论述铁路涵洞基础的设计

史 娜/甘肃综合铁道工程承包有限公司

论述铁路涵洞基础的设计

史 娜/甘肃综合铁道工程承包有限公司

【摘 要】本论文的主要内容包括选择铁路涵洞基础类型，选用建筑材料，确定基础尺寸，决定基础埋置深度以及基础处理措施等。本文针对钢筋混凝土圆形涵洞、矩形涵洞、钢筋混凝土盖板箱涵、混凝土高失拱形涵洞的基础设计做相关的论述。

【关键词】铁路涵洞；基础尺寸；钢筋混凝土；基础处理措施；刚性角

引言

涵洞基础一般可分为有基和无基两种。有基又可分为整体式和非整体式两种。基础形式应按涵洞的类型、涵顶填方高度、孔径大小、基地地质条件及地基处理方法等进行选择。

一、常用的各类涵洞的基础使用条件

(一)钢筋混凝土圆形涵洞、矩形涵洞及其他封闭式涵洞

根据基底土壤种类、地下水的状态及地基土壤的冻胀性等情况，采用有机（整体式）或无基（仅有砂垫层或夯实层）。

1.涵洞受两旁路堤土柱压重。使地基承载能力有所提高，当基底土壤的容许承载力等于及大于150kPa时，不论土层能否满足设计压应力的要求，一般可采用整体式基础，惟应注意要设置上拱度，以减免使用中的塌腰病害。若涵洞建在太差的地基上，沉陷量较大时，即土壤容许承载力小于150kPa时并小于设计基底压应力时，则引另采取措施处理地基。

2.如基底土壤是岩石；砾石土、卵石土；砾砂、粗砂、中砂及细砂，垫层或夯实层的厚度不小于40cm，且土质均匀，下沉量不大者，涵洞可采用无基基础。但涵洞出入口仍设实体基础并考虑防渗作用，以减免冻胀病害。

非严寒地区，土质均匀，下沉量不大的粘性土（如硬塑状态，半硬塑状态的粘性土）和位于地下水位以上的中密粉砂土，亦可考虑采用无基涵洞。

采用无基基础时，尚应符合下列条件:

（1）为了防止由于过大的涵节沉落所产生的漏水病害，涵顶至轨底填方高度一般不宜超过5.0m（岩石地基可不受此限）。

（2）最大流量时涵前积水深度不大于2.5m（无压及半有压涵洞）。

（3）非经常流水的沟渠（不受渗水影响软化的地基可不受此限）。

（4）非沼泽地区。

（5）沟床纵坡≤30‰；个别困难地段≤50‰。

为了适应泄床与端翼墙基础间的不均匀沉陷，泄床与端翼墙基础须分离（泄床厚度一般≥50cm）。

（二）钢筋混凝土盖板箱涵

根据孔径大小及基地土壤种类，基础设计有整体式和非整体式。整体式基础分为刚性联合基础和钢筋混凝土联合基础，非整体基础又称分离式基础。

1.刚性联合基础。

刚性联合基础适用于单孔1.0～6.0m及双孔1.0～6.0m涵洞基底土壤容许承载力等于及大于150kPa的任何土层上。刚性联合基础厚度系自两侧边墙底面内缘按刚性角向下扩大至压力分布线相交于基底而定，以使整个基底均匀受力（拱形涵洞整体式基础同此）。由于较大孔径的刚性联合基础太厚，圬工量过大，仅在不宜采用分离式或钢筋混凝土联合基础时采用。

2.钢筋混凝土联合基础。

钢筋混凝土盖板涵孔径3.0～6.0m单孔高、底边墙涵洞设计有钢筋混凝土联合基础，适用于地质较差、容许承载力较低、土壤压缩模量（E0）等于或大于4000kPa的地基，板顶填方高度大于3.0m时须进行个别设计解决。如以后涵身不会接长时，翼墙部分基础可用于出入口翼墙钢筋混凝土联合基础的配筋设计；遇将来涵洞有可能接长时，则宜采用洞身钢筋混凝土联合基础的配筋设计。

3.分离式基础。

盖板涵孔径2.0～6.0m单、双孔高、低边墙涵洞设计有分离式基础，适用于土质较好的地基，若土壤容许承载力小于基地应力但等于及大于300kPa，且土壤压缩性较小的地基（粘性土为半干硬以上，砂类土为中砂以上，以及碎石类土和岩石）亦可应用。分离式基础设计时考虑了流水板的支撑作用，按洞内侧基底应力不大于洞外侧（填土侧）基地应力的原则设计。如为兼立交的涵洞，每段涵洞（两沉降缝之间）基础之间设截面为1.0×1.0m的浆砌片石支撑两道。

