淺析U型鋼筋混凝土引道設計

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計

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構形式，在實際應用中取得了良好的經濟和技術效益，對U型槽進行合理的結構設計和把U型槽結構匯入框構內的地下水和雨水等及時排出是U型槽設計的關鍵要素，本文結合河北省某市道路下穿既有鐵路設計過程中的思路，闡述了設計方法，并提出了設計中應注意的問題。

U型槽；結構設計；泵站

工程概況：

近年來，隨著我國經濟的高速發展，公路和鐵路的運輸能力不斷提高，公路與鐵路的交叉也越來越多。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澆施工和轉體施工，施工難度均較大，其中下穿式立交框構具有工期短、造價低、占地少、拆遷費用低、無污染等優點，在實際中廣泛應用。下穿式立交引道主要有兩種設計方案，一是在下穿引道下面建設完善的地下盲管排水系統，采用盲管排除地下水以保證路基的干燥和強度，從短期來看采用盲管收集地下水，前期投入少，但從長遠看，弊病較多，收集不利，容易造成橋體側墻表面長期流水，同時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構，并利用橡膠止水帶完全封閉地下水，在框構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鍵。雖然U型鋼筋混凝土槽這種結構的造價會隨著路面面積的增加而成倍增加，但是其剛度大、變形小、穩定性好，支擋和防水效果優良，具有后期維護費用較低，行車舒適，使用壽命長等優點。

某城市道路起步工程某道路下穿黃萬鐵路立交引道工程，位于某道路下穿某鐵路立交框構（K1+423.550～K1+440.854）西、東兩側，原設計西側引道起止樁號K1+200～K1+423.657、東側引道起止樁號K1+440.961～K1+800。原設計在立交框構及立交引道范圍內設置泵站排水系統，路面積水通過雨水口及地下排水管、收水管匯至位于鐵路東側的泵站后排入某干渠，地下水通過地下盲管、排水管及收水管亦匯至泵站后排入某干渠，但是原設計立交框構西側橫穿鐵路路基的直徑φ=1.5m收水管無法實施頂管施工。按照建設單位起步工程建設指揮部要求現對該段立交引道進行設計變更，立交框構西側水泥混凝土路面結構及對應的地上、地下排水設施取消，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80m設計為封閉式路塹，采用整體式鋼筋混凝土U型鋼筋混凝土結構，自立交框構東頭向西施工。其中K1+423.550～K1+440.854長17.304m立交框構段采用整體鋼筋混凝土路面結構，與K1+421.550～K1+423.550段長2m鋼筋混凝土U型鋼筋混凝土結構一起澆筑。

結構及配筋計算：

U型鋼筋混凝土結構又稱船塢式擋土墻結構，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型槽計算理論較為準確，其受地下水浮力、結構自重及上部車輛荷載、邊墻處側向土壓力及摩擦力、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算；底板厚度按U型結構抗浮力要求確定，同時滿足抗彎和抗剪的要求板底按彈性地基梁理論計算，底板內力M、Q、P，取其最大極限承載狀態進行內力及截面配筋計算，其中底板所受地基反力小于[σ]，并驗算其抗裂度及斜截面抗剪強度。

因某路下穿黃萬鐵路立交引道工程，路基大部分位于粉土地層，故采用水土分算來確定擋土墻后的土壓力和水壓力：

水浮力及側面摩擦力：

在地下水位較高的地區，對于淺埋大體積的地下結構，浮力一直是個尖銳的問題。與浮力平衡的力主要是結構自重 W（使用階段應包括汽車荷載）及側壁土壓力，由于本工程埋深較淺（最深處為1.5m），為例計算簡便，不考慮側向土壓力（也是偏安全考慮），所以：按照W結構重力=F水浮力計算確定底板厚度。

對于配筋計算，U型槽結構受地下水、自重及上部車輛荷載、邊墻處側向土壓力、地基反力共同作用，受力和變形是非常復雜的，

U 型槽的邊墻和底板, 按受彎構件單筋梁進行設 計, 其強度檢算公式為:

式中 M — 設計彎矩值； b—截面寬度；

h0—截面有效高度；x—受壓區高度； fc—混凝土抗壓強度設計值。

一般情況下, U 型槽按單筋梁設計即可, 但當由于板厚的限制而且彎矩較大時, 需按雙筋梁設計, 在受壓區配置受壓鋼筋。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到規定的抗壓強度設計值。在實際設計中按雙筋梁設計時會出現的情況, 這時 受壓鋼筋的應變太小,壓應力達不到抗壓屈服強度, 此時可令對取矩得出然后與不考慮按 單筋矩形截面計算的比較， 取二者中的較小值。

泵站設計：

下穿式立交道路采用U型槽可以封閉地下水，故其排水應設立獨立的排水系統，可采用增設排水泵站的辦法解決下穿式立交框構道路積水問題。排水泵站的設計重點在于對泵站規模及標準的計算。

按照規范的水文計算公式計算路界內各項排水設施所需排泄的設計徑流量，計算公式如下：Q=16.67ψqp,tF

式中：Q—設計徑流量（m3/s）；

qp,t—設計重現期和降雨歷時內的平均降雨強度（mm/min）；

ψ—徑流系數；

F—匯水面積（km2）

其中的徑流系數根據地表種類查找，在平原區一般均為水泥混凝土路面，取值0.9；匯水面積根據工程項目地形、引道縱橫斷、引道外排水溝、截水溝設置位置等確定分水線和匯水區確定；設計重現期和降雨歷時內的平均降雨強度的確定受兩個因素的影響，一是設計降雨重現期需要根據公路等級和路面的排水形式去頂，二是坡面匯流歷時可以按照規范的公式計算得到，一般的建議值可以取5min。排水泵站的設計要點是在下雨時能夠及時排水，不積水，確保行車安全，需要設置足夠大的集水池和合適的潛污泵。我們根據計算出的設計徑流量，選擇合適型號的潛污泵就可以及時排除道路積水，潛污泵一般需要設置備用泵。

其他問題：

本工程還存在一些比較關鍵的問題：

1、止水帶的施工及工藝，要求伸縮縫止水帶位置應端正，止水帶的中心線與伸縮縫中軸線應重合，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的混凝土均應特別注意搗固密實，保證無空隙，以免漏水。

2、為提高底板及邊墻的抗滲能力，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構地段，施工開挖后，兩側設碎石排水盲溝。

4、衡重式擋土墻每隔20m設伸縮縫一道、縫寬2cm、縫內沿墻內、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鋼欄桿，墻體施工時注意預埋欄桿預埋件。

結束語：

通過采用U型槽鋼筋混凝土結構可以封閉引道外圍的地下水，使周邊的地下水自成體系，不破壞原來地下水的平衡，泵站排水幾乎只在雨季進行，減少了平時的日常工作。

U45

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1007-6344（2016）03-0013-01

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