承受混凝土箱梁施工荷載的地道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

龔昕

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

承受混凝土箱梁施工荷載的地道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

龔昕

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

利用地道暗埋段作為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁少支架法澆筑主跨合攏段的支架基礎(chǔ)時(shí)，通過建立三維有限元模型，分別對是否承受橋梁施工荷載作用的地道結(jié)構(gòu)內(nèi)力、沉降進(jìn)行計(jì)算，并分析、比較了采取不同設(shè)計(jì)措施時(shí)，地道結(jié)構(gòu)內(nèi)力、沉降的變化。根據(jù)分析結(jié)果采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的地道暗埋段能夠滿足結(jié)構(gòu)安全及橋梁施工沉降的要求。

地道暗埋段；施工荷載；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多地道下穿道路的同時(shí)橫向道路設(shè)置跨線橋的交通型式。在通常條件下，遇到橋梁橫向跨越地道的情況，應(yīng)先行施工地道結(jié)構(gòu)，待地道結(jié)構(gòu)施工完成后再施工上跨橋梁。這樣可以避免上層橋梁建成后，橋下凈空較小對后續(xù)地道施工帶來干擾，同時(shí)還能避免在后續(xù)地道基坑開挖過程中，對已建橋梁樁基、承臺(tái)等造成擾動(dòng)。先施工地道再施工上層橋梁時(shí)，一般需要采取相應(yīng)措施以避免對已完成的地道結(jié)構(gòu)造成不利影響。例如橋梁可以采用預(yù)制鋼箱梁，通過現(xiàn)場吊裝的方式架設(shè)，或者橋梁可以采用懸臂節(jié)段澆筑法施工鋼筋混凝土箱梁。這兩種方法都可以避免對地道結(jié)構(gòu)施加額外的施工荷載，防止施工期間對地道結(jié)構(gòu)造成不利影響。但預(yù)制鋼箱梁使工程造價(jià)增加較多，懸澆施工對施工技術(shù)水平要求較高。因此，以臨沂市內(nèi)環(huán)東線為背景，計(jì)算了當(dāng)橋梁采用少支架現(xiàn)澆法施工，部分施工荷載直接作用在地道頂板時(shí)，對地道結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，并通過分析，在地道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)對策，確保地道及橋梁的結(jié)構(gòu)安全。

1 工程背景

臨沂市內(nèi)環(huán)東線（溫泉路）設(shè)置主線下穿鳳凰大街地道一座，地道規(guī)模為雙向6車道，暗埋段結(jié)構(gòu)型式采用單箱雙室箱型結(jié)構(gòu)，地道結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鳳凰大街地道暗埋段結(jié)構(gòu)橫斷面圖（單位：cm）

同時(shí)，在鳳凰大街設(shè)置上跨內(nèi)環(huán)東線（溫泉路）跨線橋一座。為降低工程造價(jià)，跨越地道的主橋并未采用鋼箱梁，而是采用（40+60+40）m預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)箱梁，邊支點(diǎn)梁高：2.0 m，中支點(diǎn)梁高：3.5 m，之間按二次拋物線變化，橋梁寬度18 m。橋梁橫斷面如圖2所示。

圖2 鳳凰大街跨線橋結(jié)構(gòu)橫斷面圖（單位：cm）

溫泉路主線下穿地道與鳳凰大街橫向跨線橋平面位置關(guān)系如圖3所示，其中跨線橋跨越鳳凰大街地道暗埋段F5節(jié)段。

圖3 內(nèi)環(huán)東線（溫泉路）-鳳凰大街節(jié)點(diǎn)平面圖

出于控制工程總體造價(jià)的考慮，該項(xiàng)工程主橋上部結(jié)構(gòu)采用支架現(xiàn)澆法，在主橋中跨1/4點(diǎn)附近設(shè)置2 m合攏段將（40+60+40）m連續(xù)箱梁分成3個(gè)節(jié)段（兩個(gè)邊跨懸臂段及一個(gè)中間梁段）。首先對邊跨懸臂段和中間梁段進(jìn)行支架現(xiàn)澆，再利用地道結(jié)構(gòu)作為箱梁澆筑支架支撐柱基礎(chǔ)的少支架法澆筑中跨合攏段，并完成體系轉(zhuǎn)換。跨線橋其余部分則采用滿堂支架法現(xiàn)澆施工。主橋施工方案如圖4所示。

圖4 鳳凰大街跨線橋施工方案示意圖（單位：cm）

2 計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)

地道結(jié)構(gòu)計(jì)算采用建立三維有限元模型，地道頂板、底板、側(cè)墻、中隔墻采用板單元模擬，地道側(cè)墻、底板采用單向受壓彈簧模擬，底板下打設(shè)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)時(shí)，鉆孔灌注樁采用線性彈性支承模擬。

F5節(jié)段地道底板底面標(biāo)高58.999～59.088，頂板覆土厚度0.8 m，覆土重度按20 kN/m3計(jì)，地道側(cè)墻所受側(cè)向土壓力為梯形荷載，荷載大小按水土分算計(jì)。

