交通荷载作用下检查井与土相互作用研究

2017-10-12，，

湖南交通科技 2017年3期

，，

(1.杭州市水处理设施建设发展中心，浙江杭州 310016； 2.浙江华东工程安全技术有限公司，浙江杭州 310030；3.杭州市建设工程质量安全监督总站，浙江杭州 310005)

交通荷载作用下检查井与土相互作用研究

陈阶亮1，关淑萍2，余建民3

长期以来城市道路检查井及其周边路面产生的沉陷、井周路面破损等病害，严重影响道路的平整性，进而影响行车的舒适性、安全性和交通流畅性。交通车辆荷载是车行道上检查井所受的主要活荷载，通过对交通荷载作用下检查井井壁侧向土压力、基础底面基底土压力等参数进行长期监测与现场车辆荷载试验分析，以探求井与土相互作用的传力机理，可为优化检查井设计、施工和养护提供依据。

检查井；交通荷载；土压力；现场试验

0 前言

随着我国社会经济的发展和城镇化进程的推进，城市道路建设也取得飞速发展，给排水、雨水、煤气、电力、通讯、消防等各专业都需要在城市路面下埋设大量管线，道路上各类管线检查井的数量也随之增加，受车辆超载行驶、材料强度不足、施工质量欠佳等多方面原因影响，各城市的检查井病害发生率均较高，因检查井病害而影响的交通安全问题越来越受到社会的广泛关注。

检查井在使用过程中经常出现井周路面开裂或下沉、井座下沉或凸起、井盖破损或推移等病害[1]。然而，目前城市道路检查井与路基路面在交通车辆荷载作用下的共同作用机理研究仍未明确，相关科研单位及高校仅局限于在病害调查基础上的理论分析[2]和数值模拟研究，且理论计算主要是对检查井和垫层的应力变化规律研究，或静态均布荷载作用下的沉降变形分析[3]，未能真正考虑到井与周围土体的相互作用，对井与土之间的传力机理也不明确。因此，揭示检查井与路基路面的共同作用机理是探索影响检查井病害的关键因素。

通过对检查井进行长期监测和现场车辆荷载试验研究，以分析在交通车辆荷载作用下井与周围土的相互作用机理。

1 工程简况

选取的试验井位于杭州市秋涛南路改造提升工程II标段，东宝路～婺江路段上的Y62(砖砌)和Y63(钢筋混凝土预制)雨水井，分别采用内径φ1000的砖砌圆形检查井和C25预制钢筋混凝土方形检查井，配用D700的铸铁井座及井盖板。其中Y62砖砌井埋深约4.58 m，Y63混凝土预制井埋深约3.74 m，两井相距46 m，底板均采用钢筋混凝土，且位于城市道路主干道上。基础主要座落在砂质粉土上，管道管顶覆土约为3.2 m。如图1。

图1 Y62和Y63检查井结构图(尺寸单位： mm)

2 监测测点布置

沿行车方向，在检查井垫层底面井壁附近埋设了4支土压力计，监测基底土压力；在检查井井壁不同高程(按照管道底和顶分2层)沿行车方向共埋设4支土压力计，监测侧向土压力，测点布置示意如图2和图3。

图2 基底土压力测点布置平面图(单位: cm)

图3 侧向土压力测点布置立面图(单位: cm)

由于管道位置影响，底部侧向土压力计不能埋设在与行车方向垂直的管顶对应测点(除Y63北侧底部测点)处，Y62井2个底部测点均与行车方向夹角大于30°，Y63井南侧测点靠近东南角，如图4、图5。

图4 Y62侧向土压力测点布置平面图

图5 Y63侧向土压力测点布置平面图

3 长期交通荷载作用影响分析

3.1 基底土压力监测成果分析

监测的基底土压力过程线见图6、图7。由图可见，在检查井四周土回填过程中，随着沟槽中土回填高度的增加，基底土压力均呈现增长趋势，且回填高度越大，增长速率越快。

图6 Y62检查井基底土压力过程线

图7 Y63检查井基底土压力过程线

道路通车以后，受路面基层、面层施工影响和循环车辆荷载作用，基底土压力呈现缓慢增长的趋势。2016年3月份以后受降雨影响，基底土压力又呈现缓慢增加趋势。降雨引起的Y62井基底土压力变幅在14.04～34.38 MPa之间，Y63井基底土压力变幅在28.18～36.15 MPa之间。

