張占全

(滄州雙盛公路工程咨詢有限公司,河北 滄州,061000)

淺析U型鋼筋混凝土引道設(shè)計(jì)

張占全

(滄州雙盛公路工程咨詢有限公司,河北 滄州,061000)

道路拓展過(guò)程中常遇有橫穿既有鐵路線立交橋工程,U型槽作為一種比較新的結(jié)構(gòu)形式，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益，對(duì)U型槽進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和把U型槽結(jié)構(gòu)匯入框構(gòu)內(nèi)的地下水和雨水等及時(shí)排出是U型槽設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素，本文結(jié)合河北省某市道路下穿既有鐵路設(shè)計(jì)過(guò)程中的思路，闡述了設(shè)計(jì)方法，并提出了設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。

U型槽；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；泵站

工程概況：

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，公路和鐵路的運(yùn)輸能力不斷提高，公路與鐵路的交叉也越來(lái)越多。目前，鐵路與公路立交橋主要有上跨式和下穿式兩類，上跨施工主要有吊籃現(xiàn)澆施工和轉(zhuǎn)體施工，施工難度均較大，其中下穿式立交框構(gòu)具有工期短、造價(jià)低、占地少、拆遷費(fèi)用低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。下穿式立交引道主要有兩種設(shè)計(jì)方案，一是在下穿引道下面建設(shè)完善的地下盲管排水系統(tǒng)，采用盲管排除地下水以保證路基的干燥和強(qiáng)度，從短期來(lái)看采用盲管收集地下水，前期投入少，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，弊病較多，收集不利，容易造成橋體側(cè)墻表面長(zhǎng)期流水，同時(shí)也易造成道路的翻漿和凍脹。二是采用U型鋼筋混凝土整體槽式結(jié)構(gòu)，并利用橡膠止水帶完全封閉地下水，在框構(gòu)部分利用集水井和排水泵站排出地上雨水等，接縫處橡膠止水帶的處理非常關(guān)鍵。雖然U型鋼筋混凝土槽這種結(jié)構(gòu)的造價(jià)會(huì)隨著路面面積的增加而成倍增加，但是其剛度大、變形小、穩(wěn)定性好，支擋和防水效果優(yōu)良，具有后期維護(hù)費(fèi)用較低，行車舒適，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

某城市道路起步工程某道路下穿黃萬(wàn)鐵路立交引道工程，位于某道路下穿某鐵路立交框構(gòu)（K1+423.550～K1+440.854）西、東兩側(cè)，原設(shè)計(jì)西側(cè)引道起止樁號(hào)K1+200～K1+423.657、東側(cè)引道起止樁號(hào)K1+440.961～K1+800。原設(shè)計(jì)在立交框構(gòu)及立交引道范圍內(nèi)設(shè)置泵站排水系統(tǒng)，路面積水通過(guò)雨水口及地下排水管、收水管匯至位于鐵路東側(cè)的泵站后排入某干渠，地下水通過(guò)地下盲管、排水管及收水管亦匯至泵站后排入某干渠，但是原設(shè)計(jì)立交框構(gòu)西側(cè)橫穿鐵路路基的直徑φ=1.5m收水管無(wú)法實(shí)施頂管施工。按照建設(shè)單位起步工程建設(shè)指揮部要求現(xiàn)對(duì)該段立交引道進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，立交框構(gòu)西側(cè)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的地上、地下排水設(shè)施取消，變更為封閉式路塹及擋土墻引道。路基大部分位于粉土地層，在地下水位以上，按不同線位采用不同工程措施。K1+343.550～K1+423.550段長(zhǎng)80m設(shè)計(jì)為封閉式路塹，采用整體式鋼筋混凝土U型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，自立交框構(gòu)東頭向西施工。其中K1+423.550～K1+440.854長(zhǎng)17.304m立交框構(gòu)段采用整體鋼筋混凝土路面結(jié)構(gòu)，與K1+421.550～K1+423.550段長(zhǎng)2m鋼筋混凝土U型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一起澆筑。

結(jié)構(gòu)及配筋計(jì)算：

U型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)又稱船塢式擋土墻結(jié)構(gòu)，主要由鋼筋混凝土底板和鋼筋混凝土邊墻組成，適用于地下水位較高、降水、排水或放坡條件受到限制的挖方路段，也適用于地表水豐富、排水困難的低矮填方路段。U型槽計(jì)算理論較為準(zhǔn)確，其受地下水浮力、結(jié)構(gòu)自重及上部車輛荷載、邊墻處側(cè)向土壓力及摩擦力、地板地基反力等的共同作用，邊墻上的壓力按靜止土壓力及靜止水壓力計(jì)算；底板厚度按U型結(jié)構(gòu)抗浮力要求確定，同時(shí)滿足抗彎和抗剪的要求板底按彈性地基梁理論計(jì)算，底板內(nèi)力M、Q、P，取其最大極限承載狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力及截面配筋計(jì)算，其中底板所受地基反力小于[σ]，并驗(yàn)算其抗裂度及斜截面抗剪強(qiáng)度。

