【摘 要】
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近年来,我国经济水平快速提升,高等级公路建设全面发展。高等级公路在建设过程中,出现了大量高填方路堤,城市周边路段,往往与市政管道垂直交错,高填方路基土产生的附加土压力
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近年来,我国经济水平快速提升,高等级公路建设全面发展。高等级公路在建设过程中,出现了大量高填方路堤,城市周边路段,往往与市政管道垂直交错,高填方路基土产生的附加土压力,将会影响到管道的安全运营。目前,关于高填方路基下穿管道保护措施的研究还不够完善,文章建议使用拱涵体系保护结构对高填方路基下穿管道进行保护,通过有限元软件ABAQUS数值模拟,研究了拱涵体系保护方案的工程效果及其影响规律。本文主要做了以下工作:(1)搜集和总结了国内外涵洞垂直土压力研究成果,对比和分析了涵洞垂直土压力的六类计算方法的优缺点;(2)研究了涵洞体系保护结构的主要影响因素:拱的厚度,基坑开挖深度,拱的跨度和拱的净高。拱的厚度平均每增加0.05m,拱涵保护效果增加0.95%;基坑开挖深度平均每增加0.1m,拱涵保护效果提升1.4%;拱的跨度平均每增加0.5m,对管道的保护效果降低2.4%;拱的净高平均每增加0.15m,拱涵保护效果提升0.8%;(3)总结了三种主要减荷措施工作机理,分析了影响松散填料法减荷效果的主要因素:松散土层厚度和弹性模量,当土层厚度平均每增加0.5m,减载效果提升2.1%,弹性模量平均每降低5MPa,减载效果增加1.0%;(4)提出混凝土拱的两端的梯形区域换填片石土的优化方法,侧向约束拱体结构横向变形,同时片石与拱体上部的土层相互作用,形成“土拱”,相比普通填土原箱涵底部竖向应力减少15kPa,拱结构内力减小1/4;(5)通过SG06标段K32+526工程实例数值模拟结构分析,在拱涵体系保护结构作用下,箱涵底部土层竖向应力220kPa,小于对应地基承载力250kPa,保证了管道及原箱涵受力安全;拱涵结构S.mise和S.max最大值略大于对应素混凝土强度标准,配筋后满足结构强度要求,保证了拱涵体系结构正常运作;拱结构跨中弯矩远大于原箱涵盖板跨中弯矩,说明了原有管道受到了良好的保护作用。本文的研究成果对下穿管道的高填方涵洞结构的设计和施工,及其采用松散填料法进行涵洞设计施工具有重要的参考价值。
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