一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及巖土工程與道路工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開了一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，其包括基礎(chǔ)、涵洞側(cè)墻和涵洞頂板，還包括減載塊、減載孔；減載塊位于涵洞側(cè)墻正上方，減載塊與涵洞側(cè)墻為一整體結(jié)構(gòu)；減載孔位于涵洞正上方兩減載塊之間；減載孔內(nèi)填筑輕質(zhì)柔性材料；本實(shí)用新型涵洞采用上述結(jié)構(gòu)后，施工操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)；明顯減小了涵頂土壓力，有效解決了涵洞開裂現(xiàn)象；涵頂荷載一部分通過涵頂?shù)耐凉靶?yīng)傳遞到周圍土體中，另一部分通過涵洞側(cè)墻傳遞到基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮了涵洞側(cè)墻垂直抗壓能力；有效減小了涵洞側(cè)墻的最大彎矩，使涵洞受力分布更加合理；有效減小了涵洞受力不對稱性，避免了涵頂與側(cè)墻連接處分離開裂的現(xiàn)象；減載效果得到顯著提高。
【專利說明】一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及巖土工程與道路工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]公路涵洞上覆蓋土厚度一般較高，尤其是山區(qū)高速公路的高填方路段，涵洞上覆填土常在1m以上，有些路段甚至超過50m。由于填土荷載較大，另外有些地區(qū)的地形地質(zhì)情況復(fù)雜多變，涵洞的受力及變形特征往往較為復(fù)雜，涵體存在應(yīng)力集中，以及結(jié)構(gòu)的不均勻沉降等問題，容易引起各種不同程度的病害，在工程界有“十涵九裂”之說。這些病害輕則引起涵洞開裂、滲漏或積水，重則導(dǎo)致涵洞結(jié)構(gòu)破壞，甚至出現(xiàn)垮塌，嚴(yán)重影響公路的正常使用。
[0003]為了降低涵洞所承受的土壓力，需要對其采取必要的減載措施。目前，對于涵洞的減載措施有多種，有的減載措施對于施工技術(shù)要求較高，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，較難實(shí)現(xiàn)，在施工過程中一旦操作不當(dāng)，便會(huì)影響減載效果；有的減載措施費(fèi)用較高，不宜推廣。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供了一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的減載效果明顯且施工簡便、造價(jià)低廉。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案。
[0006]一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)、涵洞側(cè)墻和涵洞頂板，其特征在于:還包括減載塊和減載孔，所述減載孔中填充輕質(zhì)柔性材料；
[0007]所述基礎(chǔ)、涵洞側(cè)墻、減載塊和涵洞頂板均為鋼筋混凝土或素混凝土材料。
[0008]所述減載塊設(shè)置于涵洞側(cè)墻頂部正上方，所述減載塊與涵洞側(cè)墻為一整體結(jié)構(gòu)；
[0009]所述減載塊的寬度與其正下方的涵洞側(cè)墻頂部厚度相同，減載塊的長度與涵洞側(cè)墻的長度相同；
[0010]所述減載塊的高度為涵洞總寬度(即減載孔寬度和兩減載塊寬度之和)的1/20-1/5。
[0011]所述減載塊的高度指涵洞頂板上表面與減載塊頂部的垂直距離，現(xiàn)有技術(shù)中涵洞側(cè)墻的頂部與涵洞頂板的上表面一般是平齊的。
[0012]所述減載孔位于涵洞頂板的正上方，是由涵洞頂板和兩減載塊圍成的一個(gè)開口空腔；
[0013]所述輕質(zhì)柔性材料的填充厚度等于減載孔的深度；
[0014]其中，輕質(zhì)柔性材料可以為EPS板(聚苯乙烯泡沫塑料板材)、廢輪胎條混合輕質(zhì)土或EPS顆粒混合輕質(zhì)土等，也可用路基開挖出來的土進(jìn)行填充；
