上埋式构筑物的土压力计算方法

摘要

本发明公开了一种涵洞的土压力计算方法，包括未实施减荷措施情况下以及实施减荷措施情况下的涵洞的土压力计算，具体分为六种情况的土压力计算：涵顶未采取减荷措施情况下的垂直土压力、涵顶采取减荷措施情况下的垂直土压力、涵顶与涵侧均未采取减荷措施情况下的侧向土压力、涵顶与涵侧均有减荷措施情况下的侧向土压力、涵顶采取且涵侧未采取减荷措施情况下侧向土压力、涵顶未采取且涵侧采取减荷措施情况下侧向土压力。本发明针对常规填土施工的涵洞提出各种情况下垂直与侧向土压力计算公式及荷载取值方法，其计算结果较现行的方法更接近实际；同时针对高填方涵洞提出减荷方法及其应用判据。有效防止结构开裂病害产生和涵洞引起的路面变形问题。

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，适用于公路、铁路、水利、电力、市政、能源、矿 山、机场、军工等部门中的各种上埋式构筑物，诸如用于路堤与渠堤下的交通、排水涵 洞（涵管），尾矿坝（库）下的排洪洞，土石坝下的廊道、泄水洞，填埋式地下变电站、 各类地下通道、洞室及武器掩蔽体等。

背景技术

涵洞是上埋式构筑物中应用最多的一种，它被广泛地用于公路、铁路、水利、电力、 市政、能源、矿山、机场、军工等部门。为了简化论述，以下用涵洞代替上埋式构筑物。

随着我国公路、铁路、水利等工程的发展，特别是向广大的西北与西南山区、重丘 区延伸，高填方路堤下涵洞（涵管）的受力、变形、沉降与开裂问题已引起有关方面的 关注。然而国内外、各部门所用垂直与侧向土压力计算方法都很不统一。经检索，国内 外已分别提出数十种垂直与侧向土压力计算方法，但不同方法的计算结果往往相互出入 很大，尤其是垂直土压力计算，使设计者较难抉择。时至今日，对高填方涵洞的设计与 土压力计算，基本上仍停留在几十年前的水平，特别是交通部门，现有的涵洞结构设计 与施工技术规范及标准，存在着较多问题：一方面由于设计保守而造成浪费；另一方面 则由于对影响涵洞土压力的因素认识不足，设计与施工中采取的一些措施、要求不当（如 标准图上要求涵顶填土压实度大于两侧填土，而非“中松侧实”的正确填土方法，又如 在软土地基上采用桩基者）；对涵基承载力的要求与确定按地面建筑对待；垂直土压力 计算值偏小，加上涵顶纵向承受着路堤的梯形荷载，从而使涵洞产生纵、横向开裂和较 大的不均匀沉降等一系列病害。遇到地基较软弱的涵洞，为了防止各种病害或解决地基 承载力不足，把刚性基础设计得很厚，有的多达3阶、每阶厚60cm，以下再换填1-3m 的砂卵石垫层或干砌块石灌浆，甚至有的工程中采用桩基，结果导致更大的垂直土压力， 使涵洞出现严重的纵向裂缝甚至被彻底压垮。填土较高的涵洞开裂病害多发生在纵向， 而且涵顶填土越高，涵洞凸出地面高度（包括基础）越大，则纵向开裂的比例也愈大。 此外，涵洞基础与地基的刚度越大，纵向开裂的比例也越大。纠其上述涵洞纵向开裂或 破坏的原因，主要是由于土压力计算方法和采取的措施不当所致。

因此，研究一种有效的土压力计算方法，对于防止涵洞出现严重的纵向裂缝甚至被 彻底压垮有重要的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一套涵洞土压力 计算方法，该方法针对常规填土施工的涵洞（即未采用减荷技术）提出各种情况下垂直 与侧向土压力计算公式及荷载取值方法，其计算结果较现行的方法更接近实际；同时， 针对高填方涵洞提出减荷方法及其应用判据。本发明旨在减小涵洞的垂直与侧向土压 力，调整涵洞纵横两向的土压力分布，改善涵洞结构受力状态，减小涵基的不均匀沉降， 以减小涵洞结构尺寸，减少配筋，降低造价，达到经济合理之设计目标。通过本发明的 方法对涵洞进行设计，可有效防止结构开裂病害的产生和涵洞引起的路面变形等问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种涵洞的土压力计算方法，包括未实施减荷措施情况下以及实施减荷措施情况下 的涵洞的土压力计算，所述实施减荷措施是指通过在涵顶和/或涵侧铺设EPS板的方式 进行减荷，具体分为以下六种情况的土压力计算：

