李凌偉

摘 ? 要：管道是公路工程和城市建設(shè)的重要組成部分，合理的管底土層承載力是避免管道破壞的重要保障之一。為研究管底土層承載力，對(duì)管道等效成條形基礎(chǔ)、檢查井等效成矩形或圓形基礎(chǔ)，對(duì)管道設(shè)計(jì)通用圖紙有關(guān)承載力計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)分析，并給出相關(guān)計(jì)算步驟。

關(guān)鍵詞：管道;承載能力;配筋;抗浮

一、工程概況

污水管內(nèi)徑D=800mm，污水管壁厚t=0.1，D=80mm，檢查井平面尺寸為1200mm×1100mm（內(nèi)壁尺寸）和2000mm×1900mm（外壁尺寸）。井身壁板厚度為400mm，混凝土強(qiáng)度為C30，壁板頂端至自然覆土層表面距離為1000mm，底板厚度為300mm底板平面尺寸與蓋板一致，墊層厚度為100mm，墊層超出底板外緣100mm，地下水位-0.5m，修正后的地基承載力特征值fa=173kN/m2（fa=120+1.0×10×（5.8-0.5）=173kN/m2）。

二、蓋板設(shè)計(jì)

蓋板尺寸：厚度為300mm，平面長(zhǎng)寬分別為2000mm×1900mm

（a）荷載計(jì)算蓋板上覆土重：

標(biāo)準(zhǔn)值：20kN/m3×0.7m=14kN/m2

設(shè)計(jì)值：1.2×14kN/m2=16.8kN/m2

自然覆土層上傳來的活荷載：

標(biāo)準(zhǔn)值：24.56kN/m2

設(shè)計(jì)值：1.4×24.56kN/m2=34.38kN/m2

蓋板自重（折算）：

標(biāo)準(zhǔn)值：26×0.3=7.8 kN/m2

設(shè)計(jì)值：1.2×7.8kN/m2=9.36kN/m2

（b）蓋板內(nèi)力計(jì)算

混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C30，鋼筋取HRB400。蓋板上筋保護(hù)層厚度為30mm，下筋保護(hù)層厚度為35mm。因蓋板平面長(zhǎng)寬分別為2000mm×1900mm，ly/lx=0.95，故蓋板按四周簡(jiǎn)支雙向板計(jì)算。查表得：

標(biāo)準(zhǔn)值：Mxk=0.0410×46.36×1.9×2=7.23kN·m，Myk=0.0365×46.36×1.9×2=6.43kN·m。

設(shè)計(jì)值：Mx=0.0410×60.54×1.9×2=9.44kN·m，My=0.0365×60.54×1.9×2=8.40kN·m。

（c）查表配筋：

上筋：X向和Y向按最小配筋率0.2%配筋，最終選取14@200。

下筋：X向配筋14@200，Y向配筋14@200。經(jīng)檢驗(yàn)，配筋率均大于最小配筋率0.2%。

三、地基承載力驗(yàn)算

（a） 荷載計(jì)算

蓋板自重（折算）：26×0.3=7.8 kN/m2

2000mm寬的一側(cè)壁板重（單位寬）：25×1.0×4.5×0.40=45kN/m。

1900mm寬的一側(cè)壁板重（單位寬）：25×1.0×4.5×0.4=45kN/m。

底板自重：26×0.30=7.80kN/m2

底板上排水管墊層自重：20×1.02=20.4kN/m2（把排水管墊層按體積相同原則換算成均布荷載）。

底板上水重（內(nèi)側(cè)）：

標(biāo)準(zhǔn)值：10×4.5=45kN/m2

設(shè)計(jì)值：1.35×45kN/m2=60.75kN/m2

自然覆土層上傳來的活荷載：24.56kN/m2

池內(nèi)水側(cè)壓力：10×4.8=48kN/m2

壁板側(cè)壓力（上端）：

標(biāo)準(zhǔn)值：（24.56+1.0×10）×tan2（45°-30°/2）+10×1.0=21.52kN/m

設(shè)計(jì)值：1.35×21.52kN/m2=29.05kN/m2

壁板側(cè)壓力（下端）：

標(biāo)準(zhǔn)值：（24.56+5.42×10） ×tan2（45°-30°/2）+10×5.42=80.45kN/m2

設(shè)計(jì)值：1.35×80.45kN/m =108.62kN/m2

（b）地基承載力驗(yàn)算

地基承載力驗(yàn)算均釆用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。

因?yàn)楸疚鬯幚砭Y(jié)構(gòu)對(duì)稱，且荷載對(duì)稱，認(rèn)為地基反力均勻分布，故只需取最不利情況驗(yàn)算地基承載力即可，即：池內(nèi)有水、池外有土的情況。