[0015]為了使涵側(cè)填土、減載塊和減載孔內(nèi)的輕質(zhì)柔性材料產(chǎn)生預(yù)期的沉降差，以達(dá)到預(yù)期的減載目的，所選用的輕質(zhì)柔性材料的密度一定小于涵洞側(cè)墻外側(cè)填土的密度，同時(shí)為了避免填土頂面的差異沉降過大而導(dǎo)致路面破壞，所述輕質(zhì)柔性材料的密度要根據(jù)輕質(zhì)柔性材料的屬性、填方高度和涵洞規(guī)格來綜合分析確定。
[0016]本實(shí)用新型優(yōu)選的技術(shù)方案是:
[0017]在所述減載孔填充了輕質(zhì)柔性材料的基礎(chǔ)上，所述減載孔上方平直鋪筑有筋材，所述筋材的兩端錨固在減載塊頂部外邊緣；
[0018]所述筋材為高強(qiáng)度土工格柵或者鋼絲網(wǎng)，所述筋材滿足抗拉剛度不小于1200kN/m的條件；所述筋材的網(wǎng)孔和鋼絲直徑要在滿足上述抗拉條件下，根據(jù)筋材類型和填土高度來確定。
[0019]所述涵洞為箱涵或蓋板涵。
[0020]本實(shí)用新型的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)、涵洞側(cè)墻、涵洞頂板、減載塊、減載孔以及輕質(zhì)柔性材料組成一個(gè)減載體系，通過減載塊與輕質(zhì)柔性材料、涵洞兩側(cè)填土的剛度差異形成的土拱效應(yīng)，使一部分路堤填土荷載傳遞至涵洞側(cè)墻，并沿側(cè)墻傳遞至基礎(chǔ)，另一部分荷載通過涵頂土拱效應(yīng)轉(zhuǎn)移至周圍土體中，達(dá)到減小涵頂土壓力的效果，同時(shí)使得涵洞側(cè)墻最大彎矩減小。進(jìn)一步，在加筋的情況下，由于筋材的張拉膜效應(yīng)，可以使涵頂填土荷載轉(zhuǎn)移至減載塊上，進(jìn)一步達(dá)到減小涵頂土壓力的效果。
[0021 ] 本實(shí)用新型采用上述結(jié)構(gòu)后，涵洞減載效果顯著提高，有效緩解了涵洞開裂現(xiàn)象；涵頂荷載通過涵洞側(cè)墻傳遞至地基，又由于筋材的張力膜效應(yīng)，減小了涵頂所受土壓力，同時(shí)減小了涵洞側(cè)墻最大彎矩使得涵洞側(cè)墻開裂現(xiàn)象得到顯著緩解；有效緩解了復(fù)雜地形和地質(zhì)條件對涵洞受力和變形的影響；有效減小了涵洞受力不對稱性，避免了涵洞頂板與涵洞側(cè)墻連接處分離開裂現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0023]圖2為實(shí)施例2的一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3-6為進(jìn)行數(shù)值模擬對比減載效果的涵洞模型結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖3為無減載措施的一般蓋板涵；圖4為只鋪設(shè)輕質(zhì)柔性材料作為減載措施的蓋板涵；圖5為本說明書實(shí)施例1中所述蓋板涵；圖6為本說明書實(shí)施例2中所述蓋板涵。
[0025]圖中:1—地基，2—基礎(chǔ)，3—涵洞側(cè)墻，4一涵洞頂板，5—減載塊，6—減載孔，7—筋材，8—輕質(zhì)柔性材料。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]如圖1所示，一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，所述涵洞為蓋板涵，包括基礎(chǔ)2、涵洞側(cè)墻3和涵洞頂板4，還包括減載塊5和減載孔6，所述減載孔6中填充輕質(zhì)柔性材料8 ；
[0029]所述基礎(chǔ)、涵洞側(cè)墻、減載塊和涵洞頂板均為鋼筋混凝土或素混凝土材料。
[0030]所述減載塊5位于涵洞側(cè)墻3頂部正上方，并與涵洞側(cè)墻3為一整體結(jié)構(gòu)；
[0031]所述減載塊的長度、寬度均和其正下方的涵洞側(cè)墻一致；
[0032]所述減載孔6位于涵洞頂板4的正上方，是由涵洞頂板4和兩減載塊5圍成的一個(gè)開口空腔；
[0033]減載孔6的深度與減載塊5的高度相等，減載孔6的寬度與涵洞頂板4的寬度相坐寸ο
[0034]所述輕質(zhì)柔性材料可以為EPS板(聚苯乙烯泡沫塑料板材)、廢輪胎條混合輕質(zhì)土、EPS顆粒混合輕質(zhì)土等，也可用路基開挖出來的土進(jìn)行填充；
[0035]所述輕質(zhì)柔性材料8的密度小于涵洞側(cè)墻外側(cè)填土的密度，具體要根據(jù)輕質(zhì)柔性材料8的屬性、填方高度和涵洞規(guī)格來綜合確定。
[0036]所述輕質(zhì)柔性材料的填充厚度等于減載孔的深度。
