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      一級公路下穿U型槽設(shè)計探討

      2023-04-06 10:18:40蔣正平
      中國公路 2023年4期
      關(guān)鍵詞:齊平機動車道活載

      蔣正平

      (中鐵上海設(shè)計院集團南通晟大有限公司,江蘇 南通 226000)

      一、引言

      本文結(jié)合南通市海門區(qū)某一級公路下穿U型槽設(shè)計工程,比選機動車道與非機動車道U型槽底板齊平與錯位方案,通過分析其受力及造價確定最終方案,相關(guān)經(jīng)驗可為同類型項目提供有效參考借鑒。

      二、設(shè)計概況

      南通市海門區(qū)某一級公路下穿U型槽設(shè)計工程起點為樁號k0+520,路線由西向東,項目終點樁號k1+380,路線全長0.86km,采用一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

      U型槽周邊環(huán)境簡單空曠,采用雙向六車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計時速60km/h,全長340m,全線采用明挖順做法,分離式結(jié)構(gòu)斷面。

      隧道建筑機動車道凈寬12.75m,凈高4.5m;非機動車及人行通道凈寬6.5m,凈高2.5m;路面設(shè)計年限為15年,U型槽主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100年;結(jié)構(gòu)抗?jié)B等級為P8。

      U槽橫斷面設(shè)計需綜合考慮建筑限界、設(shè)備安裝空間、裝修空間、施工誤差和結(jié)構(gòu)變形等因素。在滿足建筑限界的基礎(chǔ)上,機動車U槽左右兩側(cè)各增加15cm寬度作為裝修空間。

      圖1 機動車道與非機動車道底板齊平

      分離式U型槽結(jié)構(gòu)形式具體可分為兩種,第一種是機動車道與非機動車道U槽底板齊平的結(jié)構(gòu)形式,第二種是機動車道與非機動車道U槽底板錯位的結(jié)構(gòu)形式,橫斷面布置如圖1所示。

      U型槽采用C40鋼筋混凝土,以最深處距離計算,底板厚1m,機動車道外側(cè)墻厚1m,非機動車道外側(cè)墻厚1m,機動車道內(nèi)側(cè)墻厚0.6m。

      圖2 機動車道與非機動車道底板錯位

      U型槽采用C40鋼筋混凝土,以最深處距離計算,機動車底板厚1m,非機動車道底板厚0.8m,機動車道內(nèi)外側(cè)墻厚1m,非機動車道外側(cè)墻厚0.6m。

      非機動車、機動車縱斷面均采用V字坡設(shè)計,機動車進口坡率-3%,出口坡率3%,人非進口坡率-1.4%,出口坡率1.4%。

      該項目U型槽主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工,基坑常規(guī)段采用“放坡+坡面防護”的圍護結(jié)構(gòu)形式,同時在基坑外側(cè)布置止水帷幕。

      三、U型槽結(jié)構(gòu)計算

      (一)結(jié)構(gòu)受力分析

      結(jié)構(gòu)自重;側(cè)墻水土壓力;地面超載側(cè)壓力;底板水浮力;土重及鋪裝;不考慮汽車荷載;溫度考慮整體升溫35℃、整體降溫25℃。

      (二)模型建立

      該結(jié)構(gòu)采用MIDAS/Civil2021計算(選取1m計算)。

      1.機動車道與非機動車道底板齊平狀況下的恒載

      結(jié)構(gòu)自重按25kN/m3計算;

      側(cè)墻水土壓力:土壓力系數(shù)取K0=0.65。

      機動車道外側(cè)側(cè)墻底(按水土分算):

      水壓力:(4.42 +1.0-0.5)×10=49.2kPa;

      土壓力:[(4.42+1.0)×(18.81-10)]×0.65=31.0 kPa;

      圖3 機動車道與非機動車道底板齊平計算模型

      非機動車及人行通道外側(cè)側(cè)墻底(按水土分算):

      水壓力:(5.62+1-1.7×10=49.2kPa;

      土壓力:[(5.62+1.0-0.9)×(18.81-10)]×0.65=32.8kPa;

