同 填方段大孑L径波纹管涵加固结构受力性能试验研究

第39卷，第4期 2 0 1 4年8月 公 路 工 程 Highway Engineering Vo1．39，No．4 Aug． ，2 0 1 4 ．--J Ej 同 填方段大孑L径波纹管涵结构受力性能试验研究 粟双全 (湖南省娄衡高速公路建设开发有限公司，湖南衡阳411001) [摘要]基于原位观测试验，通过对不同填土高度的管涵荷载及变形、管涵及涵周土体应力分布的全程量 测，对不同填土高度下大孔径波纹管涵的力学性能进行了深入分析。结果表明，管顶始终处于压应力状态，从管顶 向下至90度范围截面承载逐渐转为拉应力，而从90度截面至管底，波谷截面主要承受拉力，并至管底达到最大 值，而波峰截面则由拉应力向压应力转变，至管底为压应力状态。波纹管涵应力及变形均随着填土高度逐渐增长， 但其增速逐渐变缓，并最终趋于稳定，其大小均满足波纹管涵的使用要求。而涵顶与涵底土压力测试数据表明，波 纹管涵土压力值与规范方法计算值存在较大差异，且差异随填土高度的增加进一步加大，表明高填方段的管涵土 压力计算应进行适当折减。 [关键词】高填方；波纹管涵；受力性能；沉降；土压力 [中图分类号]U 449．83

[文献标识码]A [文章编号]1674—0610(2014)04—0263—05 M echanical Experiment Study on Large Aperture Steel Corrugated Pipe Culvert in SU Shuangquan (Hunan Louheng Expressway Construction Development Co．Ltd．，Hengyang，Hunan 41 1001，China) [Abstract]thepaper is based on in—situ observation experiments．"According to monitor different filling height of the pipe culvert load and deformation，pipe culverts and culvert weeks soil stress distribution， the large aperture corrugated pipe culvertsin-depth’S mechanical properties can be analysis．The re— suhs showed that the tube—top is always in a state of compressive stress．From the tube-top down to 90 degrees， the scope of section bearer turning into a tensile stress，while the trough cross—section from 90 de— grees to the bottom of the tube major bear tension，and to the bottom reaches the maximum．In the same time，crest cross．section shift tensile stress into compressive stress，and the bottom of the tube is compressive stress state．As the filling height is growed higher，corrugated pipe culvert stress and deformation is gradually growth，but its growth rate gradually slows and eventually stabilize，in the end ，its size is meet the use requirements of the corrugated pipe culvert．The test data show that ，there is a big differ— ence between the corrugated pipe culvert earth pressure values with standard method calculated value，as the filling height increases，the diference increase further，all of this indicating that the segment of high fill pipe culvert earth pressure calculation should carry out appropriate reduction． [Key words]high fill；corugated pipe culvert；stress performance；settlement；earth pressure 0

