淺析出水蓋板箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計

彭建中

摘 要：涵洞是過水構(gòu)筑物，蓋板箱涵是涵洞的一種結(jié)構(gòu)形式，在大型輸水工程中，蓋板箱涵的使用非常廣泛。結(jié)合工程實例，進行了出水蓋板箱涵的內(nèi)力分析、結(jié)構(gòu)計算及配筋計算，并對箱涵穩(wěn)定性進行論證，突出了其輸水功能，結(jié)果對其它類似工程設(shè)計具有參考意義。

關(guān)鍵詞：蓋板箱涵；結(jié)構(gòu)設(shè)計；內(nèi)力；配筋

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.006

1 概況

本項目來源孝感市應(yīng)急供水工程，該工程通過筑壩攔水、泵站引水和管道輸水達到應(yīng)急供水目的。項目地處江漢平原，設(shè)計流量3.5 m?/s，采用3機一管出水方式，管道內(nèi)徑1.6m，鋼筒鋼筋混凝土材料，泵站最高揚程45.25m，設(shè)計揚程44.80m，管道進口高程26.75m，管道最高點高程61m，箱涵底部高程53.82m。出水箱涵的作用是連接泵站輸水管出口與總干渠的聯(lián)接建筑物，還承擔(dān)公路交通運輸作用。當(dāng)箱涵出口水流以較大流速射入池內(nèi)時，要保證流速迅速擴散，能量大部分消除，從而減小對渠道的沖刷，因此箱涵合理設(shè)計具有重要工程意義[1，2]。

2 出水箱涵結(jié)構(gòu)計算

2.1 箱涵尺寸設(shè)計

（1）出水箱涵涵頂高程和涵深的確定。

壓力水管的出口直徑：D0=1.6m；

管口流速：=1.49m/s；

管口上緣最小淹沒深度：=0.22m。

管口上緣高程=出水箱涵最低水位-管口上緣最小淹沒深度

箱涵底部高程：=51.80m

式中： — 出水箱涵最低水位53.82m；

—出水管口上緣的最小淹沒深度；

—管口流速，m/s；

—壓力水管內(nèi)徑，m；

—管口下緣至涵底的距離，用以防止泥沙和雜物落入管中，一般取0.2～0.3m。

箱涵頂部高程：=54.80m；

式中：—出水箱涵設(shè)計水位，54.40m；

—安全超高（取0.4m）。

（2）出水箱涵寬度和長度的確定。

出水箱涵寬度：=4.2m；

式中：—出水箱涵寬度，m；

—出水箱涵管道根數(shù)；

—隔墩厚度，m；

—出水管管口直徑，m；

—出水管外壁至隔墩或涵壁的距離，一般采用=1.0，m。

出水箱涵長度L按經(jīng)驗公式計算：

式中：—出水箱涵中流速，取0.6m/s。

經(jīng)計算，出水箱涵結(jié)構(gòu)尺寸：長×寬×高=12.50m×4.2m×3m。

出水箱涵采用定型設(shè)計[2，3]。出水箱涵采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土厚度為40cm。

2.2 內(nèi)力計算

出水箱涵為單孔箱涵，對涵管采用查表法計算，各荷載作用系數(shù)參考灌區(qū)水工建筑叢書《涵管》。采用最不利工況進行內(nèi)力計算，即出水箱涵在最高運行水位壓力出流，控制斷面取箱涵正中斷面，產(chǎn)生的內(nèi)力如下，計算結(jié)果見表1。