当基底土壤容许承载力小于基地应力但不小于150kPa时，均可采用刚性联合基础或钢筋混凝土联合基础。如基底容许承载力小于150kPa并小于设计基底压应力时，则应采取措施处理地基。

4.翼墙基础。

刚性联合基础的盖板箱形涵洞出入口翼墙的基础一般亦为整体式基础。刚性混凝土联合基础的盖板箱形涵洞，出入口翼墙的前墙基础采用混凝土灌注并与钢筋混凝土板连为一体，板底以下用强砌片石加厚至1.25m或冻结深度以下0.25m处。分离式基础的盖板箱形涵洞，出入口翼墙基础与泄床分离，但前墙范围内的泄床与翼墙基础等厚。

涵洞出入口翼墙所受外力较小，当基底土壤容许承载力等于及大于130kPa时，孔径3.0m及以上的盖板箱形涵洞，出入口翼墙为刚性联合基础或钢筋混凝土联合基础时，也可改为分离式基础（不包括提高节出入口），以节省圬工。

（三）混凝土高失拱形涵洞

孔径1.0～2.5m者，采用整体式基础；孔径3.0～6.0m者，基础有整体式基础和非整体式基础两种。

1.整体式基础。

整体式基础适用于除工程地质特殊土壤如湿陷性黄土、裂隙粘土等以外的各类土壤地基上。当填地（石）高等于及大于10m时，要求地基容许承载力大于200kPa，当填地（石）高小于10m时，要求地基容许承载力不小于150kPa，如地基承载力不能满足上述要求时应采取其他措施。

2.非整体式基础。

非整体基础适用于碎石类土、砂类土、粘性土（σ0≥350kPa）地基上，要求地基容许承载力[σ]＞300kPa，并需满足土壤挤出稳定性（稳定系数K＜1.5）的要求，如不能满足要求时，须加大或加深基础，或改用整体式基础或采用其他处理措施。

3.翼墙基础。

抬高式入口：孔径1.0～5.0m的翼墙基础为整体式；孔径5.5～6.0m的翼墙基础与泄床分离。

不抬高式入口：孔径1.0～3.0m的翼墙基础为整体式；孔径3.5～6.0m的翼墙基础与泄床分离。

出口：不论入口为抬高还是不抬高式，孔径1.0～2.5m的出入口翼墙基础均为整体式，孔径3.0～6.0m的出口翼墙基础与泄床分离。

二、基础埋置深度及厚度

涵洞基础除设置在不冻胀地基土上者外，出入口和自两端洞口向内各2m范围内的涵身基底埋深：对于冻胀、强冻胀土应在冻结线以下0.25m；对于弱冻胀土，应不小于冻结深度的80%，涵洞中间部分可按各类涵洞标准图上规定者办理，亦可地区经验确定。严寒地区，当涵洞中间部分的埋深与洞口埋深相差较大时，其连接处应设置过渡段。冻结较深的地区，也可采取将基底至冻结线以下0.25m处的地基土换填以粗颗粒土（包括随时类土、砾砂、粗砂、中砂，但其中粉粘粒含量应≤15%，或粒径小于0.1mm的颗粒应≤25%）的措施。

涵洞基础厚度除应满足冻结深度的要求外，还应符合刚性角的有关规定。

（1）钢筋混凝土圆形涵洞及矩形涵洞，基础厚度与刚性角无关，但为防止洞身沉陷过多或为出入口免受冲刷，基础应保持一定的厚度，因此涵洞基础一般均不应小于标准图中的最小厚度。

（2）钢筋混凝土盖板箱形涵洞、拱形涵洞，不设钢筋的圬工基础厚度应按刚性角确定。对混凝土整体式基础或非整体式基础的刚性角采用45°；有关标准图对是石器圬工整体式基础的刚性角采用40°,非整体式基础的刚性角采用38°。

参考文献：

[1] 铁道部第一勘察设计院、兰州铁道学院.涵洞与孔桥[M].北京：中国铁道出版社，1994.

[2] 铁道部第三勘察设计院.铁路桥涵设计基本规范[M].北京：中华人民共和国铁道部，2006.