前言 在西部山区修建高速公路，为满足线形要求，深 挖高填往往不可避免，由此产生的高填方路堤下设 置的涵洞工程越来越多。以往，高填方涵洞一般为 钢筋混凝土拱涵或盖板涵，而基础的不均匀沉降极 易导致涵台的开裂或拱圈的开裂与塌陷，进一步引 起路面的沉降破坏，从而影响公路的正常运营。因 此，寻求新型的管涵结构势在必行 。 金属波纹管涵结构钢波纹管涵加固是采用钢波纹 状管或由钢波纹状弧形板通过连接、拼装形成的一 种涵洞形式 I4 。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，可以更大程度上分散荷载的应力集中，更好地 【收稿日期]201l一09—02 [作者简介]粟双全(1975一)，男，湖南怀化人，工程师，主要从事高速公路建设与管理工作。 266 公路工程 39卷 而从管顶向下至90。范围截面承载逐渐转为拉应 图6 波谷截面1、2,3位置应变分布规律 Figure 6 Strain distributions of the trough—section 1，2，3 po— sition ∞ i 、 蛊 j型 彀 霞 翼 图7 波谷截面4、5位置应变分布规律 Figure 7 Strain distributions of the trough·section 4，5 position i ～ 制 蛊 {四 蜜 靛 图8 波峰截面1、2,3位置应变分布规律 Figure 8 Strain Distributions of crest-section 1，2，3 position 一弋 。。。 一。一。 ： ／ 。。 ／ 拉压应办分 + 涵底应变测试结果 — 、 ． 0 4 8 l2 16 20 24 填土高度，m 线 图9 波峰截面4、5位置应变分布规律 Figure 9 Strain Distributions of crest—section 4．5 position 力，但90。位置在较小填土高度呈现压应力状态，随 填土高度增加则转变为拉应力，从90。至下，波峰截 面则由拉应力向压应力转变，至管底则转变为压应 力状态。上述各拉、压力值亦随填土高度的增加而 趋于稳定值。 值得指出的是，上述各拉、压应力值均小于使管 涵产生塑性变形的应力值，表明波纹钢板涵管具有 较强的自我调节能力，在施工阶段填土荷载及重车 荷载施加过程中，能较均匀的承受上部荷载，在设计 荷载下，其大部分应力应变在始终在弹性范围内，完 全满足承载力的要求。

2．3 涵周土压力分布规律研究 图10一图11为涵顶及涵底土压力随填土高度 的分布规律及其与同一埋深其他位置土压力值对比 情况(土压力值取各断面土压力盒读数的均值)，并 于目前规范 计算涵洞垂直土压力的土柱法(即涵 顶土压力值与填土高度成正比P=yH)进了对比。 由于2号与3号土压力盒、5号与6号土压力盒测 试结果非常接近，故仅列出1号与2号、4号与5号 土压力盒数据对比情况。 J ‘ 、 避 出 图1O 涵顶土压力随填土高度分布规律曲线 Figure 10 Relationship between culvert·top earth pressure and fill height 500 450 400 350 300 25o 甘200 150 l00 50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 填土高度／m 图l1 涵底土压力随填土高度分布规律曲线 Figure l t Relationship between cu[vc~一hottem earth pressure and fill height 0 0 O O O O O 0 O 如 ∞ 加m m 加 i、 雹趔嘏 靛 第4期 粟双全：高填方段大孔径波纹管涵结构受力性能试验研究 267 由图可知：随着填土高度的增加，涵顶土压力 值逐渐增大，但增速随着填土高度的增加逐渐减缓， 且与土柱法计算结果差异逐渐拉大，表明在低填方 段，采用规范方法计算涵洞涵顶土压力较为合理，而 在高填方段则将造成较大误差，即过高地估计涵顶 垂直土压力值，从而使涵洞设计过于保守 】。而 同一深度处土压力值对比情况可知，当埋置涵洞时， 其同一埋深处土压力值会略有提高。而涵底存在同 样的情况，涵底土压力首先承受波纹管涵自重，而后 承受填土荷载，但其值随填土高度增加逐步趋于稳 定，而与填土自重的差值随填土高度逐渐增大。 3 结论 本文针对大孔径波纹管涵这一新型的管涵结 构，开展了现场原位观测试验，对管涵变形、应力应 变及涵周土体应力分布进行了全程量测，得出主要 结论如下： ① 变形观测表明，钢板波纹管涵具有较强的抵 抗变形及不均匀沉降的能力，在施工填土荷载作用 下，最大沉降仅为3 cm，在施工及运营期间可满足 变形要求； ② 应力应变监测表明，波纹管涵能较均匀的承 受上部荷载，其大部分应力应变在始终在弹性范围 内，完全满足承载力的要求； ③ 土压力监测结果表明，涵洞顶土压力值远小 于规范计算值，而当埋置涵洞时，其同一埋深处土压 力值会略有提高。

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