地下通道地基承載力驗算

黃龍

摘要：近年來，中國城市基礎建設達到高峰期，城市地面交通網日漸密集，利用地下空間來解決城市交通的優勢日益明顯，特別對于城市干線性道路的交叉口設計，非常適用。另外地下通道對城市景觀影響小，噪音量低，社會影響小，越來越受到建設單位和廣大群眾的青睞。

本文通過某地下通道工程的設計實例，為了充分評估地下水位對地下工程的影響，在結構的計算過程中考慮了低水位（施工）階段和高水位（運營）階段兩種工況，并通過對比計算結果的不同，解析了基底壓應力正確計算方法，為地下通道或者箱涵的設計計算提供一定的參考。

關鍵詞：地下通道；地下水；基底壓應力

中圖分類號：U449.31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2017）05-31-02

1工程簡介

本工程為廣東省某市一座新建下穿通道，通道為雙室的現澆鋼筋混凝土框架結構，通道下基底主要為軟土（淤泥、淤泥質土），埋藏較深且厚度大。設計考慮采用三軸攪拌樁滿堂加固，加固樁直徑800mm，樁間距為650mm，排間距800mm，加固后復合地基承載力特征值不小于180kpa。

2結構模型計算

本工程中，地下通道主體結構按作用在彈性地基上的等代閉合框架結構進行計算，其地層的作用模擬為一系列彈簧，采用SAP2000軟件進行計算分析，結構計算按永久荷載、可變荷載各種組合進行加載。

由于本通道為地下工程，地下水對結構影響較大，故本結構考慮了低水位（施工）階段和高水位（運營）階段兩種工況。

在通道施工階段，基坑采取了降水措施，地下水位降至基底標高以下0.5m，此時為低水位（施工）階段，該階段時，結構底板基本無水壓力。

在通道運營階段，由于該區域地下水位較高且通道臨近河流，為確保通道安全，地下水位取至地面，此時為高水位（運營）階段，結構頂底板及側墻滿布水壓。

3基底壓應力計算

在現實工作中，有兩種基底應力計算的方式較為廣泛。

第一種：即按基底以上荷載，基底接觸面積=基底壓應力計算，計算如下。

（1）通道G1=25X94.6=2365kN/m，壓重層G2=12.3X2X23.7=583KN/m：

（2）覆土厚1.0m，則覆土重G3=1.0X24×31.3=751.2kN/m：

（3）地面和隧道內超載均按20kpa計，則：

地面超載為Q1=20X31.3=626 kN/m，通道內超載Q2=566kN/m：

通道每延米荷載為G=GI+G2+G3+QI+Q2=4891.2 kN/m：

可得到基底壓應力為q=G/31.3=4891.2/31.3=156.3KPa。

第二種：根據通道結構計算模型中進行提取。

地下通道的主體結構縱向按每延米建立模型，橫向各節點間距一米，各節點的支反力值即為基底壓應力。該通道兩種工況下支反力結果如下所示：

從上兩張圖中可以看出，隧道兩側及中部地基反力較大，比較符合實際情況。在低水位（施工）階段工況下，通道基底達到最大壓應力，最大壓應力pk=271.61KPa。

從上述兩種結果可知，第二種方法提取的pk數值遠遠大于第一種方法計算得到q值。這是由于第一種方法中q值計算過程是基于平均值的概念，取得的基底壓應力值也就是基底的平均壓應力，而第二種方法是對結構的受力情況進行了模擬，得到的是在最不利荷載組合下結構基底某些部位分擔的最大壓應力，比較客觀和接近實際。

對于本通道結構的沉降計算，其驗算壓應力應取最不利值，故基底壓應力取第二種方法提供的pk值。

4地基承載力驗算

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》3.3.4對地基承載力進行修正。

結構底板處為<2-2>粉質粘土，f_a0=50 kDa

基底以上土層加權平均重度y z=19.15 kN/m³，b=31.3m，h=8m。

修正后

的地基承載力特征值

根據《建筑地基處理技術規范》7復合地基，攪拌樁復合地基承載力按下式計算：

單樁豎向承載力特征值可按下式確定：

根據計算可知復合地基承載力特征值f^spk=362kpa>pk=271.6 kpa，故該通道地基承載力滿足要求。

5結語

從以上計算數據可以看出，該地下通道對地下水的考慮與否對計算的結果影響較大.故應分別考慮高低水位工況，從而對結構進行配筋計算及裂縫驗算，確保結構安全。

基底承載力驗算也不應按基底平均壓應力進行計算取用，應該在有限元計算模型中提取最大壓應力，對于需進行變形沉降驗算的結構，該值的正確選用尤為重要。