低填土蓋板涵整體基礎(chǔ)內(nèi)力計算

王 剛 王連鵬 惠 明

(青島海西市政景觀設(shè)計咨詢有限公司，山東 青島266000)

青島部分沿海地區(qū)整體地勢標高較低，市政道路設(shè)計時由于雨水排放要求，可能會沿道路敷設(shè)較大孔徑排水管道，但受到道路豎向標高制約，部分管段覆土不滿足規(guī)范要求，給管道施工和檢查井砌筑帶來困難，因此，設(shè)計中常將部分管道取代為雨水暗涵。沿海地段地基承載力普遍較低，持力層承載力特征值一般小于140 kPa，采用整體式基礎(chǔ)的蓋板涵經(jīng)濟指標比箱涵較節(jié)省。筆者通過實例對蓋板涵整體基礎(chǔ)進行設(shè)計計算。

1 整體基礎(chǔ)模型及受力分析

倒梁法是假定整體式基礎(chǔ)與涵臺鉸接，基底凈反力作為均布荷載q 作用在基礎(chǔ)底面，對將基礎(chǔ)簡化為倒置的簡支梁進行分析，如圖1 所示。

圖1 倒梁法整體基礎(chǔ)分析圖

整體式基礎(chǔ)有兩種形式，素混凝土基礎(chǔ)和鋼筋混凝土基礎(chǔ)。低填土情況下，由于地基承載力不高，素混凝土結(jié)構(gòu)不用綁扎鋼筋，工序少、工期短、造價低，首選素混凝土結(jié)構(gòu)。倒梁法計算模型不考慮涵臺的支撐寬度及基礎(chǔ)襟邊寬度;為便于計算，選取1米寬涵洞進行計算。

2 整體式基礎(chǔ)抗剪計算

2.1 直剪計算

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D61—2005)第4.0.13 條公式為

該公式適用于直接剪切構(gòu)件，可作為涵洞基礎(chǔ)支點截面的抗剪計算。

2.2 彎剪計算

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》沒有給出彎剪破壞計算公式，計算時可參照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62－2004)第5.2.10 條公式計算

對于鋼筋混凝土整體基礎(chǔ)可按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62－2004)進行抗剪計算。

3 算 例

某市政雨水暗涵1 ～2. 0 m，暗涵位于車行道內(nèi)，車輛荷載等級采用公路—I 級，涵頂填土高度為0.5 m，涵洞基底設(shè)計地基反力為80 kPa，地基承載力為100 kPa，基礎(chǔ)采用素混凝土整體基礎(chǔ)，截面形式如圖2 所示，驗算基礎(chǔ)能否滿足抗彎、抗剪要求。

涵身材料選用C30 混凝土，涵洞安全等級為三級，計算跨徑l=2 +0.5 =2.5 m。

圖2 暗涵橫斷面圖(單位:cm)

取1 m 涵長計算:

(1)荷載計算。地基反力均布荷載q =80 ×1.0=80 kN/m，基礎(chǔ)荷載自重g=23 ×0.6 ×1.0 =13.8 kN/m;

跨中基礎(chǔ)頂面負彎矩偏安全采用單跨彎矩計算，單跨跨徑取2 +0.5 m =2.5 m，M =1/8 ×(80－13.8)×6.25 =51.7 kN·m

(2)按照承載能力極限狀態(tài)進行抗彎計算。為簡化計算，綜合考慮恒載和汽車荷載所引起的地基土應(yīng)力比例偏安全的取統(tǒng)一的荷載分項系數(shù)1.3。

基礎(chǔ)C30 砼ftmd=1.04 MPa

基礎(chǔ)能夠承受的最大彎矩MR=ftmd×bh2/6 =1.04 ×1000 ×1.0 ×0.72/6 =84.93 kN·m ＞60.5 kN·m

計算通過。

(3)按正常使用極限狀態(tài)進行抗彎計算

其計算公式如下

計算通過。

(4)抗剪計算

計算截面剪力r0Vd=0.9 ×1.3 ×(1/2 ×80 ×1 2)=93.6 kN

Afvd=1.0 ×0.7 ×2.09 ×1000 =1463 kN ＞93.6 kN計算通過。

由此看出，抗彎承載力滿足要求時抗剪承載力富裕較多，一般抗彎承載力滿足要求時，可不再驗算抗剪承載力。

3 結(jié) 論

(1)低填土蓋板涵在地基承載力較差路段代替雨水箱涵是合理可行的。

(2)基于公路橋梁設(shè)計規(guī)范，按照簡化的倒梁法進行整體涵洞基礎(chǔ)計算簡便易行，在設(shè)計工程中操作性較強。

［1］JTG D62－2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.2012.

［2］陳連海 公路蓋板涵整體基礎(chǔ)設(shè)計計算［J］. 北方交通，2014，(5).

［3］公路橋涵設(shè)計手冊－涵洞［M］.北京:人民交通出版社，1993.