3.2 侧向土压力监测成果分析

监测的侧向土压力过程线见图8、图9。由图可见，土压力计埋设初期，由于沟槽未回填，井壁侧向未受到土压力作用，测得部分侧向土压力为负值；沟槽回填后，随着井四周土回填高度增加，井周侧向土压力明显增长。运行一段时间后，井周侧向土压力又呈现下降趋势。降雨影响的侧向土压力也呈现一定的周期性变化，Y62井侧向土压力变幅在21.85～24.84 MPa之间，Y63井侧向土压力变幅在8.75～19.96 MPa之间。

图8 Y62检查井侧向土压力过程线

图9 Y63检查井侧向土压力过程线

4 车辆加载试验成果分析

4.1 试验加载工况

试验选用2台车重分别为30.76 t和30.08 t的加载汽车，采用正载和偏载方式进行，其中正载加载两排轮对称作用于井盖两侧，且车轮正好位于基座上；偏载加载单排车轮作用于井盖中间。每种加载方式按车辆所处位置不同分5种工况加载，各加载位置对应工况分别为： ①前轴行驶到井盖位置； ②中轴行驶到基座处； ③中轴行驶到井盖位置； ④中、后轴位于井盖两侧； ⑤后轴行驶到井盖位置。

4.2 基底土压力成果分析

汽车荷载作用下Y62砖砌井基底土压力测试成果见表1，Y63砼预制井基底土压力测试成果见表2。

1) 由基底土压力测试成果，底板下基底土压力分布明显不均匀，加载前Y62井基底土压力在57.90～107.69 kPa之间，Y63井基底土压力在37.65～74.29 kPa之间，且2组数据对照表明沟槽开挖深度(也即检查井埋置)越深，基底土压力越大。

对比加载时Y62井与Y63井基底土压力变化，在井埋深大于4 m以上时，实测局部基底土压力最大113.91 kPa，超出标准图集[4]中要求的修正后地基承载能力不小于100 kPa的规定，超出值约13.9%。而且，车辆前进方向(南侧)底板下的基底土压力大于离开方向(北侧)，是因为汽车冲力及对井盖前后方向影响大小不同。

表1 Y62砖砌井基底土压力测试成果表kPa加载方式试验工况P南1P南2P北3P北4加载前10769700387455790111018727788685836正载211204750190405972311328762691396109411391770091886155511341765091386105110976727788925858211142745190655995偏载311287755191636086411328767691886109511287762691396086卸载后10686687885725630

表2 Y63砼预制井基底土压力测试成果表kPa加载方式试验工况P南1P南2P北3加载前74296398376517672683639652793972084139正载38036736242394808574064239576726880398917672679239402789071654114偏载379397274416447963731841645789072084114卸载后735664423790 注：P北4传感器出现故障。

2) 由基底土压力增量变化曲线，基底土压力增量最大值基本出现在第4种工况。埋深浅的Y63井在车辆荷载作用下土压力增量明显大于埋置深的Y62井，正载加载工况二者最大相差3.10 kPa，偏载加载工况二者最大相差2.47 kPa。可见，检查井埋置越浅，车辆交变荷载对基底土压力的影响越大。

4.3 侧向土压力成果分析

Y62砖砌井侧向土压力测试成果见表3，Y63砼预制井侧向土压力测试成果见表4。

表3 Y62砖砌井侧向土压力测试成果表kPa加载方式试验工况P南侧P南侧底P北侧底加载前29682256398131332279375232982350375正载329922326375428042303375529682279375131102279375232752303375偏载329922303351428272279375528272279375卸载后30162232351 注：P北侧传感器出现故障。

表4 Y63砼预制井侧向土压力测试成果表kPa加载方式试验工况P南侧底P北侧P北侧底加载前-1532079281-1312079482-131207907正载3-1312078674-1312078875-1312079281-1312079282-131207907偏载3-1312078874-1312078875-131207907卸载后-153184948 注：P南侧传感器出现故障。

1) 由Y63井北侧顶、底侧向土压力测试成果，检查井埋置越深，侧向土压力数值越大，P北侧底比P北侧埋深深约0.7 m，加载前P北侧底比P北侧测值大7.21 kPa。

又因Y63井南侧底部土压力计埋设在东南角，P南侧底测得土压力为负值，说明此处检查井受土约束作用较小。

2) 由各工况下侧向土压力增量变化曲线，车辆荷载移动过程中，车辆前进方向的土压力在变大，Y62井南侧侧向土压力加载后最大增加了3.30 kPa，Y63井南侧侧向土压力加载后最大增加了0.22 kPa，即在南侧周围土体对井的约束增强；而离开井的方向土压力在减小，Y62井北侧侧向土压力卸载后最大减小了0.47 kPa，Y63井北侧侧向土压力卸载后最大减小了0.60 kPa，证明在北侧周围土体对井的约束减弱。