與道路斜交的箱涵八字墻計算公式

我們在普通、簡單的涵洞設計中，會出現很多錯誤或者是瑕疵，或多或少總會出現一些問題。主要是不能考慮到多方面的影響因素，并沒有理解涵洞真正的設計意圖。只要在設計過程中善于總結，不要總在相同的地方犯同樣的錯誤，相信我們的設計能力和效率會更高。來看看大院總結的涵洞設計報告，對設計師非常有幫助。

目前涵洞設計、施工中的主要問題

1 功能性病害

高速公路圓管涵孔徑取消1.0和1.25m,采用1.5和1.8m。

原因：涵底設計高程與實際不符，洞口后期沉降較大，洞口平面與河道銜接不順，堵塞物清理不及時，涵底縱坡偏小；

措施建議：涵洞位置及數量應整體考慮、合理布設，盡量減少后期沉降，養護部門及時對洞口、洞內的堵塞物及錐坡長草進行清理；高速公路建議選擇孔徑不小于1.5m的圓管涵，方便清淤。

原因：涵內排水系統不暢或未設置；涵洞凈空不足，超高車輛違規通行；管理不善，涵洞遭廢棄；

措施建議：應根據銜接道路實際情況，合理設置縱坡，盡量避免洞身位于凹曲線底部，洞內設置排水設施并保持排水順暢，養護部門及時疏浚；設置明顯的限高標志，必要時設限高門架。

2 技術性病害

各類裂縫

原因：溫度影響和混凝土收縮引起表面短細裂縫；結構厚度偏小、配筋不夠、超載和不均勻沉降等原因引起結構性裂縫；施工措施不當導致施工裂縫；

措施：采用更合理的結構尺寸和配筋率（適當考慮超載影響），加強防裂鋼筋網的設置；嚴格施工措施，保證施工質量；

原因：不均勻沉降引起錯臺現象；填縫料填塞不密實、老化脫落致使沉降縫滲水，水流將臺背回填砂帶出，產生涌砂現象，造成臺背淘空。

措施建議：填縫料宜采用熱瀝青浸泡麻絮，不宜采用乳化瀝青浸泡；蓋板涵的預制蓋板頂面加鋪油毛氈層；蓋板涵、箱涵臺后回填砂改為非黏性土。

3 其他病害主要解決混凝土剝落的問題；在八字墻邊緣外加鋪2m長的鋪砌，解決洞口鋪砌沖刷的問題。諸如軟基段涵洞兩側出現明顯的跳車現象；通道口積水現象，洞口的橫向排水溝及其蓋板破損較嚴重等。

涵洞結構計算

(1) 涵洞的泄水能力及水力計算

(2) 圓管涵

根據《07涵洞細則》，混凝土圓管涵的設計僅考慮車輛荷載、圓管涵自重和填土產生的等效荷載的作用組合。不計算管壁環向壓力和徑向剪力，僅考慮彎矩作用效應。

混凝土圓管涵結構應按《04橋規》的規定進行承載能力極限狀態的承載能力(強度)和正常使用極限狀態下的裂縫寬度的驗算。

(3) 蓋板涵(EXCEL表格計算)

1)蓋板的長度與寬度之比大于等于2時，按簡支單向板計算。

2)分離式涵臺:作為上下端簡支的豎梁計算。

3)整體式涵臺身按上端與蓋板不可移動的鉸接、下端與基礎固結計算。

現澆蓋板的合理寬度：

L0=2、4、6m蓋板涵，當B1=400cm,現澆板鋼筋含量與預制單向板鋼筋含量相差不大，取B1=400m是經濟合理的且現澆板寬不至于過小。

(4) 箱涵

① 采用矩形框架超靜定結構計算，涵底地基反力假設為直線分布。

② 邊界條件：剛性約束底板水平方向位移。

③ 考慮車輛荷載、覆土豎向壓力、臺側主動土壓力和涵身自重；不考慮剪切變形、砼收縮效應，涵體內外的溫度變化按±15℃考慮。

④ 荷載施加：橫、縱向車輪布置按公路的車輛荷載方式布置。

斜交箱涵整體扭轉

斜交角度≥30°時，斜交箱涵的整體扭矩較大，對于斜交角度≥30°（不推薦采用一字墻）。

（一字墻計算)

單元類型：板單元

邊界條件：涵身側固結，不考慮墻前土體對一字墻約束。

荷載：一字墻自重、墻后主動土壓力(分解為：垂直于墻面的正壓力和平行于墻面的摩擦力)，不考慮墻前被動土壓力，考慮地震作用。

配筋率：≤166kg/m3

(5) 拱涵(全斷面計算模型)

