鐵路高填土大孔徑蓋板涵設計

侯佳音

【摘 要】在現有鐵路參考圖中，小孔徑蓋板涵設計最大填土高為20～25m，大孔徑蓋板涵最大填土高為8～15m，而在部分山區鐵路專用線設計時，高填方處常有立交功能需求，小孔徑涵洞不能滿足要求，通過與橋梁方式比較，在填土小于25m的情況下蓋板涵優勢較為明顯，需對高填土大孔徑蓋板涵進行特殊設計。本文通過一處立交工點的設計，來對高填土大孔徑蓋板涵設計進行簡單介紹。

【關鍵詞】高填土；大孔徑；蓋板涵設計

一、工程概況及特點

（一）工程概況

本工程位于新建地方鐵路張禮至臺頭線區間，根據立交協議及設計洪水流量選擇孔徑樣式為1-4.0m鋼筋混凝土蓋板箱涵，涵洞軸線與鐵路正交設置，軌底至板頂填方厚度約21m。

（二）主要技術標準

1.鐵路等級：國鐵Ⅰ級。

2.設計荷載：鐵路荷載：中-活載

道路荷載：公路-Ⅱ級。

3.鐵路股道數：單線。

4.道路行車道數：雙向2車道。

5.涵內凈空：使用凈高不小于4.5m。

（三）設計要點

1.蓋板涵結構可按以下假定進行計算：蓋板按簡支計算，其跨度為兩支承中心間距離，不考慮由邊墻所作用的水平反力；邊墻計算假定其上端與蓋板鉸接，下端與基礎剛性固接。

2.蓋板擬采用C35鋼筋混凝土，邊墻擬采用C35混凝土，基礎擬采用C30混凝土。

二、蓋板設計

（一）荷載計算

荷載計算時順涵軸方向取1m寬進行計算，路堤填方作用于涵洞的豎向壓力應計入附加土重，但考慮到線路使用一定時間，土壤沉降穩定后，附加土重會逐漸減少以致消失，若時間再久，高填土路堤會產生“卸載拱”作用，是土重比土柱質量還輕。線路建成初期的附加土重實際是一種短期荷載，具有施工荷載或主加附荷載性質，因此設計時計入附加土重時按主加附容許應力設計，考慮土柱重時，按主力的容許應力設計。

由相關參數計算得到H/D值為2.48，查表并內插計算系數K為1.474，按上述兩種情況計算荷載值如表1（單位為kPa）：

由上表得兩工況荷載總和之比為1.426，而HRB335鋼筋及C35混凝土主加附容許應力與主力容許應力之比，分別為1.278及1.3，故荷載工況1控制設計。

（二）內力計算

根據工況1所得荷載，蓋板按簡支結構受均布力的計算模型計算內力匯總如表2：

（三）鋼筋設計

1.主筋計算。

蓋板厚度一般按平衡配筋決定，同時考慮抗裂性驗算的要求。蓋板跨中厚度設計為1.46m，板端厚度為1.39m，跨中配置HRB335鋼筋22mm規格30根。主筋拉應力、混凝土撓曲壓應力、混凝土剪應力及抗裂性檢算均滿足規范要求。

2.箍筋計算。

箍筋采用HPB235鋼筋10mm規格，雙肢5個，間距15cm，其計算結果滿足箍筋承受主拉應力要求。

3.斜筋計算。

通過支點處的斜筋為23根，其余7根彎起，檢算支點截面混凝土剪應力及Ω0區段內布置斜筋均滿足要求。

三、洞身邊墻設計

蓋板涵邊墻仍取1m寬的結構進行計算，假定其上端與蓋板鉸接，下端與基礎剛性固結（擬定邊墻底寬度為2.45m）。

根據相應計算公式計算邊墻底截面偏心及應力如下：

ΣM=1021.3（kN·m），ΣN=2078.5（kN），e=ΣM/ΣN=0.491（m）<[e]（容許偏心[e]=2.45/4=0.613m），墻身底截面面積A=2.45（m2），墻身底截面抵抗矩：W=2.452/6=1.0（m3）墻身底截面應力：

σmax=ΣN/A+ΣM/W=1869.3（kPa）

σmin=ΣN/A-ΣM/W=-172.5（kPa）

考慮應力重分布后的最大壓應力：

σmax=2ΣN/3（B/2-e）=1888.8（kPa）

σmax=1888.8（kPa）<[σ]=13000（kPa）

檢算結果表明擬定邊墻底寬度滿足要求。邊墻中部各截面一般不控制設計，故僅計算邊墻底截面即可。

四、洞身基礎設計

涵身基礎采用剛性聯合基礎，設計時取順涵軸方向取1.0m寬結構進行計算。基底應力設計時按雙側有活載和單側有活載兩種工況考慮（擬定基礎厚度度為2.0m）。

（一）雙側有活載

M0=0（kN·m），N0=6273.8（kN），基底面積A=9.1（m2），基底應力：

σm=ΣN/A =689.4（kPa）

（二）單側有活載

M0=59.8（kN·m），N0=6269.2（kN），基底截面抵抗矩W=13.8（m3），基底應力：

σm=ΣN/A+ΣM/W=-693.3（kPa）

以上計算結果表明剛性聯合基礎基底底最大壓應力系單側有活載工況控制設計.σm= -693.3（kPa）<[σ]=800（kPa），基礎設計滿足要求。

五、結束語

高填土大孔徑蓋板涵設計重點除以上所述的三方面設計內容外，還因考慮“馬斯頓”效應，合理設置涵背回填及蓋板頂回填填料參數及施工措施。高填土蓋板涵的翼墻設計在如無特殊要求的情況下，可采用標準設計。

參考文獻：

[1]鐵路工程設計技術手冊《涵洞與拱橋》.北京：中國鐵道出版社.1994。