施發(fā)弘，陶家清

(1.中國(guó)航空港建設(shè)第九工程總隊(duì)，四川成都610000;2.中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院，四川成都610000)

1 工程概況和及特點(diǎn)

光華下穿隧道改造工程位于成都市二環(huán)路西段，主要節(jié)點(diǎn)為二環(huán)路光華村路口現(xiàn)有下穿隧道上新建高架橋，下穿隧道全長(zhǎng)449.071 m。下穿隧道船槽段二環(huán)路主線高架橋采用30 m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，基礎(chǔ)采用承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為8.0 m×6.25 m×2.5 m，樁基采用4根1.5 m鉆孔灌注樁?？蚣茼敇蚨諗U(kuò)大基礎(chǔ)尺寸為8.8 m×6.25 m×1 m，框架內(nèi)擴(kuò)大基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)平面范圍填充C30混凝土。

1.1 工程特點(diǎn)

二環(huán)路光華村路口下穿隧道，交通十分繁忙，各種地下管線縱橫交錯(cuò)，受交通及各種地下管線影響極大;工程主要在現(xiàn)有隧道船槽底板上施工橋墩及位于下穿隧道框架段內(nèi)50#、51#橋墩施工，工序復(fù)雜。下穿隧道設(shè)計(jì)縱斷面共設(shè)置3個(gè)豎曲線，樁號(hào)02+73.863處的豎曲線半徑R=1 100 m，T=26.648 m;樁號(hào)04+74.742處的豎曲線半徑為R=1 400 m，T=68.598 m;樁號(hào)06+68.934處的豎曲線半徑為R=1 050 m，T=25.806 m。坡段長(zhǎng)度分別為200.879 m和194.192 m，下穿最大縱坡度為4.9%。下穿隧道橫斷面設(shè)計(jì):2×1 m邊墻+2×0.75 m 邊溝+2×0.25 m 車(chē)道邊緣帶+2×(3×3.5)m 車(chē)行道+2×0.25 m車(chē)道邊緣帶+1.3 m的中央分隔帶=26.8 m。

2 地基承載力分析

地基承載能力分析采用ansys14進(jìn)行，計(jì)算模型如圖1。

圖1 計(jì)算模型

計(jì)算采用solid18x系列高階單元，共158 618個(gè)。下穿框架采用映射網(wǎng)格劃分，均為6面體20節(jié)點(diǎn)單元，橋墩采用自動(dòng)劃分，為4面體8節(jié)點(diǎn)單元。

2.1 計(jì)算荷載

混凝土容重為26 kN/m3，標(biāo)準(zhǔn)重力加速度為9.8 m/s2。

上跨橋反力根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算，單幅橋邊支點(diǎn)為2 900 kN，中支點(diǎn)為2 100 kN，加載示意如圖2。

圖2 加載示意

2.2 計(jì)算的邊界條件

根據(jù)地勘報(bào)告，框架下為卵石土，由于該框架上有兩個(gè)橋墩，且兩個(gè)橋墩對(duì)應(yīng)框架下處于不同密實(shí)度的卵石土中，因此分別對(duì)松散卵石、稍密卵石、中密卵石建立三個(gè)模型進(jìn)行計(jì)算，其地基剛度采用三種地基土對(duì)應(yīng)的基床系數(shù)。計(jì)算邊界條件系數(shù)選擇見(jiàn)表1。

2.3 計(jì)算結(jié)果

當(dāng)基礎(chǔ)為稍密卵石時(shí)底面法向應(yīng)力，其中底面對(duì)應(yīng)承臺(tái)位置處應(yīng)力較大，為263 kPa，容許承載力為350 kPa，地基承載能力滿足要求。

當(dāng)基礎(chǔ)為中密卵石時(shí)底面法向應(yīng)力，其中底面對(duì)應(yīng)承臺(tái)位置處應(yīng)力較大，為277 kPa，容許承載力為550 kPa，地基承載能力滿足要求。

表1 計(jì)算邊界條件系數(shù)

3 底板實(shí)體受力分析

3.1 計(jì)算模型

框架底板裂縫分析模型采用midas/FEA進(jìn)行，模型采用DP材料模擬土，框架本身采用C40混凝土，其中頂板及側(cè)墻采用彈性單元，底板采用裂縫特性單元。裂縫模型為彌散模型，采用總應(yīng)變裂縫模型(Total Strain Crack)，計(jì)算模型如圖3～圖5。

圖3 總體模型

圖4 框架模型

3.2 計(jì)算荷載

荷載的考慮同ansys計(jì)算模型

3.3 邊界條件

采用DP材料模擬，DP材料范圍按6倍結(jié)構(gòu)大小取值。DP材料邊界采用固結(jié)，結(jié)構(gòu)與DP材料之間未考慮滑移影響。對(duì)稱面處采用對(duì)稱約束。

3.4 計(jì)算結(jié)果

3.4.1 3D單元開(kāi)裂狀態(tài)見(jiàn)圖6

圖6 3D單元開(kāi)裂狀態(tài)

由圖6可知，在底板底面對(duì)應(yīng)承臺(tái)邊緣范圍內(nèi)有裂縫開(kāi)展，在中墻對(duì)應(yīng)底板底面有裂縫開(kāi)展，在底板加厚處對(duì)應(yīng)頂面有裂縫開(kāi)展。

3.4.2 3D單元裂縫應(yīng)變見(jiàn)圖7

圖7 3D單元裂縫應(yīng)變

其中最大裂縫法向應(yīng)變?yōu)?.40033×10－4，單元長(zhǎng)度為約為0.4 m。根據(jù)彌散裂縫模型寬度計(jì)算理論估算，裂縫寬度約為0.0560132 mm。

4 框架承載力分析

采用Midas/civil建立桿系模型進(jìn)行承載能力分析。混凝土材料采用C40，鋼筋采用HRB335。設(shè)計(jì)活載:城－A級(jí)。

程序自動(dòng)考慮組合，選擇包絡(luò)最大值進(jìn)行驗(yàn)算，即結(jié)果中已考慮了偏載的情況。

計(jì)算結(jié)果顯示:承載能力驗(yàn)算和裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)果均符合要求。

5 計(jì)算結(jié)論

(1)框架地基承載力滿足要求

通過(guò)收集原設(shè)計(jì)文件得知“結(jié)構(gòu)基底深度處為稍密卵石層，承載力滿足設(shè)計(jì)要求(地基容許承載力大于等于250 kPa)”(摘自原設(shè)計(jì)說(shuō)明)，因此新建二環(huán)路高架橋后，框架段地基承載力滿足要求。

(2)底板裂縫均滿足規(guī)范要求

按照實(shí)體單元計(jì)算最大裂縫寬度為0.056 mm，滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62－2004)規(guī)范要求。