      底板水浮力:(4.42+1.0-0.5)×10=49.2 kPa;

      機動車道底板鋪裝:0.45×26+0.12×23=14.72kPa;

      非機動車及人行通道底板填土及鋪裝:(2.624-0.75)×16+0.4×26+0.1×23=42.7kPa;

      非機動車及人行通道側(cè)墻土壓力:0.5×16=8kPa;

      2.機動車道與非機動車道底板齊平狀況下的活載

      頂板活載標(biāo)準(zhǔn)值:按20kPa計算,機械荷載按10kPa計算;

      底板活荷載取0kPa;

      機動車道側(cè)墻活載標(biāo)準(zhǔn)值:qH=0.65×20=13kPa;

      非機動車及人行通道側(cè)墻活載標(biāo)準(zhǔn)值:qH=0.65×30=19.5kPa;

      溫度變化影響:取施工時溫度與最低和最高月平均氣溫之差。

      圖4 承載能力極限狀態(tài)下彎矩設(shè)計值

      彎矩最大值位于非機動車道下底板處,彎矩值為1160kN·m。

      圖5 正常使用極限狀態(tài)彎矩設(shè)計值

      彎矩最大值位于非機動車道下底板處,彎矩值為967kN·m。

      圖6 機動車道與非機動車道底板錯位計算模型

      3.機動車道與非機動車道底板錯位狀況下的恒載

      結(jié)構(gòu)自重:按25kN/m3;

      側(cè)墻水土壓力:土壓力系數(shù)取K0=0.65。

      機動車道外側(cè)側(cè)墻底(按水土分算):

      水壓力:(5.58 +1.0-0.5)×10=60.8 kPa;

      土壓力:[(5.58 +1.0)×(18.81-10)]×0.65=37.7 kPa;

      機動車道內(nèi)側(cè)側(cè)墻底(按水土分算):

      水壓力:(5.58+1.0+0.5-0.5)×10=65.8kPa;

      土壓力:[(5.58+1.0+0.5)×(18.81-10)]×0.65=40.5kPa;

      非機動車及人行通道外側(cè)側(cè)墻底(按水土分算):

      水壓力:(4.324+1.0-1.7)×10=36.2kPa;

      土壓力:[(4.324+1.0-0.9)×(18.81-10)]×0.65=25.3kPa;

      機動車道底板水浮力:(5.58+1.0-0.5)×10=60.8 kPa;

      非機動車及人行通道底板水浮力:(4.324+1.0-1.7) ×10=36.2 kPa;

      底板鋪裝:0.5×26+0.12×23=15.76kPa;

      4.機動車道與非機動車道底板錯位狀況下的活載

      頂板活載標(biāo)準(zhǔn)值:按20kPa計,機械荷載按10kPa計;

      底板活荷載取0kPa;

      機動車道側(cè)墻活載標(biāo)準(zhǔn)值:qH=0.65×20=13kPa。

      非機動車及人行通道側(cè)墻活載標(biāo)準(zhǔn)值:qH=0.65×30=19.5kPa;

      溫度變化影響:取施工時溫度與最低和最高月平均氣溫之差。

      圖7 承載能力極限狀態(tài)下彎矩設(shè)計值

      彎矩最大值位于機動車道下底板處,彎矩值為1647kN·m。

      圖8 正常使用極限狀態(tài)彎矩設(shè)計值

      彎矩最大值位于機動車道下底板處,彎矩值為1354kN·m。

      經(jīng)過計算表明,在同等埋深高度下,機動車道與非機動車道底板齊平受力更合理,彎矩值更小,鋼筋量及混凝土量更小,實際效果較底板錯位更經(jīng)濟合理。

      四、結(jié)語

      本文結(jié)合南通市海門區(qū)某一級公路下穿U型槽設(shè)計工程,通過比選機動車道與非機動車道U型槽底板平齊與錯位方案,分析兩種方案的受力及造價,最終確定底板齊平方案最佳,經(jīng)濟效益較合理。

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