[0037]在上述涵洞結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)2、涵洞側(cè)墻3、涵洞頂板4、減載塊5、減載孔6組成一個(gè)減載體系，通過減載塊5及兩側(cè)填土形成的土拱效應(yīng)，使大部分路堤填土荷載傳遞至涵洞側(cè)墻3，再傳至地基1，并減小涵洞側(cè)墻3所受彎矩，另外一部分荷載通過涵頂土拱效應(yīng)轉(zhuǎn)移至周圍土體中。
[0038]本實(shí)施例的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)建過程如下:
[0039]第一步，按照設(shè)計(jì)規(guī)范，處理地基I和澆筑基礎(chǔ)2 ；
[0040]第二步，澆筑涵洞側(cè)墻3時(shí)，同時(shí)按照設(shè)計(jì)要求澆筑減載塊5，并在減載塊5上(頂部外邊緣)預(yù)埋錨固鋼筋；
[0041]第三步，按照設(shè)計(jì)規(guī)范，澆筑涵洞頂板4 ；
[0042]第四步，涵洞兩側(cè)按照相關(guān)規(guī)范要求填筑路堤材料并進(jìn)行壓實(shí)處理，填筑至與減載塊5高度相等；
[0043]第五步，涵頂減載孔6填筑輕質(zhì)柔性材料8與涵洞兩側(cè)填土填筑同時(shí)進(jìn)行，涵洞頂板4正上方的輕質(zhì)柔性材料8填筑時(shí)根據(jù)輕質(zhì)柔性材料8的性質(zhì)做適當(dāng)壓實(shí)處理或不做壓實(shí)處理。
[0044]第六步，按照相關(guān)規(guī)范要求再逐層填筑路堤填料。
[0045]根據(jù)圖1，從荷載傳遞機(jī)理上分析本實(shí)用新型。
[0046]當(dāng)路堤荷載作用在減載結(jié)構(gòu)上時(shí)，由于涵洞兩側(cè)填土和減載孔6的輕質(zhì)柔性材料8以及涵洞側(cè)墻減載塊5的剛度差異，引起涵洞側(cè)墻3兩側(cè)填土、減載孔6與減載塊5的差異沉降，輕質(zhì)柔性材料8的沉降大于涵洞兩側(cè)填土及減載塊5的沉降，從而在涵洞頂板4上方形成土拱效應(yīng)，使涵頂荷載一部分轉(zhuǎn)移到周圍土體中，另一部分荷載通過涵洞側(cè)墻3傳遞至基礎(chǔ)2，使得涵頂土壓力減小。涵洞側(cè)墻3及減載塊5同時(shí)受到兩側(cè)路堤填土的水平應(yīng)力作用，由于涵洞側(cè)墻3和減載塊5為一整體結(jié)構(gòu)，又由于涵洞頂板4的支撐作用，涵洞側(cè)墻3和減載塊5的水平受力類似于外伸梁的受力，與無減載塊的涵洞結(jié)構(gòu)對比，這種結(jié)構(gòu)使得涵洞側(cè)墻3所受到的最大彎矩減小。采用本實(shí)用新型的涵洞結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了涵洞側(cè)墻3的垂直抗壓能力，達(dá)到了減載的目的，同時(shí)又減小了涵洞側(cè)墻3所受最大彎矩，使涵洞受力更加合理。
[0047]實(shí)施例2:
[0048]如圖2所示，一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，該涵洞結(jié)構(gòu)主要是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，增加鋪設(shè)了筋材。在輕質(zhì)柔性材料8填筑減載孔6完成之后，在減載孔上方鋪設(shè)一層筋材7，筋材7兩側(cè)錨固在減載塊5頂部外緣上，筋材7的抗拉剛度不小于1200kN/m，在鋪設(shè)時(shí)要平直鋪筑；由于增加了筋材的拉力膜效應(yīng)，使涵洞側(cè)墻3上部受到一個(gè)向內(nèi)部收縮的拉力，使得涵洞側(cè)墻3所受最大彎矩減小，有效降低了路堤填土對涵洞側(cè)墻3受力和變形特征的影響。另外，筋材7在填土荷載作用下產(chǎn)生撓曲變形，通過兩端錨固在減載塊5上的筋材7把涵洞上方的填土荷載轉(zhuǎn)移到涵洞側(cè)墻3上，從而進(jìn)一步達(dá)到減小涵頂土壓力的目的。
[0049]其減載效果要高于實(shí)施例1所示涵洞結(jié)構(gòu)。
[0050]將實(shí)施例1與實(shí)施例2的減載涵洞結(jié)構(gòu)用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行仿真模擬分析，并與無減載措施的一般蓋板涵和只鋪設(shè)輕質(zhì)柔性材料8作為減載措施的蓋板涵(無減載塊)進(jìn)行對比分析。
[0051]根據(jù)實(shí)施例1所建立的涵洞模型填土高度為20m，涵洞為蓋板涵，涵洞高4.0m,涵洞凈跨寬度4.0m，總寬度(即減載孔寬度與兩減載塊寬度之和)為6.0m，涵洞側(cè)墻厚度為
