劉西燦，孫艷茹

(1.山東東泰工程咨詢有限公司;2.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司(武漢)橋隧分公司)

0 前 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，交通路網(wǎng)不斷完善，城市建設(shè)不斷擴(kuò)大，這樣就出現(xiàn)了許多新建或延長(zhǎng)公城市道路與原有高速公路、鐵路出現(xiàn)交叉。為了保證行車速度和安全，城市道路與鐵路、高速公路采用立體交叉，但由于郊區(qū)的高壓線或城市建筑的原因不得不采用下穿立體交叉。對(duì)于地下水位較高或土地資源缺乏的地段鋼筋混凝土U 型框架封閉引道的應(yīng)用逐漸增多。本文以山東某城市道路延長(zhǎng)與鐵路出現(xiàn)下穿立體交叉為例，介紹鋼筋混凝土U 型框架封閉引道的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

圖1 某鋼筋混凝土U 型框架封閉引道斷面圖 單位:(cm)

1 鋼筋混凝土U 型框架的設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)算分析

鋼筋混凝土U 型框架結(jié)構(gòu)上具有整體性、對(duì)稱性的特點(diǎn)，橫斷面方向受到的外荷載也對(duì)稱于結(jié)構(gòu)的縱向中心線，這使得結(jié)構(gòu)自身有較好的抗滑和抗傾穩(wěn)定性，一般情況下無(wú)需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗傾覆性分析。鋼筋混凝土U 型框架由兩側(cè)立擋土側(cè)墻和底板組成。正常使用極限狀態(tài)下，側(cè)墻要承受墻外側(cè)土壓力、摩擦力、水壓力、自重的作用，當(dāng)側(cè)墻頂外側(cè)有車輛行駛或其他荷載作用時(shí)還應(yīng)考慮該荷載引起的側(cè)土壓力，側(cè)墻還要承受墻內(nèi)側(cè)道路部分引起的土壓力、活荷載引起的土的側(cè)壓力。底板要承受自重、底板頂?shù)缆犯鞑糠纸Y(jié)構(gòu)的重力、活荷載、地基反力作用及地下水的浮力作用。

鋼筋混凝土U 型框架結(jié)構(gòu)一般可按平面構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)其寬度為1 m。鋼筋混凝土U 型框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算主要也分為兩大部分:側(cè)墻計(jì)算和底板計(jì)算。在分析底板內(nèi)力時(shí)，應(yīng)注意考慮懸臂部分的影響。可采用平面桿系結(jié)構(gòu)程序?qū) 型框架箱體的施工和使用階段進(jìn)行了分析計(jì)算。

側(cè)墻:側(cè)墻計(jì)算時(shí)其外側(cè)所承受的土壓力個(gè)水壓力可一分為兩種計(jì)算方法:水土分算法、水土和算法。水土壓力合算法是采用圖的飽和重度計(jì)算總的水、土壓力;水土壓力合算法是采用圖的飽和重度計(jì)算總的水、土壓力。側(cè)墻部分可按受彎構(gòu)件分析內(nèi)力，其所受荷載可按三角形荷載或梯形荷載分布考慮，側(cè)墻上的荷載及彎矩分布如圖所示，工程完建期河道內(nèi)無(wú)水時(shí)結(jié)構(gòu)最為危險(xiǎn)。

