鐵路高填土大孔徑蓋板涵設(shè)計(jì)

侯佳音

【摘 要】在現(xiàn)有鐵路參考圖中，小孔徑蓋板涵設(shè)計(jì)最大填土高為20～25m，大孔徑蓋板涵最大填土高為8～15m，而在部分山區(qū)鐵路專用線設(shè)計(jì)時(shí)，高填方處常有立交功能需求，小孔徑涵洞不能滿足要求，通過(guò)與橋梁方式比較，在填土小于25m的情況下蓋板涵優(yōu)勢(shì)較為明顯，需對(duì)高填土大孔徑蓋板涵進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。本文通過(guò)一處立交工點(diǎn)的設(shè)計(jì)，來(lái)對(duì)高填土大孔徑蓋板涵設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

【關(guān)鍵詞】高填土；大孔徑；蓋板涵設(shè)計(jì)

一、工程概況及特點(diǎn)

（一）工程概況

本工程位于新建地方鐵路張禮至臺(tái)頭線區(qū)間，根據(jù)立交協(xié)議及設(shè)計(jì)洪水流量選擇孔徑樣式為1-4.0m鋼筋混凝土蓋板箱涵，涵洞軸線與鐵路正交設(shè)置，軌底至板頂填方厚度約21m。

（二）主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.鐵路等級(jí)：國(guó)鐵Ⅰ級(jí)。

2.設(shè)計(jì)荷載：鐵路荷載：中-活載

道路荷載：公路-Ⅱ級(jí)。

3.鐵路股道數(shù)：?jiǎn)尉€。

4.道路行車道數(shù)：雙向2車道。

5.涵內(nèi)凈空：使用凈高不小于4.5m。

（三）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.蓋板涵結(jié)構(gòu)可按以下假定進(jìn)行計(jì)算：蓋板按簡(jiǎn)支計(jì)算，其跨度為兩支承中心間距離，不考慮由邊墻所作用的水平反力；邊墻計(jì)算假定其上端與蓋板鉸接，下端與基礎(chǔ)剛性固接。

2.蓋板擬采用C35鋼筋混凝土，邊墻擬采用C35混凝土，基礎(chǔ)擬采用C30混凝土。

二、蓋板設(shè)計(jì)

（一）荷載計(jì)算

荷載計(jì)算時(shí)順涵軸方向取1m寬進(jìn)行計(jì)算，路堤填方作用于涵洞的豎向壓力應(yīng)計(jì)入附加土重，但考慮到線路使用一定時(shí)間，土壤沉降穩(wěn)定后，附加土重會(huì)逐漸減少以致消失，若時(shí)間再久，高填土路堤會(huì)產(chǎn)生“卸載拱”作用，是土重比土柱質(zhì)量還輕。線路建成初期的附加土重實(shí)際是一種短期荷載，具有施工荷載或主加附荷載性質(zhì)，因此設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)入附加土重時(shí)按主加附容許應(yīng)力設(shè)計(jì)，考慮土柱重時(shí)，按主力的容許應(yīng)力設(shè)計(jì)。

由相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到H/D值為2.48，查表并內(nèi)插計(jì)算系數(shù)K為1.474，按上述兩種情況計(jì)算荷載值如表1（單位為kPa）：

由上表得兩工況荷載總和之比為1.426，而HRB335鋼筋及C35混凝土主加附容許應(yīng)力與主力容許應(yīng)力之比，分別為1.278及1.3，故荷載工況1控制設(shè)計(jì)。

（二）內(nèi)力計(jì)算

根據(jù)工況1所得荷載，蓋板按簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)受均布力的計(jì)算模型計(jì)算內(nèi)力匯總?cè)绫?：

（三）鋼筋設(shè)計(jì)

1.主筋計(jì)算。

蓋板厚度一般按平衡配筋決定，同時(shí)考慮抗裂性驗(yàn)算的要求。蓋板跨中厚度設(shè)計(jì)為1.46m，板端厚度為1.39m，跨中配置HRB335鋼筋22mm規(guī)格30根。主筋拉應(yīng)力、混凝土撓曲壓應(yīng)力、混凝土剪應(yīng)力及抗裂性檢算均滿足規(guī)范要求。

2.箍筋計(jì)算。

箍筋采用HPB235鋼筋10mm規(guī)格，雙肢5個(gè)，間距15cm，其計(jì)算結(jié)果滿足箍筋承受主拉應(yīng)力要求。

3.斜筋計(jì)算。

通過(guò)支點(diǎn)處的斜筋為23根，其余7根彎起，檢算支點(diǎn)截面混凝土剪應(yīng)力及Ω0區(qū)段內(nèi)布置斜筋均滿足要求。

三、洞身邊墻設(shè)計(jì)

蓋板涵邊墻仍取1m寬的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，假定其上端與蓋板鉸接，下端與基礎(chǔ)剛性固結(jié)（擬定邊墻底寬度為2.45m）。

根據(jù)相應(yīng)計(jì)算公式計(jì)算邊墻底截面偏心及應(yīng)力如下：

ΣM=1021.3（kN·m），ΣN=2078.5（kN），e=ΣM/ΣN=0.491（m）<[e]（容許偏心[e]=2.45/4=0.613m），墻身底截面面積A=2.45（m2），墻身底截面抵抗矩：W=2.452/6=1.0（m3）墻身底截面應(yīng)力：

σmax=ΣN/A+ΣM/W=1869.3（kPa）

σmin=ΣN/A-ΣM/W=-172.5（kPa）

考慮應(yīng)力重分布后的最大壓應(yīng)力：

σmax=2ΣN/3（B/2-e）=1888.8（kPa）

σmax=1888.8（kPa）<[σ]=13000（kPa）

檢算結(jié)果表明擬定邊墻底寬度滿足要求。邊墻中部各截面一般不控制設(shè)計(jì)，故僅計(jì)算邊墻底截面即可。

四、洞身基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

涵身基礎(chǔ)采用剛性聯(lián)合基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)時(shí)取順涵軸方向取1.0m寬結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。基底應(yīng)力設(shè)計(jì)時(shí)按雙側(cè)有活載和單側(cè)有活載兩種工況考慮（擬定基礎(chǔ)厚度度為2.0m）。

（一）雙側(cè)有活載

M0=0（kN·m），N0=6273.8（kN），基底面積A=9.1（m2），基底應(yīng)力：

σm=ΣN/A =689.4（kPa）

（二）單側(cè)有活載

M0=59.8（kN·m），N0=6269.2（kN），基底截面抵抗矩W=13.8（m3），基底應(yīng)力：

σm=ΣN/A+ΣM/W=-693.3（kPa）

以上計(jì)算結(jié)果表明剛性聯(lián)合基礎(chǔ)基底底最大壓應(yīng)力系單側(cè)有活載工況控制設(shè)計(jì).σm= -693.3（kPa）<[σ]=800（kPa），基礎(chǔ)設(shè)計(jì)滿足要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

高填土大孔徑蓋板涵設(shè)計(jì)重點(diǎn)除以上所述的三方面設(shè)計(jì)內(nèi)容外，還因考慮“馬斯頓”效應(yīng)，合理設(shè)置涵背回填及蓋板頂回填填料參數(shù)及施工措施。高填土蓋板涵的翼墻設(shè)計(jì)在如無(wú)特殊要求的情況下，可采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)《涵洞與拱橋》.北京：中國(guó)鐵道出版社.1994。