CN202969393U - 一种公路高填方涵洞的加筋减载结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于道路工程技术领域，具体公开了一种公路高填方涵洞的加筋减载结构，所述加筋减载结构由加固区、筋材、碎石垫层和减载孔组成；所述的加固区位于涵洞的两侧；所述的减载孔位于涵洞的正上方；所述的筋材和碎石垫层位于减载孔的上方。本实用新型采用上述结构后，涵顶加筋减载效果显著提高，有效地解决了涵顶开裂现象；涵顶荷载通过加固区传递至地基土层，同时加固区侧向变形减小，从而涵洞侧墙压力显著降低；有效减小了复杂地形对涵洞受力及变形特性的影响；有效减小了涵洞受力不对称性，避免了涵顶与墙身分离开裂的现象；筋材效率得到显著提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及道路工程技术领域，具体涉及一种公路高填方涵洞的加筋减载结构。
背景技术
高填方路段的涵洞上覆填土高度多在10 m以上，有的甚至会超过50 m。由于填土荷载大，地形条件复杂，涵洞的受力及变形特性往往较为复杂，涵体存在应力集中和不均匀沉降等问题，容易引起各种不同程度的病害，在工程界有“十涵九裂”之说。这些病害轻则引起涵洞开裂、渗漏或积水，重则致使涵洞结构破坏，甚至出现垮塌，严重影响公路的正常使用。
目前，对公路高填方涵洞的减载措施主要以加筋减载法为主。加筋减载法是指人为地使涵顶上方局部高度和宽度范围内的填土密度小于两侧填土，形成减载孔；同时在减载孔上方铺设筋材，筋材两端分别锚固于两侧密实填土中，达到涵顶减载的目的。虽然加筋减载法对高填方涵洞涵顶应力集中现象有所缓解，但其仍存在以下几个方面不足：(1)涵顶加筋减载效果有限，涵顶开裂现象仍然存在；(2)涵顶荷载转移至侧墙，涵洞侧墙开裂现象有所增加；(3)涵洞受力及变形特性受复杂地质影响仍然很大；(4)易引起涵洞受力不对称性，涵洞出现涵顶与墙身分离开裂现象；(5)涵洞内、外土柱刚度差异不明显，筋材效率没有得到充分发挥。
实用新型内容
针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供了一种结构合理，施工方便的公路高填方涵洞的加筋减载结构。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种公路高填方涵洞的加筋减载结构，该加筋减载结构由加固区、筋材、碎石垫层和减载孔组成；
所述的加固区位于涵洞的两侧；
所述的减载孔位于涵洞的正上方；
所述的筋材和碎石垫层位于减载孔的上方。
加固区、筋材、碎石垫层和减载孔组成一个减载体系，通过加固区上部填土的土拱效应和筋材的张拉膜效应，使大部分路堤填土荷载传递至加固区，并沿加固区传递至地基。
所述的涵洞为拱涵或盖板涵。
所述的加固区为水泥注浆的密实碎石，密实碎石粒径不大于15 cm，加固区的弹性模量不小于300 MPa，水泥注浆的范围是台背至台背外1.0 -2.0m，加固区的高度为自地基顶面标高至减载孔顶面标高处。
所述的减载孔采用密度小于1.4 g/cm3，弹性模量小于4 MPa的轻质柔性填料填筑；减载孔宽度与涵洞宽度一致，减载孔高度在1.0-3.0 m范围内。
所述的碎石垫层铺设在加固区和减载孔顶面，厚度在0.3-0.5m范围内。
所述的筋材为钢塑土工格栅或镀锌铁丝网，筋材铺设在碎石垫层中间位置，所述的筋材满足伸长率为0.5%时的抗拉刚度不小于120 kN/m的条件。
所述的筋材和碎石垫层均铺设至两侧加固区以外长度为5-10 m的位置。
本实用新型采用上述结构后，涵顶减载效果显著提高，有效降低了涵顶土压力集中程度；涵顶上方的填土荷载通过加固区传递至地基，涵洞侧墙开土压力显著减小；有效减小了复杂地形对涵洞受力及变形特性的影响；有效减小了涵洞受力不对称性；筋材效率得到显著提高。
附图说明
图1为本实用新型的一种公路高填方涵洞的加筋减载结构的剖面示意图。
附图标记说明如下：1-涵洞，2-加固区，3-筋材，4-碎石垫层，5-减载孔，6-地基。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种公路高填方涵洞的加筋减载结构，该加筋减载结构由加固区2、筋材3、碎石垫层4和减载孔5组成；
所述的加固区2位于涵洞1的两侧；
所述的减载孔5位于涵洞1的正上方；
所述的筋材3和碎石垫层4位于减载孔5的上方。
加固区2、筋材3、碎石垫层4和减载孔5组成一个减载体系，通过加固区2上部填土的土拱效应和筋材3的张拉膜效应，使大部分路堤填土荷载传递至加固区2，并沿加固区2传递至地基6。