1）涵顶未采取减荷措施情况下的垂直土压力σ_v的计算公式：

${\sigma }_v=\mathrm{\gamma H}[1+\frac{(1+\frac{h}{2H})\mathrm{hE}}{{\omega }_{c}B(1-{\mu }^2)E_h}\eta ]=K_v\mathrm{\gamma H}---\left(1\right)$

式中：

h──涵洞突出地面的高度（包括基础），m；

H—─涵顶填土高度，m；

B──涵洞宽度，m；

μ──涵顶填土的侧胀系数（泊松比）；

γ——填土重度，kN/m³；

ω_c──与刚性涵洞长宽比L/B1及基底形状有关的系数；

E──涵顶填土的变形模量平均值，MPa；其中，Es为压缩模 量；室内压缩试验所提供的E_s—P曲线上查得Es；P为压缩荷载，按公路土工试验规程 加载；

E_h——涵侧填土的变形模量平均值，MPa；其中，Es为压缩 模量；室内压缩试验所提供的E_s—P曲线上查得Es；P为压缩荷载，按公路土工试验规 程加载；

η──涵洞截面（包括基础）的外形影响系数，其中B₁为涵洞截 面换算宽度，A为涵洞外形横截面面积；对于没有襟边的矩形或方形涵洞，η＝1。

K_v──垂直土压力系数，或者直接通过表2查得；

2）涵顶采取减荷措施情况下的垂直土压力σ_v的计算公式：

${\sigma }_v=\mathrm{\gamma H}\left[\frac{{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h{E}^{*}+(1+\frac{h+h^{*}}{2H})(h+h^{*})E_h{E}^{*}\eta }{{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h{E}^{*}+h^{*}{E}_{h}E}\right]---\left(2\right)$

式中：

E^*──涵顶所铺EPS板的变形模量，室内压缩试验所提供的E^*—P曲线上查得E^*；

h^*──涵顶所铺EPS板的厚度；

其余符号的含义参见公式（1）；

3）涵顶与涵侧均未采取减荷措施情况下的侧向土压力σ_h计算公式：

${\sigma }_h=\left(\frac{\mu }{1-\mu }\right)\mathrm{\gamma H}[1-\frac{(1+\frac{h}{2H})\mathrm{hE}}{2{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h}\eta ]---\left(3\right)$

4）涵顶与涵侧均有减荷措施情况下的侧向土压力σ_h计算公式：

5）涵顶采取减荷措施且涵侧未采取减荷措施情况下，侧向土压力σ_h计算公式：

${\sigma }_h=\left(\frac{\mu }{1-\mu }\right)\mathrm{\gamma H}[\frac{3}{2}-\frac{{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h{E}^{*}+(1+\frac{h+h^{*}}{2H})(h+h^{*})E{E}^{*}\eta }{2[{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h{E}^{*}+h^{*}{E}_{h}E]}]---\left(5\right)$

6）涵顶未采取减荷措施且涵侧采取减荷措施情况下，侧向土压力σ_h计算公式：

公式（3）-（6）中：

——填土的内摩擦角；

c——填土的凝聚力；

其余符号的含义参见公式（1）、（2）。

进一步的，所述的公式（1）中K_v的值根据涵洞突出地面的高度h、涵顶填土高度 H分别与涵洞截面换算宽度B₁的比值，再结合土性在下表中查得，所述土性共有四种： 碎石、软岩、砂性土和粘性土；

常规填土情况下四类土的K_v-H关系表

常规填土情况下四类土的K_v-H关系表，接上页表

进一步的，在所述采取减荷措施的情况下，涵顶铺设EPS板的厚度h^*＝Δh₁+Δh₂， 其中，EPS板的密度以及对应的厚度Δh₂根据填土类别以及填土 高度H，通过下表查得，其中，当填土高度H=10～30m时，铺设单一密度EPS板进行 减荷；当H=30～60m时，采用两种密度的EPS板叠加铺设进行减荷，铺设时密度大者 置于上面：