1.0m,涵洞頂板厚度為0.5m,減載塊高度為0.5m。填筑的輕質(zhì)柔性材料為混合輕質(zhì)土,其密度為1.6g/m3，彈性模量為0.2MPa，泊松比為0.4，其填筑厚度與減載孔高度相等即0.5m。路堤填土彈性模量為30MPa，泊松比為0.32，密度是1.8g/m3。實(shí)施例2的涵洞模型在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，在減載孔上方鋪設(shè)筋材，筋材使用高強(qiáng)度土工格柵，筋材的抗拉剛度為1200kN/m。所建立的無減載措施的一般涵洞模型的尺寸與實(shí)施例1相同，只是沒有減載塊和沒有鋪設(shè)輕質(zhì)柔性材料。所建立的只鋪設(shè)輕質(zhì)柔性材料的蓋板涵模型尺寸與實(shí)施例1相同，所使用的輕質(zhì)柔性材料以及其厚度也相同，只是沒有減載塊。將實(shí)施例1、實(shí)施例2數(shù)值分析結(jié)果與無減載措施的一般蓋板涵進(jìn)行對比分析，分析結(jié)果表明，本實(shí)施例1、實(shí)施例2分別比無減載措施一般蓋板涵涵頂土壓力減小62%、65%，涵洞側(cè)墻最大彎矩分別減小6%、9%。將實(shí)施例1、實(shí)施例2數(shù)值分析結(jié)果與只鋪設(shè)輕質(zhì)柔性材料作為減載措施的蓋板涵進(jìn)行對比分析，分析結(jié)果表明，本實(shí)施例1、實(shí)施例2分別比只鋪設(shè)輕質(zhì)柔性材料作為減載措施的蓋板涵涵頂土壓力減小21%、23%，涵洞側(cè)墻最大彎矩分別減小20%、23%。由此可知,采用本實(shí)用新型的涵洞結(jié)構(gòu)，其減載效果更加明顯，使涵洞受力更加合理。
[0052]上述【具體實(shí)施方式】只是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不是用來限制本實(shí)用新型的實(shí)施和權(quán)利要求范圍，凡依據(jù)本實(shí)用新型專利申請保護(hù)范圍所述內(nèi)容做出來的等效變化和修飾，均應(yīng)包括于本實(shí)用新型專利申請范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)、涵洞側(cè)墻和涵洞頂板，其特征在于:還包括減載塊和減載孔，所述減載孔中填充輕質(zhì)柔性材料； 所述減載塊設(shè)置于涵洞側(cè)墻頂部正上方，所述減載塊與涵洞側(cè)墻為一整體結(jié)構(gòu)； 所述減載塊的寬度與其正下方的涵洞側(cè)墻頂部厚度相同，減載塊的長度與涵洞側(cè)墻的長度相同； 所述減載孔位于涵洞頂板的正上方，是由涵洞頂板和兩減載塊圍成的一個(gè)開口空腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述減載孔上方平直鋪筑有筋材，所述筋材的兩端錨固在減載塊頂部外邊緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述筋材為高強(qiáng)度土工格柵或者鋼絲網(wǎng)，所述筋材滿足抗拉剛度不小于1200 kN/m的條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述涵洞為箱涵或蓋板涵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述減載塊的高度為涵洞總寬度的1/20-1/5。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述輕質(zhì)柔性材料的填充厚度等于減載孔的深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述輕質(zhì)柔性材料為EPS板、廢輪胎條混合輕質(zhì)土、EPS顆?；旌陷p質(zhì)土或者路基開挖出來的土。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的減載式剛性涵洞結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述輕質(zhì)柔性材料的密度小于涵洞側(cè)墻外側(cè)填土的密度。
【文檔編號(hào)】E01F5/00GK203960759SQ201420255747
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】陳保國, 宋丁豹, 焦俊杰 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）