基于箱涵結(jié)構(gòu)分析設(shè)計的反思

侯康

（廣州市市政工程設(shè)計研究總院 廣東廣州 510060）

箱涵適應(yīng)能力較強(qiáng)，造價相對橋梁結(jié)構(gòu)較低，對于跨越較小跨徑河涌、填土高度較低或用于過水等情況，選擇箱涵更為合適。因此本文通過實際工程分析了箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的技術(shù)難點。

1 工程背景

A工程標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)段寬度40m，設(shè)計車速50km/h，雙向六車道。道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為：3.5m人行道和非機(jī)動車道+2m綠化帶+12m機(jī)動車道+5m中央綠化帶+12m機(jī)動車道+2m綠化帶3.5m人行道和非機(jī)動車道。

A工程在里程K0+078.051處，跨越既有涌。新建過路涵中心線與道路里程線夾角為 56°18’6”；為 3 孔凈高 1.6m，凈寬（3.4+4.2+3.7）m 的箱涵。箱涵西側(cè)（出水口）與既有三孔箱涵相接。箱涵東側(cè)（進(jìn)水口）設(shè)約2.7m長護(hù)岸擋墻，與河涌整治工程銜接。既有箱涵B×h=11.70×1.57，經(jīng)核算，該現(xiàn)狀箱涵橫斷面滿足規(guī)劃過流需求。本設(shè)計為既有過路涵配合道路工程對既有箱涵進(jìn)行延長和清疏。

2 工程材料

2.1 普通鋼筋

HPB300 鋼筋：fsd=f′sd=270MPa，HRB400 鋼筋：fsd=f′sd=330MPa。

其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《鋼筋混凝土用鋼第1部分：熱軋光圓鋼筋》[7]（GB1499.1-2008）、《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》[7]（GB1499.2-2008）和《鋼筋混凝土用鋼筋焊接網(wǎng)》[7]（GB/T 1499.3-2002）的規(guī)定。

2.2 混凝土材料

混凝土所采用的水泥、碎石、砂、粉煤灰、拌和用水、外加劑等材料應(yīng)符合相關(guān)國家或行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[4]。

2.3 其它材料

箱涵外墻，箱頂均涂熱瀝青二層。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：城市主干道。

（2）設(shè)計荷載：公路－I級。

（3）設(shè)計基準(zhǔn)期：100 年[8]。

（4）公路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級：二級。

（5）工程構(gòu)件重要性系數(shù)：1．0。

（6）地下工程防水等級：二級。

（7）結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)：1.05。

（8）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制：0.2mm。

（9）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震烈度7度[1]。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 計算假定

（1）采用無壓單孔箱涵設(shè)計。開口的形狀是八字翼墻和字翼墻。如果使用其他形式，則需要單獨設(shè)計[3]。

（2）單孔箱涵根據(jù)箱形框架計算內(nèi)力，并根據(jù)承載力的極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計算和校核。頂板、底板和側(cè)壁均采用偏心受壓構(gòu)件加固[6]。除了滿足受力要求外，鋼筋還必須滿足開裂要求和規(guī)范所要求的最小配筋率。

（3）涵身荷載：

計算涵洞頂部填土樁的重量，并根據(jù)新填土條件計算。涵洞的豎向和水平壓力[2]乘以垂直壓力強(qiáng)度因子K和水平抗壓強(qiáng)度因子α，填充密度為 19kN/m3，摩擦角 30°。

活荷載計算基于30°擴(kuò)散分布，涵洞頂部填土高度大于0.5m，不考慮活荷載沖擊效應(yīng)。

根據(jù)《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》第3.1.6條的規(guī)定，考慮地震主動土壓力，以基礎(chǔ)強(qiáng)度為8度、地震角為3°的非淹沒水為基準(zhǔn)[9]，按5.2的規(guī)范計算水平地震慣性力。公路工程抗震設(shè)計3個注意事項。在地震液化區(qū)，涵洞基礎(chǔ)應(yīng)與路基加固措施共同考慮。

箱內(nèi)外溫度變化值取±15℃。

（4）斜涵洞作為正交涵洞進(jìn)行簡化計算，計算跨度與涵洞長度垂直。由于斜涵洞上的車輛荷載不具有正交涵洞斜度，這種簡化計算是安全的。斜涵洞中心肋的布置方向垂直于涵洞的長度，兩端采用梯形的平面作為對角線布的加強(qiáng)段[5]，頂層和底層的主要鋼筋布置在一起。隨著根的斜率增加。

（5）當(dāng)涵洞周圍的地下水位高于涵洞的高程時，應(yīng)考慮地下水浮力的影響，并根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行特殊的抗浮設(shè)計。

（6）地基承載力的基本允許值[FA0]是基于地基應(yīng)力的理論計算，并依據(jù)《公路橋涵基礎(chǔ)及地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》3.3.4的有關(guān)規(guī)定。在這本書中，涵洞基礎(chǔ)的深度一般是內(nèi)聚的（液體指數(shù)IL大于0.5）（寬度校正系數(shù)K1＝0，即沒有寬度校正；深度校正系數(shù)K2為1.5）。相應(yīng)的涵洞承臺層為原狀土層，當(dāng)其它土層時，可在滿足沉降要求和穩(wěn)定性的前提下進(jìn)行修正和重新計算。