涵顶EPS板的密度、厚度Δh₂与填土高度H的关系表

进一步的，在所述采取减荷措施的情况下，涵侧铺设的EPS板的密度与相同涵段的 涵顶所铺EPS板取同一密度；涵侧铺设的EPS板的厚度Δh为相同涵段的涵顶EPS板厚 度的1/3。

进一步的，所述采取减荷措施的判断条件为：对填土高度H能同时满足H/L₀≥2.5、 H≥8m的涵段，则铺设EPS板减荷，且对于盖板涵、箱涵和拱涵，当地基为岩基时，对于 净跨L₀≤2.5m者，涵顶的EPS板采用满铺；对L₀>2.5m者，涵顶的EPS板在净跨范围内铺 设；当地基为非岩基时，涵顶EPS板采用满铺；对管涵、马蹄形涵、蛋形涵，无论地基 岩性如何，均在填土高度达到涵顶标高时，采用等厚度的EPS板平铺，该EPS板的宽度 方向每边超出涵洞外沿20cm，对涵座以上部分采用变厚度月牙形半包裹方式铺设。

进一步的，在所述采取减荷措施的情况下，对盖板涵和箱涵，涵顶与涵侧均采用等 厚度的EPS板；对拱涵、管涵、马蹄形涵和蛋形涵，EPS板被切割成上宽下窄倒梯形断 面的长条状在现场按砌拱圈的方式装拼，EPS板的厚度由涵顶中线至两侧逐渐减小。

进一步的，在所述采取减荷措施的情况下，在涵顶填土时，EPS板顶第一层填土厚 度不小于60cm；在0.6～1.2m范围内采用蛙式打夯机，1.2～1.8m范围内用推土机履带 碾压，1.8～2.4m范围内用压路机静压，2.4m以后启用振动荷载，按常规施工碾压；在 涵侧填土时，压路机轮边沿应距EPS板20～30cm；在涵洞两侧填土时，采用对称填筑。

附图说明

图1为涵顶平面内外土柱沉降差示意图。

图2为常规填土施工情况下四类土的K_v-H关系曲线。

图3为垂直土压力系数的空间分布图。

以下通过附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

发明人从1959年起，历时52年，先后进行了大量调研、三次模型试验、十三个工 点的现场试验与实际应用，对未采用减荷技术（包括空间问题和平面问题）和采用减荷 技术（如铺设EPS）的上埋式构筑物，分别提出了垂直与侧向土压力计算公式。为了便 于应用，又对前者给出了按四类土性、三维坐标（K_v--H/B₁--h/B₁）表示的垂直土压力系 数简明图表；对后者不仅提出了确定EPS板密度与厚度的计算方法，还给出了按四类土 性查选的数据表及施工要点。大量的试验表明，减荷技术不但可以使垂直土压力减至 1/3γH、侧向土压力减至0.15~0.2γH，而且在构筑物顶部纵向采用变厚度EPS板后，可以 调整纵向垂直土压力分布，从而减小不均匀沉降。对数十米乃至百米以上的特高填土构 筑物之减荷，可用多密度EPS板叠加组合予以解决。

本发明的涵洞的土压力计算方法，包括未实施减荷措施以及实施减荷措施情况下的 土压力计算，所述实施减荷措施是指通过在涵顶和/或涵侧铺设EPS板的方式进行减荷， 具体分为以下六种情况的土压力计算：

1、（1）涵顶未采取减荷措施情况下的垂直土压力σ_v的计算公式：

${\sigma }_v=\mathrm{\gamma H}[1+\frac{(1+\frac{h}{2H})\mathrm{hE}}{{\omega }_{c}B(1-{\mu }^2)E_h}\eta ]=K_v\mathrm{\gamma H}---\left(1\right)$