（1）汽車荷載采用汽20t，后輪輪寬d=0.6m。

（2）側(cè)向土壓力計算：

作用于箱涵頂板厚度中心線處側(cè)向土壓力強度：

作用于箱涵底板板厚度中心線處側(cè)向土壓力強度：

（3）頂板自重力：

（4）側(cè)墻自重：

（5）作用于箱涵頂上的總均布荷載（包括自重力）：

（6）作用于箱涵底部的地基反力：

（7）內(nèi)水壓力：

式中：—至側(cè)墻厚度中心跨距，為4.0m；

—至頂板與底板厚度中心高度，為3.4m；

—箱涵混凝土厚度，為0.4m；

由表可知，經(jīng)計算地基應(yīng)力為148.5kPa，而地基允許承載力為185kPa，故地基應(yīng)力在允許范圍之內(nèi)，符合規(guī)范要求。

2.3 截面配筋設(shè)計

箱涵內(nèi)力彎矩值計算見表2。根據(jù)《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）進行截面配筋計算，取箱涵單位長度1m，結(jié)果見表3。

《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）第5.3.10條，當(dāng)剪力設(shè)計組合值小于設(shè)計截面剪力允許值時，可不進行斜截面抗剪承載力的驗算，僅需按該規(guī)范第9.3.12條構(gòu)造要求配置箍筋。由表可知，計算結(jié)果中剪力組合設(shè)計值均小于設(shè)計截面剪力允許值，故可不進行斜截面抗剪承載力的驗算，僅需按《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）第9.3.13條構(gòu)造要求配置箍筋。

3 結(jié)構(gòu)布置及地基處理

出水箱涵采用單孔鋼筋砼箱涵結(jié)構(gòu)，箱涵涵過水?dāng)嗝娉叽鐬?.2×3m（寬×高），考慮到施工方便及質(zhì)量易于控制，結(jié)合建筑物安全性綜合考慮，箱涵頂板厚度為40cm，底板厚度為40cm，邊墻厚40cm，底板設(shè)置20cm的C20素砼墊層，箱涵總長度為12.5m，長度較短，不需分段施工，不需設(shè)置沉降縫[4]。

出水箱涵底部為粉質(zhì)粘土，為解決出水箱涵不均勻沉降問題，在基礎(chǔ)開挖之后對出水箱涵底部粉質(zhì)粘土回填震沖密實，底板下設(shè)置50cm的C20素砼墊層+50cm的鋼筋混凝土整板基礎(chǔ)，提高箱涵地基承載力[5]。

4 結(jié)語

涵洞是水流通道，也是道路交通通暢的關(guān)鍵。蓋板箱涵是涵洞的一種結(jié)構(gòu)形式，工程使用較為廣泛。在鋼筋混凝土蓋板箱涵結(jié)構(gòu)中，因蓋板結(jié)構(gòu)高度相對較低，寬度加大，容許涵下有更大的過水和通行空間，這樣會使其泄洪能力增強。箱涵支撐以簡支結(jié)構(gòu)為主，地基要求低，對因基礎(chǔ)沉降等造成的結(jié)構(gòu)損壞較小，且施工技術(shù)較簡單，施工工期短。

本項目箱涵主要承擔(dān)著連接管道輸水和公路交通重任，要重視涵洞施工中的工程質(zhì)量，確保其正常發(fā)揮農(nóng)田灌溉、排水等功能。在蓋板箱涵施工中，應(yīng)重視各工序中的關(guān)鍵點控制，從基坑開挖、鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑、臺背回填等方面采取有效的質(zhì)量保證措施，確保施工質(zhì)量，確保涵底基層穩(wěn)定，保證過水和交通運行安全。

參考文獻：

[1]歷輝，戴智.輸水箱涵充水試驗與思考[J].建設(shè)管理，2016（11）：

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[2]郭科.淺析裝配式箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].技術(shù)探討，2009（09）：34-40.

[3]童星寬.預(yù)制箱涵代替現(xiàn)澆箱涵的可行性分析[J].試驗研究，2012（38）：58-70.

[4]韓書斌.高速公路蓋板箱涵施工要點分析[J].山西建筑，2017，43

（36）：131-133.

[5]林軍.混凝土箱涵與供水管線交叉工程施工技術(shù)研究[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2018（01）：65-68.