注意。 　　1 现场涵洞土压力测试方法 　　本文主要是采用现场试验的方法进行高填方钢波纹管涵洞土压力的研究。 　　1.1 测试涵洞概况 　　本文以郑州至卢氏高速公路洛宁至卢氏K89+317直径4米单管波纹钢涵洞现场试验试验为依据。该涵洞进出口采用浆砌片石铺砌，波纹管材质为Q235，采用热浸镀锌涂料防腐，用片状拼装相连。本实验涵洞波纹管在路中线的填土高度为19.36米。 　　1.2 现场实验方案 　　通过埋设应变片和压力盒测定不同边界条件下的钢波纹涵管洞的受力和变形特征。 　　1.2.1压力盒埋置方案 　　土压力布点：路中4m和5.8m处的管周径向0°、30°、60°、90°、120°、150°各2个（如图1、2所示），与0°高度对应的路基部分（水平方向管外3米和8米）分别布设各2 个，共布设16个。其中150°处贴着管壁的为1号，沿着管壁向上依次为2-6号，另一断面（路中5.8m处）对应1号的为7号，然后在沿着管壁依次向上为8-12号，水平方向管外3m的分别为13、14号，对应00位置水平方向管外8m的两个压力盒为15、16号。压力盒的具体布设见下图。 　　图1 波纹钢涵洞测试断面土压力盒布设立面图 　　图2 波纹钢涵洞测试断面土压力盒布设示意图 　　2.钢波纹管涵洞现场测试过程 　　2.1 测试步骤 　　①将压力盒埋入预先布置的点的土中，并测一下初始值； 　　②分层填土，每填一层测一下压力盒数据； 　　③当填到预先布置点的时候接着埋压力盒，并测量其初始值； 　　④填到一定高度时，在不同位置加汽车荷载并记录相应的压力盒数据； 　　⑤整理实验数据。 　　3 测试结果及分析 　　3.1钢波纹管涵洞的径向土压力 　　对于本此实验，回填开挖的土体时是分层回填的，主要分13种工况，具体工况情况见下表。 　　表1 测试涵洞的工况 　　工况名称 荷载情况 补充说明： 　　填土土质为含土砂砾，测试为填土压实后 　　工况1 管两侧及顶部填土至管顶上0.5m 　　工况2 填土至管顶以上0.78m 　　工况3 填土至管顶以上1.66m 　　工况4 填土至管顶以上1.98m 　　工况5 填土至管顶以上2.48m 　　工况6 填土至管顶以上2.99m 　　工况7 填土至管顶以上3.415m 　　工况8 填土至管顶以上3.737m 　　工况9 填土至管顶以上4.292m 　　工况10 填土至管顶以上4.677m 　　工况11 填土至管顶以上5.007m 　　工况12 填土至管顶以上5.387m 　　工况13 填土至管顶以上5.900m 　　4施工过程中涵洞土压力测试研究 　　4.1管周外侧土压力变化 　　4.1.1管顶填土0～6米管周外侧土压力变化 　　根据现场试验数据，将管顶填土0～6m管周外侧土压力在行车道位置土压力测试结果整理如下图3。 　　图3 行车道位置土压力测试结果 　　从上图可以得出如下结论。 　　（1）随着填土高度从管顶填筑至管顶+5.90m，管周外侧各测点（除管周90°测点外）土压力都逐渐增加； 　　（2）管周90°处土压力基本为零或为负值（可能受到局部影响为负值），说明管中间侧部水平土压力值较低； 　　（3）