式中：

h──涵洞突出地面的高度（包括基础），m；

H—─涵顶填土高度，m；

B──涵洞宽度，m；

μ──涵顶填土的侧胀系数（泊松比）；

γ——填土重度，kN/m³；

ω_c──与刚性涵洞长宽比L/B1及基底形状有关的系数，ω_c的值见表1；表1中，L 为涵洞的长度。

E──涵顶填土的变形模量平均值，MPa；其中，Es为压缩 模量；室内压缩试验所提供的E_s—P曲线上查得Es，P为压缩荷载，按公路土工试验规 程加载；

E_h——涵侧填土的变形模量平均值，MPa；其中，Es为压缩 模量；室内压缩试验所提供的E_s—P曲线上查得Es，P为压缩荷载，按公路土工试验规 程加载；

η──涵洞截面（包括基础）的外形影响系数，其中B₁为涵洞截 面换算宽度，A为涵洞外形横截面面积；对于没有襟边的矩形或方形涵洞，η＝1。

K_v──垂直土压力系数，K_v的值可直接通过表2查得。

表1ω_c值

  L/B₁  ω_c  L/B₁  ω_c  L/B₁  ω_c  L/B₁  ω_c  L/B₁  ω_c  3.0   1.466   6.0   1.846   9.0   2.091   12.0   2.228   15.0   2.293   3.5   1.540   6.5   1.895   9.5   2.120   12.5   2.243   15.5   2.298   4.0   1.610   7.0   1.941   10.0   2.147   13.0   2.256   16.0   2.302   4.5   1.675   7.5   1.983   10.5   2.171   13.5   2.268   16.5   2.305   5.0   1.736   8.0   2.022   11.0   2.192   14.0   2.278   17.0   2.307   5.5   1.793   8.5   2.058   11.5   2.211   14.5   2.286   17.5   2.308

（2）涵顶采取减荷措施情况下的垂直土压力σ_v的计算公式：

${\sigma }_v=\mathrm{\gamma H}\left[\frac{{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h{E}^{*}+(1+\frac{h+h^{*}}{2H})(h+h^{*})E_h{E}^{*}\eta }{{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h{E}^{*}+h^{*}{E}_{h}E}\right]---\left(2\right)$

式中：

E^*──涵顶所铺EPS板的变形模量，室内压缩试验所提供的E^*—P曲线上查得E^*；

h^*──涵顶所铺EPS板的厚度；

其余符号的含义参见公式（1）。

（3）侧向土压力计算：

涵顶与涵侧均未采取减荷措施情况下的侧向土压力σ_h计算公式：

${\sigma }_h=\left(\frac{\mu }{1-\mu }\right)\mathrm{\gamma H}[1-\frac{(1+\frac{h}{2H})\mathrm{hE}}{2{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h}\eta ]---\left(3\right)$

涵顶与涵侧均有减荷措施情况下的侧向土压力σ_h计算公式：

涵顶采取减荷措施且涵侧未采取减荷措施情况下，侧向土压力σ_h计算公式：

${\sigma }_h=\left(\frac{\mu }{1-\mu }\right)\mathrm{\gamma H}[\frac{3}{2}-\frac{{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h{E}^{*}+(1+\frac{h+h^{*}}{2H})(h+h^{*})E{E}^{*}\eta }{2[{\omega }_{C}B(1-{\mu }^2)E_h{E}^{*}+h^{*}{E}_{h}E]}]---\left(5\right)$

涵顶未采取减荷措施且涵侧采取减荷措施情况下，侧向土压力σ_h计算公式：

公式（3）-（6）中：

——填土的内摩擦角；

c——填土的凝聚力。其余符号的含义参见公式（1）、（2）。

2、涵顶未采取减荷措施的垂直土压力σ_v的三维图表确定方法：

鉴于涵洞土压力计算时，土性参数无法取得或难以取准，根据理论分析计算、室内 模型试验和50多年来我们在现场所做的15个工点测试，以及国内外的几个现场试验结 果，综合分析得出图1、图2以及表2。

在土压力计算时，可先按土性在K_v—H/B₁关系图（图2）中查得K_v值，然后再依据 K_v-H/B₁--h/B₁三维关系图（图3），对照h/B₁作线性内插或外延修正，表2所列K_v值即 是由此获得，因此可直接查取表2获得K_v值。

