城市鋼筋混凝土U 型框架封閉引道的設計與應用

劉西燦，孫艷茹

(1.山東東泰工程咨詢有限公司;2.中國公路工程咨詢集團有限公司(武漢)橋隧分公司)

0 前 言

隨著我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展，交通路網(wǎng)不斷完善，城市建設不斷擴大，這樣就出現(xiàn)了許多新建或延長公城市道路與原有高速公路、鐵路出現(xiàn)交叉。為了保證行車速度和安全，城市道路與鐵路、高速公路采用立體交叉，但由于郊區(qū)的高壓線或城市建筑的原因不得不采用下穿立體交叉。對于地下水位較高或土地資源缺乏的地段鋼筋混凝土U 型框架封閉引道的應用逐漸增多。本文以山東某城市道路延長與鐵路出現(xiàn)下穿立體交叉為例，介紹鋼筋混凝土U 型框架封閉引道的設計與應用。

圖1 某鋼筋混凝土U 型框架封閉引道斷面圖 單位:(cm)

1 鋼筋混凝土U 型框架的設計

1.1 計算分析

鋼筋混凝土U 型框架結構上具有整體性、對稱性的特點，橫斷面方向受到的外荷載也對稱于結構的縱向中心線，這使得結構自身有較好的抗滑和抗傾穩(wěn)定性，一般情況下無需對結構進行抗傾覆性分析。鋼筋混凝土U 型框架由兩側立擋土側墻和底板組成。正常使用極限狀態(tài)下，側墻要承受墻外側土壓力、摩擦力、水壓力、自重的作用，當側墻頂外側有車輛行駛或其他荷載作用時還應考慮該荷載引起的側土壓力，側墻還要承受墻內(nèi)側道路部分引起的土壓力、活荷載引起的土的側壓力。底板要承受自重、底板頂?shù)缆犯鞑糠纸Y構的重力、活荷載、地基反力作用及地下水的浮力作用。

鋼筋混凝土U 型框架結構一般可按平面構件進行計算。計算時其寬度為1 m。鋼筋混凝土U 型框架結構的計算主要也分為兩大部分:側墻計算和底板計算。在分析底板內(nèi)力時，應注意考慮懸臂部分的影響?？刹捎闷矫鏃U系結構程序?qū) 型框架箱體的施工和使用階段進行了分析計算。

側墻:側墻計算時其外側所承受的土壓力個水壓力可一分為兩種計算方法:水土分算法、水土和算法。水土壓力合算法是采用圖的飽和重度計算總的水、土壓力;水土壓力合算法是采用圖的飽和重度計算總的水、土壓力。側墻部分可按受彎構件分析內(nèi)力，其所受荷載可按三角形荷載或梯形荷載分布考慮，側墻上的荷載及彎矩分布如圖所示，工程完建期河道內(nèi)無水時結構最為危險。

圖2 側墻計算簡圖

底板:底板一般采用矩形斷面，其兩端可以不伸出邊墻外側。鋼筋混凝土U 型框架結構設計和計算中將底板視作彈性地基梁進行內(nèi)力和變形計算分析。彈性地基梁受力變形后，地基梁的撓度與地基的沉陷處處相同。計算時可按彈性地基梁理論進行內(nèi)力計算，假定地基反力沿該方向均勻分布，將底板看著置于地基上的梁。底板可按彈性地基梁分析期內(nèi)里，道路結構部分荷載可按均布荷載考慮;由于底板頂至路面高度一般＞0.5 m，因此可不考慮車輛沖擊荷載，車輛荷載可結合軸距按力的擴散轉換成均布活載考慮。取最不利軸重荷載作為控制計算或驗算荷載，并轉換為每延米范圍內(nèi)作用在底板上的等效荷載。采用共同變形理論，將地基假定為半無限彈性體，用彈性理論來計算地基的沉降，從而確定U 型框架底板所受地基反力的大小及分布規(guī)律，以此確定底板和邊墻的結構尺寸及配筋設計。側墻底板連接處:考慮到兩側墻的自重及側墻底部傳遞的彎矩，一般工程邊墻底部與底板相連接處內(nèi)力最大，截面較大，視為剛性連接。因此將土、水壓力作用在邊墻上產(chǎn)生的彎矩加在邊墻與底板連接處，作為底板的集中彎矩考慮。

1.2 抗浮設計

抗浮設計一般考慮U 型框架及框架內(nèi)路面結構合計自重抵抗浮力，如自重滿足抵抗浮力時，無需再做其它抗浮設計。但如果自重不滿足抵抗浮力時，可考慮增設抗拔樁結合底板伸出側墻的方法底康浮力。

1.3 配筋分析

正常使用極限狀態(tài)下，側墻要承受墻后土壓力、墻內(nèi)水壓力，底板受地基反力作用，所以這兩個部位都要配置鋼筋用以抵抗外力矩。鋼筋的布置主要以墻體在受力狀態(tài)下的應力、剪力、彎矩等參數(shù)作為依據(jù)進行設計。懸臂式側墻目前有成熟的應力、剪力、彎矩的計算模式，借助計算機軟件程序可以快速、明了的計算繪出應力、剪力、彎矩圖，以此作為依據(jù)來計算確定鋼筋布置量。

1.4 防水、排水設計

由于U 型框架箱體處于地下水的環(huán)境中，應將擋護、防滲、加強路面工程融為一體，才能達到應有的作用和應用效果。鋼筋混凝土U 型框架結構一般每隔20 m 設置伸縮縫，采用橡膠止水帶和背貼橡膠止水帶止水;U 型框架箱體外側涂再生橡膠瀝青防水涂料兩遍。

圖3 伸縮縫防水設計圖 單位:(cm)

鋼筋混凝土U 型框架封閉引道范圍內(nèi)采用管網(wǎng)排水。為排除U 型框架內(nèi)大氣降水，在縱坡最低處設置集水井，通過引水鋼管引入引道外的泵房井內(nèi)。

2 結束語

鋼筋混凝土U 型框架封閉引道在城市道路中應用廣泛，它及應用與機、非混合車道引道路基中，也可應用于多車道分離、具有一定落差的立交引道路基工程中。鋼筋混凝土U 型框架封閉引道在保障安全的情況下很好的解決了地下水位高的問題并節(jié)約了大量的土地資源。鋼筋混凝土U 型框架結構設計的關鍵在于底板的內(nèi)力計算和伸縮縫處的防水問題。本文探討了鋼筋混凝土U 型框架在設計中會遇到的各個方面的問題，并提到了相應的解決方案。

［1］ 肖宇松. 鋼筋混凝土U 形結構在路基工程中的應用［J］. 路基工程，1999，(3):16－17.

［2］ 李鎖平. 槽式擋墻在京九線下穿立交引道工程中的應用設計［J］. 路基工程，2004，(6):37－39.

［3］ 張勁松，吳連海. 公路下穿式立交引道U 形封閉式路塹結構的設計［J］. 鐵道標準設計，2005，(1):41－43.

［4］ 李愛斌，吳連海. 天津某封閉式路塹U 型槽結構的設計與計算［J］. 鐵道工程學報，2006，(7):41－43.