蓋板上覆土重：20kN/m3×0.7m×2.0×1.9=53.2kN

蓋板總重：7.8kN/m2×2×1.9=29.64kN

壁板總重：45kN/m×（2×2.0） =180kN

45kN/m×（2×1.2）=108kN

底板上排水管墊層總重：20.4kN/m2×1.2×1.1=26.93kN

底板總重：7.8kN/m2×2.0×1.9=29.64 kN

自然覆土層上傳來的活荷載：24.56kN/m2×2.0×1.9=93.33kN

底板上水總重（內(nèi)側(cè)）：45kN/m×1.2×1.1=59.4kN

p=580.14kN/（2.0m×1.9m） =152.67kN/m2<fa=173kN/m2，滿足地基承載力要求。

四、壁板計(jì)算

按照400mm厚的單向板計(jì)算。

單向板受上端標(biāo)準(zhǔn)值為21.52kN/m2（設(shè)計(jì)值為29.05 kN/m2）和下端為80.45kN/m（設(shè)計(jì)值為108.62kN/m）的梯形荷載，此板受力較小。

外側(cè)鋼筋：X向配筋14@150，Y向配筋14@150。

內(nèi)側(cè)鋼筋：X向配筋14@150，Y向配筋14@150。

五、底板計(jì)算

底板實(shí)際尺寸為2000×1900，計(jì)算尺寸為1600×1500 （ly/lx=0.9375），四周固端。底板厚300mm，上側(cè)混凝土保護(hù)層35mm，下側(cè)混凝土保護(hù)層40mm。

蓋板上覆土重：20kN/m3× 0.7m×2.0×1.9=53.2kN

蓋板總重：7.8 kN/m2×2.0×1.9=29.64kN

壁板總重：180+108=288kN

自然覆土層上傳來的活荷載：24.56kN/m2×2.0×1.9=93.33kN

板底荷載標(biāo)準(zhǔn)值為464.17/（2.0×1.9）=122.15kN/m2

板底荷載設(shè)計(jì)值為（1.2×370.84+1.4×93.33）/（2.0×1.9） =151.5kN/m2

查表得：

標(biāo)準(zhǔn)值：Mxk=0.0198×122.15×1.5×1.6=5.81kN·m，Myk=0.0172×122.15×1.5×1.6=5.05kN·m，Mxk°=-0.055×122.15×1.5×1.6=-16.13kN·m，Myk=-0.0528×122.15×1.5×1.6 =-15.48kN·m。

設(shè)計(jì)值：Mx=0.0198×151.5×1.5×1.6=7.20kN·m，My=0.0172×151.5×1.5×1.6=6.25kN·m，Mx=-0.055×151.5×1.5×1.6=-20.00kN·m，My°=0.0528×151.5×1.5×1.6 =-19.20kN·m。

混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C30，鋼筋取HRB400，上側(cè)保護(hù)層厚度取35mm，下側(cè)保護(hù)層厚度取40mm，配筋得：

上筋：X向配筋14@200，Y向配筋14@200。

下筋：X向配筋14@200，Y向配筋14@200。

經(jīng)檢驗(yàn)，配筋率均大于最小配筋率。

若考慮孔洞，則認(rèn)為底板為兩端固定，兩端自由的板。按300mm高，1500mm寬的扁梁來計(jì)算，控制截面的彎矩 M=ql2/12=151.5×1.62/12=32.32 kN·m，經(jīng)檢驗(yàn)，前一段配筋滿足按此算法的內(nèi)力要求。

六、抗浮驗(yàn)算

蓋板上覆土重：20kN/m3×0.7m×2.0m×1.9m=53.2kN

蓋板總重：7.8kN/m2×2.0m×1.9m=29.64kN

壁板總重：180+108=288kN

底板上排水管墊層總重：20.4kN/m2×1.2m×1.1m= 26.93kN

底板總重：7.80kN/m2×2.0m×1.9m=29.64kN

Gik/γhA≥427.41（（10×5.8×2.0×1.9） =1.93>1.05，滿足抗浮穩(wěn)定要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]給排水管底土層的承載力分析— 賀佐躍中山大學(xué)地球與環(huán)境工程學(xué)院