因某路下穿黃萬(wàn)鐵路立交引道工程，路基大部分位于粉土地層，故采用水土分算來(lái)確定擋土墻后的土壓力和水壓力：

水浮力及側(cè)面摩擦力：

在地下水位較高的地區(qū)，對(duì)于淺埋大體積的地下結(jié)構(gòu)，浮力一直是個(gè)尖銳的問(wèn)題。與浮力平衡的力主要是結(jié)構(gòu)自重 W（使用階段應(yīng)包括汽車荷載）及側(cè)壁土壓力，由于本工程埋深較淺（最深處為1.5m），為例計(jì)算簡(jiǎn)便，不考慮側(cè)向土壓力（也是偏安全考慮），所以：按照W結(jié)構(gòu)重力=F水浮力計(jì)算確定底板厚度。

對(duì)于配筋計(jì)算，U型槽結(jié)構(gòu)受地下水、自重及上部車輛荷載、邊墻處側(cè)向土壓力、地基反力共同作用，受力和變形是非常復(fù)雜的，

U 型槽的邊墻和底板, 按受彎構(gòu)件單筋梁進(jìn)行設(shè) 計(jì), 其強(qiáng)度檢算公式為:

式中 M — 設(shè)計(jì)彎矩值； b—截面寬度；

h0—截面有效高度；x—受壓區(qū)高度； fc—混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

一般情況下, U 型槽按單筋梁設(shè)計(jì)即可, 但當(dāng)由于板厚的限制而且彎矩較大時(shí), 需按雙筋梁設(shè)計(jì), 在受壓區(qū)配置受壓鋼筋。需要注意的是雙筋梁的適用條件為與前者目的是防止超筋破壞，后者目的是為了保證鋼筋達(dá)到規(guī)定的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。在實(shí)際設(shè)計(jì)中按雙筋梁設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)的情況, 這時(shí) 受壓鋼筋的應(yīng)變太小,壓應(yīng)力達(dá)不到抗壓屈服強(qiáng)度, 此時(shí)可令對(duì)取矩得出然后與不考慮按 單筋矩形截面計(jì)算的比較， 取二者中的較小值。

泵站設(shè)計(jì)：

下穿式立交道路采用U型槽可以封閉地下水，故其排水應(yīng)設(shè)立獨(dú)立的排水系統(tǒng)，可采用增設(shè)排水泵站的辦法解決下穿式立交框構(gòu)道路積水問(wèn)題。排水泵站的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)泵站規(guī)模及標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算。

按照規(guī)范的水文計(jì)算公式計(jì)算路界內(nèi)各項(xiàng)排水設(shè)施所需排泄的設(shè)計(jì)徑流量，計(jì)算公式如下：Q=16.67ψqp,tF

式中：Q—設(shè)計(jì)徑流量（m3/s）；

qp,t—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度（mm/min）；

ψ—徑流系數(shù)；

F—匯水面積（km2）

其中的徑流系數(shù)根據(jù)地表種類查找，在平原區(qū)一般均為水泥混凝土路面，取值0.9；匯水面積根據(jù)工程項(xiàng)目地形、引道縱橫斷、引道外排水溝、截水溝設(shè)置位置等確定分水線和匯水區(qū)確定；設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度的確定受兩個(gè)因素的影響，一是設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期需要根據(jù)公路等級(jí)和路面的排水形式去頂，二是坡面匯流歷時(shí)可以按照規(guī)范的公式計(jì)算得到，一般的建議值可以取5min。排水泵站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是在下雨時(shí)能夠及時(shí)排水，不積水，確保行車安全，需要設(shè)置足夠大的集水池和合適的潛污泵。我們根據(jù)計(jì)算出的設(shè)計(jì)徑流量，選擇合適型號(hào)的潛污泵就可以及時(shí)排除道路積水，潛污泵一般需要設(shè)置備用泵。

其他問(wèn)題：

本工程還存在一些比較關(guān)鍵的問(wèn)題：

1、止水帶的施工及工藝，要求伸縮縫止水帶位置應(yīng)端正，止水帶的中心線與伸縮縫中軸線應(yīng)重合，防止扭曲、偏斜、被鋼筋釘割破，水平伸縮縫止水帶下的混凝土及垂直伸縮縫止水帶外側(cè)的混凝土均應(yīng)特別注意搗固密實(shí)，保證無(wú)空隙，以免漏水。

2、為提高底板及邊墻的抗?jié)B能力，在墊層上依次先涂瀝青漆兩次、石棉瀝青一層、瀝青浸制麻布一層、石棉瀝青一層、10mm厚瀝青砂膠后再澆筑底板。

3、在U型整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)地段，施工開(kāi)挖后，兩側(cè)設(shè)碎石排水盲溝。

4、衡重式擋土墻每隔20m設(shè)伸縮縫一道、縫寬2cm、縫內(nèi)沿墻內(nèi)、外、頂三邊用瀝青木板填塞，深度不小于0.20m。

5、衡重式擋土墻墻身路面以上設(shè)置泄水管，泄水管采用直徑φ5cm塑料管，間距3m。為防止泄水管堵塞，在泄水管口水平位置處設(shè)置0.2cm厚的拳石反濾層及0.2cm厚的粘土隔水層。

6、擋土墻墻頂和封閉式路塹邊墻頂設(shè)鋼欄桿，墻體施工時(shí)注意預(yù)埋欄桿預(yù)埋件。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)采用U型槽鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以封閉引道外圍的地下水，使周邊的地下水自成體系，不破壞原來(lái)地下水的平衡，泵站排水幾乎只在雨季進(jìn)行，減少了平時(shí)的日常工作。

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1007-6344（2016）03-0013-01

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