不同地基土條件下管廊標(biāo)準(zhǔn)段底板受力數(shù)值分析

汪登峰 韓明波

(中冶沈勘秦皇島工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，河北 秦皇島 066004)

1 概述

綜合管廊自2015年國(guó)家開(kāi)始全面推進(jìn)試點(diǎn)城市建設(shè)后，綜合管廊建設(shè)進(jìn)入新階段。目前，現(xiàn)澆混凝土綜合管廊結(jié)構(gòu)一般為矩形箱涵結(jié)構(gòu)，管廊結(jié)構(gòu)基底與土體的相互作用通常采用彈性地基模型中的基床系數(shù)法模擬分析。因此，文中采用midas Gen軟件結(jié)合河北省某管廊標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)，通過(guò)基床系數(shù)法來(lái)模擬不同地基土條件下，管廊標(biāo)準(zhǔn)段底板受力的特點(diǎn)變化。

2 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為河北省某地下綜合管廊項(xiàng)目，管廊容納電力電纜、通訊、給水、中水、熱力和天然氣等市政管道。橫斷面長(zhǎng)度14.5 m，高度3.8 m，埋深地面下3 m。管廊構(gòu)筑物設(shè)計(jì)使用年限為100年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)。結(jié)構(gòu)側(cè)壁厚度為400 mm，中隔板厚度為300 mm，頂板及底板厚度為450 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C35防水混凝土，采用明挖法施工。結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。

采用midas Gen軟件進(jìn)行分析，縱向分析單元長(zhǎng)度取一個(gè)伸縮縫長(zhǎng)度30 m，采用板單元模擬分析，工程中地基土約束采用彈性連接方式模擬；結(jié)構(gòu)所受靜力荷載有：結(jié)構(gòu)自重、覆土荷載、土壓力、側(cè)壁管線荷載、地下水壓力、汽車(chē)荷載。

3 不同地基底板受力分析

對(duì)于不同的地基土，合理確定基床系數(shù)k是結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算條件的關(guān)鍵，文中分別選取了砂類(lèi)土、碎石土和軟質(zhì)巖石三種巖土類(lèi)別，并相應(yīng)選取幾項(xiàng)不同狀態(tài)(密實(shí)度)的地基土進(jìn)行對(duì)比分析，基礎(chǔ)系數(shù)k的確定主要根據(jù)文獻(xiàn)[3]中提供的經(jīng)驗(yàn)值，具體取值見(jiàn)表1。

表1 文獻(xiàn)[3]基床系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值

3.1 不同狀態(tài)砂類(lèi)土對(duì)結(jié)構(gòu)底板受力比較

文中分別選取了5 MN/m3，20 MN/m3，30 MN/m3，40 MN/m3和65 MN/m3的五種不同的基床系數(shù)，分析比較不同狀態(tài)的砂類(lèi)土對(duì)管廊標(biāo)準(zhǔn)段底板的地基反力、彎矩和豎向位移的影響。圖2～圖4分別為五種不同基床系數(shù)情況下，底板地基反力分布圖、底板豎向位移圖和底板彎矩圖(圖中符號(hào)約定：地基反力以底板受壓為正；豎向位移以底板向下為正；彎矩圖以底板上側(cè)受拉為正)。從圖2可以看出，砂類(lèi)土中基底反力分布并不均勻，隨著基床系數(shù)k越大，基底反力越不均勻；不均勻程度與底板跨度有關(guān)。從圖3中可以看出，底板位移隨著基床系數(shù)越大，位移越??；在k=5 MN/m3時(shí)，基底最大位移僅為25.5 mm，在k=65 MN/m3時(shí)，基底最大位移僅為2.2 mm；對(duì)于工程中常用的混凝土管，鑄鐵管，鋼管等管材，管線的不均勻沉降允許值一般為30 mm[4]，故可以不用考慮基床系數(shù)k對(duì)基底位移的影響；從圖4可以看出，砂類(lèi)土中基床系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)底板彎矩影響不大，隨著基床系數(shù)越大，側(cè)壁及隔墻處負(fù)彎矩基本不變；各板跨跨中最大正彎矩越來(lái)越小，但變化不大。綜上可得，砂類(lèi)土中基床系數(shù)k對(duì)管廊結(jié)構(gòu)底板計(jì)算影響不大，可以直接取用一個(gè)基床系數(shù)值進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。

3.2 不同巖土類(lèi)別對(duì)結(jié)構(gòu)底板受力比較

文中分別選取了中密砂類(lèi)土、中密碎石土及強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖，參考文獻(xiàn)[1]基床系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，分別取30 MN/m3,80 MN/m3和170 MN/m3三種不同的基床系數(shù)，分析比較不同巖土類(lèi)別對(duì)管廊標(biāo)準(zhǔn)段底板的地基反力、和彎矩的影響。

圖5，圖6分別為三種不同巖土類(lèi)別情況下，底板地基反力分布圖和底板彎矩圖(圖中符號(hào)約定：地基反力以底板受壓為正；彎矩圖以底板上側(cè)受拉為正)。從圖5可以看出，在不同巖土類(lèi)別地基土中，隨著基床系數(shù)k越大，基底反力越來(lái)均勻。從圖6可以看出，在不同巖土類(lèi)別地基土中，板跨跨中彎矩的變化趨勢(shì)與厚跨比有關(guān)；厚跨比小于1/6時(shí)，基床系數(shù)k越大，跨中彎矩越大，厚跨比大于1/6時(shí)，基床系數(shù)k越大，跨中彎矩越小。但側(cè)墻及中隔墻處彎矩隨著基床系數(shù)k增大越來(lái)越小，但變化不大。

4 結(jié)語(yǔ)

文中對(duì)某管廊標(biāo)準(zhǔn)段采用基床系數(shù)法進(jìn)行比較分析，對(duì)比分析結(jié)構(gòu)表明：1)不同狀態(tài)的砂類(lèi)土對(duì)管廊結(jié)構(gòu)底板受力影響不大，可以直接取用一個(gè)基床系數(shù)值進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。2)不同巖土類(lèi)別地基土對(duì)管廊結(jié)構(gòu)底板受力存在影響，在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地實(shí)際巖土類(lèi)別采用基床系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果更符合工程實(shí)際。