1）拱圈按無鉸拱計算，矢跨比采用1/2。拱腳與涵臺身固結，涵臺身與整體式基礎固結，形成彈性框架結構解算內力。

2）邊界條件：在拱圈側、涵臺側、基礎底設置彈性支撐。

3）不考慮曲率、剪切變形、溫度作用效應和混凝土收縮效應，考慮彈性壓縮的影響。

4）不考慮車輛荷載，僅考慮覆土豎向壓力、臺側主動土壓力和涵身自重。

拱圈彈性壓縮的影響，彈性壓縮對內力的影響不可忽略。

矢跨比分析：失跨比采用1/2 對拱圈受力有利。

地基類型不同，m值影響：

若考慮涵臺、地基與拱圈的共同作用，地基抗力系數對拱圈和底板內力產生較大的影響。

右表為不同m值在覆土豎向壓力作用下拱圈和底板內力變化的比較。

① m值增大，拱圈、底板的內力、應力均減小（拱圈軸力除外），臺身應力也減小，但基底壓力增大。

② m值增大，拱頂正彎矩減小，拱腳負彎矩減小并有可能變成正彎矩。

③ 設計可取m=80000kN/m4 進行計算。

(6) 八字墻

1）單元類型：實體單元

2）邊界條件：基礎底為豎向只受壓；約束基礎側的水平向線位移；

3）荷載：八字墻自重、墻后(含基礎)主動土壓力(分解為：垂直于墻面的正壓力和平行于墻面的摩擦力) 、考慮地震作用；

4）結構尺寸調整：墻頂厚度由原來的40cm增加至55cm，臺背斜度由4：1調整為3.5：1；基底應力不大于200kpa。

5）八字墻張角：考慮墻后土壓力的影響，對蓋板涵、箱涵和拱涵，因墻高較高，張角取為20°；圓管涵因墻高較矮，張角取為30°。

涵洞研究總結

●以往涵洞地基承載力基本容許值的計算直接采用上部荷載所產生地基應力，沒有考慮側填土對地基容許承載力的提高作用，使得涵洞地基加固設計偏于保守，造成較大的投資浪費。

●以涵洞地基工后沉降不大于20cm為控制條件，在不同的地基條件和涵頂填土高度情況下，按沉降控制的地基承載力容許值均大于規范公式修正值。

●涵洞頂土壓力：涵洞位置最大土壓力為516.4kPa，一般路堤處土壓力值為364.4kPa，則馬斯頓效應的涵洞荷載放大系數為1.31。

●當基礎底板與涵身線剛比λ越大，涵身外側受拉彎矩越小，底板節點下側受拉彎矩越小，底板跨中上側受拉彎矩則越大。

七種配筋類型中，類型1-a造價最低，類型1-c與類型2每延米造價基本相當，造價較高的為類型1-b、類型3和類型4。

臺身基礎底面采用圬工結構，基礎頂面采用鋼筋砼結構具有經濟性。全部采用鋼筋砼結構經濟性最差。

調整基礎與臺身線剛度比，使得臺身受力偏心距接近并小于第一類偏壓偏心距限值最為經濟。

涵洞跨徑D、填土高度H、溝谷寬度B、地基土模量Ed與Ks值正相關，填土模量Et、溝谷坡度α與Ks值負相關。隨著填土高度H的增加，涵洞垂直土壓力集中系數Ks值呈逐漸增大，當H/D=2.5~5時為最大，之后趨于穩定并略有減小。溝谷地形的坡體在一定程度上分擔了涵頂土柱重量，降低了涵頂垂直土壓力的應力集中，因此建議工程實際中盡可能保留溝槽。

目前針對高填方涵洞的減載措施大都是通過調整涵頂平面上覆填土的沉降，來實現將作用在涵頂的填土荷載向臺背外側填土轉移，以減小涵頂荷載的目的。

涵洞的主要減載措施有：中松側實法、提高涵臺背后填土壓實度或采用低壓縮性材料、采用柔性填料（EPS）、先填后挖法、加筋減載法。對涵洞地基進行加固處理時，地基加固后的模量不宜過高，在滿足地基承載力要求的基礎上，應盡量采用柔性的地基處理方法。