所述的涵洞1为盖板涵。
所述的加固区2为325#水泥注浆的密实碎石，密实碎石粒径不大于15 cm，加固区2的弹性模量不小于300 MPa，水泥注浆的范围是台背至台背外1.0 m，加固区2的高度为自地基6顶面标高至减载孔5顶面标高处。
所述的减载孔5采用密度为1.2g/cm3，弹性模量为3MPa的轻质柔性填料填筑，减载孔5宽度与涵洞1宽度一致，减载孔5高度为1.0 m。
所述的碎石垫层4铺设在加固区2和减载孔5顶面，厚度为0.3 m。
所述的筋材3为钢塑土工格栅，筋材3铺设在碎石垫层4中间位置，筋材3伸长率为0.5%时的抗拉刚度为160 kN/m。
所述的筋材3和碎石垫层4均铺设至两侧加固区2以外长度为5 m的位置。
本实施例的一种公路高填方涵洞减载结构的具体构建过程如下：
第一步，涵洞1两侧1.0 m范围填筑密实碎石，其他区域按相关规范要求填筑路堤填料，填筑至涵顶；
第二步，涵顶以上部分涵洞1两侧1.0 m范围填筑密实碎石，密实碎石区域外侧按相关规范要求填筑路堤填料，涵顶以上部分减载孔5填筑轻质柔性填料，分别填至减载孔5顶设计标高；
第三步，涵洞1两侧密实碎石用水泥注浆形成加固区2，加固区2高度为自地基6顶面标高至减载孔5顶面标高处；
第四步，铺设一半厚度的碎石垫层4；
第五步，铺设一层筋材3；
第六步，铺设另外一半厚度的碎石垫层4；
第七步，按相关规范要求逐层填筑路堤填料。
根据图1，从荷载传递机理上分析本实用新型。
当路堤荷载作用在碎石垫层4上时，由于加固区2与减载孔5的轻质柔性填料的刚度差异，引起加固区2和减载孔5的差异沉降。该差异沉降使上部路堤填土产生土拱效应和筋材3产生张拉膜效应，并且由于碎石垫层4的存在，增强了土拱效应和张拉膜效应的发挥，使大部分路堤荷载传递至加固区2顶，并沿加固区2传递至地基6，从实质上减小了涵洞1所受荷载。同时，由于加固区2具有一定的刚度和强度，水平向位移减小，有效减小了路堤填土对涵洞1侧墙受力和变形特性的影响。
将本实施例的加筋减载结构应用于某高速公路一处15.0 m的高填方涵洞，涵洞为盖板涵，高2.0 m。涵底地基6为碎石土，加固区2底面位于地基顶面标高，加固区2顶面位于盖板涵的盖板顶面标高。并在该涵洞邻近相似地层一处14.0 m的同类型高填方涵洞采用现有的加筋减载法进行减载处理，对两种工况分别进行了监测对比分析。监测结果表明，与现有的加筋减载法相比，采用本实施例的加筋减载结构涵顶土压力减小28%以上，涵洞侧墙土压力减小48%以上，筋材3应变量提高65%以上。而且，采用本实施例的减载结构后涵洞侧墙沿深度各测点土压力变化不大，土压力变化幅度明显小于现有的加筋减载法工况。
上述具体实施方式只是本实用新型的一个优选实施例，并不是用来限制本实用新型的实施与权利要求范围的，凡依据本实用新型专利申请保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本实用新型专利申请范围内。
Claims (7)
1.一种公路高填方涵洞的加筋减载结构，其特征在于：所述加筋减载结构由加固区、筋材、碎石垫层和减载孔组成；
所述的加固区位于涵洞的两侧；
所述的减载孔位于涵洞的正上方；
所述的筋材和碎石垫层位于减载孔的上方。
2.根据权利要求1所述的公路高填方涵洞的加筋减载结构，其特征在于：所述的涵洞为拱涵或盖板涵。
3.根据权利要求1或2所述的公路高填方涵洞的加筋减载结构，其特征在于：所述的加固区为水泥注浆的密实碎石，密实碎石粒径不大于15 cm，加固区的弹性模量不小于300 MPa，水泥注浆的范围是台背至台背外1.0-2.0m，加固区的高度为自地基顶面标高至减载孔顶面标高处。
4.根据权利要求1或2所述的公路高填方涵洞的加筋减载结构，其特征在于：所述的减载孔采用密度小于1.4 g/cm3，弹性模量小于4 MPa的轻质柔性填料填筑；减载孔宽度与涵洞宽度一致，减载孔高度在1.0-3.0 m范围内。
5.根据权利要求1或2所述的公路高填方涵洞的加筋减载结构，其特征在于：所述的碎石垫层铺设在加固区和减载孔顶面，厚度在0.3-0.5m范围内。
6.根据权利要求1或2所述的公路高填方涵洞的加筋减载结构，其特征在于：所述的筋材为钢塑土工格栅或镀锌铁丝网，筋材铺设在碎石垫层中间位置，所述的筋材满足伸长率为0.5%时的抗拉刚度不小于120 kN/m的条件。
7.根据权利要求1或2所述的公路高填方涵洞的加筋减载结构，其特征在于：所述的筋材和碎石垫层均铺设至两侧加固区以外长度为5-10 m的位置。
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