表2常规填土情况下四类土的K_v-H关系表（考虑h/B₁后）

表2常规填土情况下四类土的K_v-H关系表（考虑h/B₁后）（续）

注：①B₁为涵洞截面换算宽度：涵洞的横截面积A（包括基础）除以涵高h；②h为涵洞突出地面高度（包括基础）。

3、减荷技术设计及应用判据

（1）涵顶EPS板的密度与厚度的确定

EPS板的密度与厚度的确定是减荷技术中的核心问题。根据涵顶填土高度H、涵洞 基础及地基的刚性、涵洞突出地面的高度h、涵洞跨径与界面外形，确定EPS板的密度 与厚度。

A、涵顶EPS板的密度的确定

以涵顶填土自重压力的1/3（K_v=1/3是减荷后的最终垂直土压力系数）与EPS板60% 应变时的应力相对应，来确定EPS板的密度。

以四川广巴高速公路K44+600单管涵（推广应用工点）为例，涵顶填土高度H为 21.75m，填土密度为21.5kN/m³，涵顶填土自重压力是涵顶填土高度H与填土重度γ的乘 积，计算得涵顶填土自重压力为467.63kPa，其1/3为155.9kPa，据此，由表3查得， 当EPS材料在60%应变（硬化点）时所对应的应力为155.6kPa，与该应力相对应的EPS 板的密度为28kg/m³。因此，涵顶EPS板的密度即为28kg/m³。

表360%应变时不同密度的EPS材料所对应的应力值

B、涵顶EPS板的厚度的确定

EPS材料厚度Δh的确定分为两部分考虑，首先考虑消除+δ（亦即消除Δσ_v）所需EPS 板厚度为Δh₁，其次按照减荷可达目标考虑，算出相应的|-δ|，为此需要EPS板厚度为Δh₂才能提供这一压缩变形值，取Δh₁和Δh₂之和，即所要确定的涵顶EPS板的厚度Δh。

仍以四川广巴高速公路K44+600单管涵为例，涵洞结构（含基础）凸出基岩高度h 为3m，两侧同高填土的压缩变形量按应变计算，或按工程经验估算（如按土坝设计规 范），均为1%，亦即涵洞不可压缩而两侧填土可压缩所导致的洞顶平面内外土柱沉降差 +δ为300×1%=3cm，为了抵消该值，涵顶EPS板就应提供|-δ|=3cm的压缩变形量；EPS 板按应变为60%（硬化起点）提供压缩变形，则需要EPS板厚度为这 就是说在涵顶铺设5cm厚的EPS板，就可以使其垂直土压力下降到σ_v=γH，即K_v＝1。

$\Delta h_1=(\frac{h}{100}\times 100)/0.6\left(\mathrm{cm}\right)$

根据广东、四川、陕西、山西等多处现场试验与室内试验，并参考国内外有关文献， 如果涵顶EPS板材的密度与厚度选用恰当，涵顶垂直土压力可减至土柱压力的1/3。因 此，下面只需要求出减少2/3γH的土压力所需要的|-δ|值，则问题将迎刃而解。

如同推导公式（1）的基本假定和所用基本公式，即假定路堤填土为半无限均质直 线变形体，涵顶以p=2/3γH的反向接触压力作用于填土，则

$|-\delta |=\frac{{\omega }_c·p·B_1(1-{\mu }^2)}{E}---\left(7\right)$

式中符号的含义参见公式（2）；

将本试验工点的有关参数代入式（7），得

$|-\delta |=\frac{2.308\times 311.75\times 280\times (1-{0.3}^2)}{12500}=14.67\mathrm{cm}$

为了提供该压缩变形值，所需EPS板厚度仍按60%的应变计算：

$\Delta h_2=\frac{|-\delta |}{0.6}=\frac{14.67}{0.6}=24.45\mathrm{cm}$

将以上两部分计算厚度值相加，即得涵顶所需EPS板的总厚度Δh：

h^*＝Δh₁+Δh₂=5+24.45=29.45cm

因此，取用EPS板的厚度30cm。

（2）涵顶EPS板的密度与厚度查表法

涵顶铺设EPS板的密度以及对应的厚度根据填土类别以及填土高度H，通过表4 查得。

表4涵顶EPS板的密度、厚度Δh₂与填土高度H之关系表

注：①当填土高度H=10～30m时，铺设单一密度EPS板进行减荷；当H=30～60m时，

采用两种密度的EPS板叠加铺设进行减荷，铺设时密度大者置于上面；当H>60m 时，可采用多密度叠加EPS板减荷；

②涵顶EPS板的总厚度h^*＝Δh₁+Δh₂，其中式中h为 包括基础的涵洞凸出地面高度，Δh₂按表4查取；对于两种密度叠加EPS板，在 确定分层厚度时，应在每个分层中加入的计算值。