蓋板涵和箱涵的臺后填土采用非黏性土，不只限于中粗砂、石屑、碎石等。

圓管涵、蓋板涵和拱涵，填土高度擴展至20m。箱涵，填土高度擴展至6m。凈跨徑增加至6m跨徑。

為減弱洞口處沖刷，洞口鋪砌宜向外延伸2m。

對沉降縫需采取特殊的防水、防漏砂措施。

涵頂底板主筋未設置起彎，優化后主筋數量增加較少，更容易保證結點附近的斜截面抗彎承載力，且施工更便利。

注意事項

(1) 圓管涵

1）填土高度為0.5m～20m。

2）圓管涵參考圖適用于圓管涵縱坡≤3%的情況。

3）圓管涵參考圖的洞口形式為八字墻，八字墻按1：1.5和1:1.75的邊坡坡率進行設計。

4）汽車荷載為公路－Ⅱ級。

5）圓管涵標準節段長度為1.0m，在考慮現場吊裝能力后，可適當加長預制管節以加快施工進度。

(2) 蓋板涵

1）填土高度為0.5m～20.0m。

2）汽車荷載為公路－Ⅱ級。

3）涵洞基礎分為分離式和整體式，可根據實際涵洞基底的地基承載力基本容許值[fa0]選用。

4）蓋板涵參考圖的洞口形式為八字墻，八字墻按1：1.5和1:1.75的邊坡坡率進行設計。

5）蓋板涵參考圖適用于涵洞縱坡≤5%的情況。

6）當通道涵周邊的地下水位高于涵底標高較大時，應考慮地下水的浮力影響，根據工程的具體情況做專門的抗浮設計。

7）蓋板涵參考圖提供的現澆正交蓋板標準寬度為400cm；當現澆正交蓋板寬度B1<400cm時，可參照B1=400cm蓋板鋼筋構造圖中提供的配筋原則進行施工；當B1>400cm時，應重新進行蓋板的配筋計算。

8）端部預制斜交蓋板僅適用于斜度θ≤15°的涵洞。

(3) 箱涵

1）無壓力式單孔箱涵填土高度0.5～6.0m。

2）箱涵主要適用于軟土地基、經處理后承載力仍偏低的特殊地基及受路面標高、洞口兩端連接線標高限制導致建筑高度受限的通道涵。

3）八字翼墻按路基邊坡為1：1.5進行設計的尺寸。

4）箱涵洞口形式分為八字翼墻和一字翼墻兩種型式。八字翼墻適用于0°～45°的箱涵，一字翼墻適用于0°～25°的箱涵，兩種洞口型式可自行選擇使用。當斜交角為30°～45°時，考慮到端部涵段的整體滑移穩定性，洞口可采用八字翼墻，不推薦采用一字翼墻。

(4) 拱涵

1）拱涵適用于單孔涵洞，分3種型式：通道拱涵、過水拱涵、過人兼過水拱涵。涵洞凈高H0為2.0m的拱涵僅作為過水拱涵使用。

2）拱涵主要適用于填土高度較大、地基條件好（地基承載力基本容許值[fa0]≥400kPa），同時建筑高度不受限的涵洞，不適用于土質地基。

3）若為巖石地基，可考慮采用分離式基礎，需結合具體項目另行設計。

4）當拱涵軸線與道路設計線斜交時，可適當延伸涵洞長度，采取“斜交正做”的處理方式。

5）公路－Ⅱ級時可參照使用。

6）拱涵適用于涵頂填土高度8～20m的涵洞設計，小于8m填土時，考慮經濟適用性，一般建議采用蓋板涵設計。

(5) 其他施工注意事項

1）涵洞完成后，基底混凝土強度應達到設計強度的85%時，方可進行回填。涵身兩側的墻背填土要求嚴格夯實。洞身兩側填土應嚴格對稱均衡，水平分層夯實，其每側長度不應小于洞身兩側填土高度的一倍，壓實度不小于96％。涵洞兩側緊靠涵臺部分的回填土不宜采用大型機械進行壓實施工，宜采用人工配合小型機械的方法夯填密實。

2）施工中當涵洞上填土高度不足0.5m時，嚴禁采用振動或碾壓設備對涵頂和涵洞范圍內的填土進行碾壓；填土高度不足1.0m時，采用人工或小型機具夯填；填土高度超過1.0m時，方可采用機械填筑。對于拱涵，填土高度不足3.0m時，壓路機通過涵洞頂時，必須靜壓通過，禁止開振動器。

3）基底地基土承載力檢測：采用輕便動力觸探、靜力觸探等方法對涵洞基底地基土的承載力進行檢測，檢測頻率一般情況下每10～20m布置一個斷面，每個涵洞不少于三個斷面，每個斷面不少于三個檢測點，地質條件復雜時適當加密。