圖2 側(cè)墻計(jì)算簡(jiǎn)圖

底板:底板一般采用矩形斷面，其兩端可以不伸出邊墻外側(cè)。鋼筋混凝土U 型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算中將底板視作彈性地基梁進(jìn)行內(nèi)力和變形計(jì)算分析。彈性地基梁受力變形后，地基梁的撓度與地基的沉陷處處相同。計(jì)算時(shí)可按彈性地基梁理論進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，假定地基反力沿該方向均勻分布，將底板看著置于地基上的梁。底板可按彈性地基梁分析期內(nèi)里，道路結(jié)構(gòu)部分荷載可按均布荷載考慮;由于底板頂至路面高度一般＞0.5 m，因此可不考慮車輛沖擊荷載，車輛荷載可結(jié)合軸距按力的擴(kuò)散轉(zhuǎn)換成均布活載考慮。取最不利軸重荷載作為控制計(jì)算或驗(yàn)算荷載，并轉(zhuǎn)換為每延米范圍內(nèi)作用在底板上的等效荷載。采用共同變形理論，將地基假定為半無(wú)限彈性體，用彈性理論來(lái)計(jì)算地基的沉降，從而確定U 型框架底板所受地基反力的大小及分布規(guī)律，以此確定底板和邊墻的結(jié)構(gòu)尺寸及配筋設(shè)計(jì)。側(cè)墻底板連接處:考慮到兩側(cè)墻的自重及側(cè)墻底部傳遞的彎矩，一般工程邊墻底部與底板相連接處內(nèi)力最大，截面較大，視為剛性連接。因此將土、水壓力作用在邊墻上產(chǎn)生的彎矩加在邊墻與底板連接處，作為底板的集中彎矩考慮。

1.2 抗浮設(shè)計(jì)

抗浮設(shè)計(jì)一般考慮U 型框架及框架內(nèi)路面結(jié)構(gòu)合計(jì)自重抵抗浮力，如自重滿足抵抗浮力時(shí)，無(wú)需再做其它抗浮設(shè)計(jì)。但如果自重不滿足抵抗浮力時(shí)，可考慮增設(shè)抗拔樁結(jié)合底板伸出側(cè)墻的方法底康浮力。

1.3 配筋分析

正常使用極限狀態(tài)下，側(cè)墻要承受墻后土壓力、墻內(nèi)水壓力，底板受地基反力作用，所以這兩個(gè)部位都要配置鋼筋用以抵抗外力矩。鋼筋的布置主要以墻體在受力狀態(tài)下的應(yīng)力、剪力、彎矩等參數(shù)作為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。懸臂式側(cè)墻目前有成熟的應(yīng)力、剪力、彎矩的計(jì)算模式，借助計(jì)算機(jī)軟件程序可以快速、明了的計(jì)算繪出應(yīng)力、剪力、彎矩圖，以此作為依據(jù)來(lái)計(jì)算確定鋼筋布置量。

1.4 防水、排水設(shè)計(jì)

由于U 型框架箱體處于地下水的環(huán)境中，應(yīng)將擋護(hù)、防滲、加強(qiáng)路面工程融為一體，才能達(dá)到應(yīng)有的作用和應(yīng)用效果。鋼筋混凝土U 型框架結(jié)構(gòu)一般每隔20 m 設(shè)置伸縮縫，采用橡膠止水帶和背貼橡膠止水帶止水;U 型框架箱體外側(cè)涂再生橡膠瀝青防水涂料兩遍。

圖3 伸縮縫防水設(shè)計(jì)圖 單位:(cm)

鋼筋混凝土U 型框架封閉引道范圍內(nèi)采用管網(wǎng)排水。為排除U 型框架內(nèi)大氣降水，在縱坡最低處設(shè)置集水井，通過(guò)引水鋼管引入引道外的泵房井內(nèi)。

2 結(jié)束語(yǔ)

鋼筋混凝土U 型框架封閉引道在城市道路中應(yīng)用廣泛，它及應(yīng)用與機(jī)、非混合車道引道路基中，也可應(yīng)用于多車道分離、具有一定落差的立交引道路基工程中。鋼筋混凝土U 型框架封閉引道在保障安全的情況下很好的解決了地下水位高的問題并節(jié)約了大量的土地資源。鋼筋混凝土U 型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于底板的內(nèi)力計(jì)算和伸縮縫處的防水問題。本文探討了鋼筋混凝土U 型框架在設(shè)計(jì)中會(huì)遇到的各個(gè)方面的問題，并提到了相應(yīng)的解決方案。

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