（3）涵侧EPS板密度和厚度的确定

为方便设计与施工，同时考虑到涵洞两侧填土碾压时机械的影响，故涵侧EPS的密 度不再另行考虑，即与相同涵段的涵顶所铺EPS板取同一密度。

涵侧水平土压力属于静止土压力范畴，当侧墙背离涵侧填土产生（4～5）‰涵洞结 构高度（含基础）h的水平位移时，涵侧填土就能够达到主动极限平衡状态（要用EPS 板只能接近，不可能达到）。因此，取水平位移为0.005h，EPS仍按60%的应变提供所 需得变形量，则涵侧EPS所需厚度其中，h为涵洞突出地面的高度（包 括基础），m；考虑到压缩变形的抹平效应、安全储备、方便切割，且搬运和现场铺设不 宜太薄，可以直接确定公路及铁路涵洞的涵侧EPS板的厚度Δh为相同涵段的涵顶EPS 板厚度的1/3。

（4）多密度EPS板复合材料减荷

针对填土高度在30m以上的高填方涵洞，特别是填方更高的尾矿坝排洪洞，在涵顶 采用单一密度的EPS板，已无法在填土的全过程中提供所需的塑性压缩变形，为此我们 提出了采用多种密度EPS板叠加组合的复合材料进行减荷，以期密度从小到大的各层 EPS板，按照“接力赛”的方式，更好的适应填土由低到高，压力由小到大的整个施工 填土过程，不断地提供塑性压缩变形，以满足减荷全过程的变形协调之需，从而使EPS 材料性能得到更充分地发挥，达到最佳的减荷效果。

由于涵洞纵向承受近似梯形分布荷载，所以涵顶纵向应采用变厚度EPS的铺设方 式，使得减荷后的垂直土压力近似均匀分布，这对于非基岩地基更为重要。正对路堤边 坡的各涵段，在应用判据和确定EPS板的密度与厚度时，考虑到路堤填土中土压力分布 的空间效应，填土高度取相应边坡高度的最大值。靠近涵洞进出口两端的各涵段，当填 土高度不能满足判据时，涵顶、涵侧即停止铺设EPS板。

（5）涵顶铺设EPS板减荷的应用判据与范围

针对公路、铁路盖板涵常遇净跨L₀，提出以下条件作为是否需要采取减荷措施的判 别依据。凡填土高度H能同时满足H/L₀≥2.5、H≥8m的涵段，就值得铺设EPS板减荷。对 于盖板涵、箱涵和拱涵，当地基为岩基时，建议对于净跨L₀≤2.5m者，涵顶EPS板采用满 铺；对L₀>2.5m者，涵顶EPS板采用净跨范围内铺设；当地基为非岩基时，为避免涵洞 纵向产生过大的不均匀沉降，涵顶EPS板应一律采用满铺。对于管涵、马蹄形涵、蛋形 涵，无论地基岩性如何，均在填土高度达到涵顶标高时，采用等厚度的EPS板平铺，该 EPS板的宽度方向每边应超出涵洞外沿20cm，但最好对涵座以上部分采用变厚度月牙形 半包裹方式铺设。