根據(jù)地勘報(bào)告，F(xiàn)5節(jié)段處27#鉆孔揭示的土層分布如表1所列，地道基礎(chǔ)位于第④層中粗砂內(nèi)。各土層巖土力學(xué)參數(shù)如表2所列。

表1 主要土層分布情況一覽表

表2 主要土層基本力學(xué)參數(shù)表

主線地道三道腹板頂上的橋梁荷載（分項(xiàng)系數(shù)：1.0），如表3所列。

表3 橋梁荷載一覽表

跨中現(xiàn)澆梁段及支架、模板重量總計(jì)為22 237 kN，每道邊腹板按5 600 kN計(jì)算、中腹板按12 000 kN計(jì)算。

采用MIDAS CIVIL 2015有限元軟件對F5節(jié)段進(jìn)行三維有限元計(jì)算，模型如圖5所示，地道側(cè)墻、頂板、底板、中隔墻均采用四節(jié)點(diǎn)板單元。

圖5 F5節(jié)段計(jì)算模型

3 計(jì)算結(jié)果及分析

當(dāng)?shù)氐澜Y(jié)構(gòu)不承受橋梁施工荷載，底板以下也不設(shè)置鉆孔灌注樁時(shí)，F(xiàn)5節(jié)段結(jié)構(gòu)內(nèi)力及沉降計(jì)算結(jié)果云圖如圖6所示，主要部位內(nèi)力、沉降結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4所列。

圖6 地道內(nèi)力、沉降計(jì)算結(jié)果云圖一

表4 地道內(nèi)力、沉降計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表一

當(dāng)?shù)氐澜Y(jié)構(gòu)承受橋梁施工荷載，但底板以下不設(shè)置鉆孔灌注樁時(shí)，F(xiàn)5節(jié)段結(jié)構(gòu)內(nèi)力及沉降如圖7所示，主要部位內(nèi)力、沉降結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表5所列。

圖7 地道內(nèi)力、沉降計(jì)算結(jié)果云圖二

表5 地道內(nèi)力、沉降計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表二

當(dāng)?shù)氐澜Y(jié)構(gòu)承受橋梁施工荷載，且在底板以下設(shè)置鉆孔灌注樁基礎(chǔ)時(shí)，F(xiàn)5節(jié)段結(jié)構(gòu)內(nèi)力及沉降如圖8所示，主要部位內(nèi)力、沉降結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表6所列。

圖8 地道內(nèi)力、沉降計(jì)算結(jié)果云圖三

表6 地道內(nèi)力、沉降計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表三

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）當(dāng)?shù)氐澜Y(jié)構(gòu)需要作為橋梁澆筑支架基礎(chǔ)并承受橋梁施工荷載時(shí)，地道主要部位的彎矩較無施工荷載工況增加15%至50%，沉降增加約5 mm（50%）。

（2）當(dāng)在底板下沿地道外側(cè)墻、中隔墻設(shè)置鉆孔灌注樁時(shí)，地道主要部位的彎矩較承受橋梁施工荷載但不打鉆孔灌注樁基礎(chǔ)時(shí)減小約10%，橋梁施工荷載對地道沉降的附加影響幾乎可以消除。

4 結(jié)語

本文以臨沂市內(nèi)環(huán)東線（溫泉路）下穿鳳凰大街為背景，通過建立三維有限元模型，分析、比較了承受分節(jié)段少支架法澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的施工荷載對下層已建地道暗埋段內(nèi)力、沉降的影響。為保證地道結(jié)構(gòu)安全，以及地道結(jié)構(gòu)沉降能夠滿足上部橋梁施工要求，對承受橋梁施工荷載的地道暗埋段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出以下措施：

（1）適當(dāng)加長地道F5節(jié)段長度，將地道變形縫設(shè)置在跨線橋施工影響范圍以外，保證箱梁及施工附加荷載分布在一個(gè)完整的地道節(jié)段上，以避免地道不同節(jié)段之間由于荷載不同而產(chǎn)生差異沉降。

（2）設(shè)計(jì)文件中明確要求橋梁支架鋼管柱中心必須嚴(yán)格與地道中隔墻、外側(cè)墻中心線對齊，并要求橋梁支架鋼管柱下需設(shè)置混凝土梁，混凝土梁高度及寬度需確保經(jīng)鋼管柱傳至地道的施工荷載由集中力轉(zhuǎn)換為均勻分布的線性荷載，以保證實(shí)際施工中的荷載分布與分析中的計(jì)算工況一致。

（3）在橋梁支架鋼管柱支撐架設(shè)處的地道外側(cè)墻、中隔墻下設(shè)置鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，增加局部地基承載力、減小地道結(jié)構(gòu)沉降，以滿足地道結(jié)構(gòu)安全，以及橋梁正常施工的需要。

U441

B

1009-7716（2017）08-0099-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.031

2017-04-17

龔昕（1984-），男，江蘇蘇州人，碩士，工程師，從事巖土工程與地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究工作。