4.2 水力設(shè)計

位于樁號K0+078.05處，由于箱涵的過流能力將會影響附近A涌的過流能力，現(xiàn)計算如下：

既有箱涵B×H=11.70m×1.57m，過流能力Q=47.83m3/s（箱涵水力坡度為0.001），而根據(jù)《增城市水系規(guī)劃新塘鎮(zhèn)專題》，A涌設(shè)計流量為16m3/s，現(xiàn)狀箱涵過流能力滿足規(guī)劃要求。

4.3 總體布置

本箱涵與既有箱涵相接；箱涵中心線與道路里程線夾角為56°18’6”；布置；箱涵縱坡為0.3%，箱涵（西側(cè)）出口（接既有箱涵）底板頂標(biāo)高為0.54m，箱涵（東側(cè)）進(jìn)口底板頂標(biāo)高為0.61m。

4.4 箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計

箱涵長24m。箱涵采用單箱三室結(jié)構(gòu)形式，頂?shù)装搴蛡?cè)墻厚度均為0.4m，中墻0.3m。箱涵每隔6m設(shè)置一道沉降縫。箱涵進(jìn)水口擋墻采用M7.5漿砌塊石砌筑。根據(jù)現(xiàn)場情況需鑿除既有涵部分混凝土后，在新建涵與既有涵處設(shè)變形縫。

4.5 箱涵地基處理

參照地質(zhì)詳勘鉆孔ZK8和ZK9，新建箱涵底在淤泥層處，因此需對其基礎(chǔ)進(jìn)行換填處理。本箱涵地基承載力要求達(dá)到140kPa以上。

5 箱涵防水

5.1 主體結(jié)構(gòu)自防水

箱涵主體結(jié)構(gòu)自防水鋼筋混凝土強(qiáng)度等級為C30，抗?jié)B等級P6?；炷羶?nèi)添加適量防滲抗裂微膨脹劑，微膨脹劑用法和摻量應(yīng)根據(jù)選用產(chǎn)品并根據(jù)廠家指導(dǎo)通過試驗確定[10]。

防水混凝士采用42.5級普通硅酸鹽水泥，所用砂石和拌和用水必須達(dá)到相應(yīng)規(guī)范要求，外加劑應(yīng)符合國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一等品及以上質(zhì)量要求。

5.2 施工縫防水

施工縫防水采用鍍鋅鋼板止水帶，鍍鋅鋼板寬度30cm，厚度3mm。

5.3 變形縫防水

變形縫防水采用中埋式橡膠膩子止水帶和迎水面外貼式復(fù)合型橡膠止水帶防水。

5.4 河涌整治

新建箱的東側(cè)采用1：1.5邊坡與既有河道接順。

6 技術(shù)要點

（1）箱涵處無地質(zhì)鉆孔，參考臨近地質(zhì)詳勘鉆孔[12]ZK8及ZK9顯示，分別存在1.7m及2.5m厚淤泥層，對箱涵基礎(chǔ)采取先進(jìn)行1m拋填片石后換填2m碎石砂的方法，本箱涵地基承載力要求達(dá)到140KPa以上。開挖翼墻基礎(chǔ)后，如出現(xiàn)淤泥、粉細(xì)沙等不良地基時，采用拋填片石處理[11]。施工單位應(yīng)在施工前對參考地質(zhì)詳勘鉆孔進(jìn)行復(fù)測，若現(xiàn)場實際情況與地質(zhì)資料不符，施工單位應(yīng)及時通知設(shè)計單位，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

（2）施工箱涵前對既有河涌利用導(dǎo)流渠進(jìn)行導(dǎo)流。箱涵施工期間采用袋裝粘土圍堰施工，進(jìn)水口施工圍堰高度高出河涌底1m；圍堰高度可根據(jù)施工季節(jié)進(jìn)行調(diào)整。

（3）土方開挖：箱涵和護(hù)岸擋墻采用明挖施工，基坑開挖按1：1.5放坡開挖。

（4）回填土要求：超挖部分，須用中砂回填，用平板震動器振實，才填做素混凝土墊層，.墻外側(cè)0.8m回填中粗砂。回填時必須在箱涵兩側(cè)對稱進(jìn)行，高差不得超過0.3m，必須保證質(zhì)量并按有關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行。

（5）新、老涵接頭處設(shè)置止水帶連接。

（6）所有施工誤差均應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的要求。施工期間須做好提前預(yù)告，避免造成交通堵塞等現(xiàn)象。

（7）混凝土分層澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。對于間歇性中斷，間歇時間應(yīng)小于前層中混凝土的初始凝結(jié)時間或重塑時間。當(dāng)使用插入式振動器時，振動器應(yīng)該延伸到下層的深度。（50～100mm）?；炷恋倪\(yùn)輸、澆筑和間歇性時間應(yīng)符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[7]表6.1.1.5的要求。但是，超過規(guī)定時間的，施工中斷，施工縫留置。在澆筑上部混凝土之前，施工縫應(yīng)處理如下：處理層應(yīng)清除混凝土表面的松散層，并用清水沖洗混凝土表面。

[1《]城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ 11-2011）.

[2《]建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）.

[3《]公路涵洞設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D65-04-2007）.

[4《]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002）.

[5《]公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）.

[6《]公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTGD63-2007）.

[7《]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）.

[8《]公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）.

[9《]城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》CJJ 166-2011.

[10《]混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》（2005年修訂版）（CCES 01-2004）.

[11《]公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD30-2004）.

[12《]公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTJ064-98）.

[13《]建筑地基基礎(chǔ)檢測規(guī)范》（DBJ 15-60-2008）.