（ó）铺设EPS板的施工要点

①对盖板涵和箱涵，涵顶与涵侧均采用等厚度EPS板。对拱涵、管涵、马蹄形涵和 蛋形涵，也可以在填土达到涵顶标高时，采用等厚度EPS板平铺，但最好按涵顶至两侧 的曲线变化，将EPS板切割成上宽下窄倒梯形断面的长条，在现场按砌拱圈的方式装拼； 其厚度也按涵顶曲线变化，由涵顶中线至两侧逐渐减小，以利结构受力；②将脱模三周 后的EPS板块，按设计分割图在厂里用电热丝进行切割；③若采用未加阻燃剂的普通 EPS板（属易燃类），在切割、运输、堆放和安装过程中要注意防火；④为防止EPS板 在初填土时结构受损，在涵顶填土时，根据不同碾压荷载计算，建议EPS板顶第一层填 土厚度不小于60cm，且土料要细，不能含有大于10cm的石块；用装载机铺土时，不得 从高空倾倒，以防产生过大的冲击力，该层土用挖掘机斗压实，在06～1.2m范围内可 用蛙式打夯机，1.2～1.8m范围内用推土机履带碾压，1.8～2.4m范围宁日用压路机静压， 2.4m以后启用振动荷载，按常规施工碾压；在涵侧填土时，压路机轮边沿应距EPS板 20～30cm，紧靠涵洞碾压时应采用静压。涵洞两侧填土时，应对称填筑；⑤EPS板存放 时，应严禁与有机溶剂（如石油、柴油等）接触，并避免长期在太阳下暴晒。

本发明的优点与有益效果：

涵洞垂直土压力的影响因素很多(包括填土高度，涵洞基础及地基的刚性，涵洞凸 出地面的高度，涵洞跨径与界面外形，填土的物理、力学性质，填土的速度、压实度， 以及地形与施工方法等)，各种影响因素变化很大，而且互有影响；填土对于涵洞,既是 荷载，又是介质，所以导致问题的复杂化。但是，这些因素的变化，均将相应地引起涵 顶平面内外土柱间沉降差±δ的变化。

针对上埋式构筑物，所以发明人以涵顶平面内外土柱沉降差±δ这一综合性参数为切 入点，提出了本发明中的涵洞垂直土压力计算方法。经过室内试验和现场试验，验证了 方法比较合理，且其计算结果较接近实际。

根据广东广惠路、四川南广路、陕西吴子路、山西离军路、四川广巴路等十个工点 的现场试验数据，涵洞垂直土压力系数K_v可以减小到0.3，侧向土压力系数K_h可以减 小到0.15~0.2（侧向土压力系数K_h是涵洞水平向土压力σ_h与涵洞土柱压力γH的比 值）。说明采取减荷技术后，可以大大降低涵洞土压力，改善涵洞结构受力状态，以减 小涵洞结构尺寸，减少配筋，降低造价。对应涵顶纵向的近似梯形断面填土荷载和下凹 不均匀沉降，在涵顶纵向由中段向上下游两端铺设由厚渐薄的EPS板，不仅可以减小涵 洞的沉降量，而且改善了纵向不均匀沉降。同时，还以解决由于涵洞的存在引起的路面 变形等问题。以上表明，EPS板减荷技术具有重要的理论价值和显著的经济效益。

经四川、陕西、山西科学技术情报研究所多次检索，从已检索到的国内外同类课题、 同类技术资料来看，与本发明相比，其研究内容的深度、广度及实用性方面，都未达到 本发明研究所取得成果的程度。

当采取减荷技术后，垂直土压力系数K_v远小于图1曲线所示值；经室内与十多次现 场试验验证，K_v=0.3左右，因此，工作人员在设计时可取K_v=0.7，安全系数约为2.3， 多次实践表明，减荷涵洞既安全又经济。涵侧的静止土压力向主动土压力转化，故是以 朗肯主动土压力为基础进行求解，减荷后室内外试验侧得涵侧侧向土压力系数K_h为 0.15，因此，在设计时可取K_h=0.33，多次实践表明，涵洞减荷设计是安全经济的。

对于常规填土的涵洞土压力计算，本发明提出了考虑涵洞结构突出地面高度与四类 土性的垂直土压力系数空间分布图及其数据表，使得常规填土涵洞土压力计算更加合 理，设计依据更加明确统一。对于采用EPS板减荷技术的涵洞，以垂直土压力系数0.3 与侧向土压力系数0.15的计算与测试结果为减荷目标，确定涵洞结构设计计算中的垂直 土压力系数为0.7与侧向土压力系数为0.33，并依此提出了EPS板厚度与密度设计计算 方法及其应用判据，实践证明，采用减荷设计的涵洞结构受力不但安全可靠，而且经济 实用。