淺析裝配式鋼筋混凝土箱形通道設(shè)計要點

賈凡鑫

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110166）

1 概述

近年來，預(yù)制裝配化涵洞、通道，憑借著其易于標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化設(shè)計和施工，適應(yīng)性強，拼裝施工便捷快速，整體造價低，工期短，施工期間環(huán)境友好等優(yōu)勢，在公路行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

本文以下內(nèi)容主要針對目前高速公路設(shè)計中常見的裝配化通道展開研究。

2 裝配式通道概述

目前，國內(nèi)實際工程中普遍采用裝配式通道，從標(biāo)準(zhǔn)橫斷面分類，主要有管型和箱型兩種結(jié)構(gòu)類型。

管型通道（圖1），從橫斷面上劃分，大致分為預(yù)制弧形頂板，預(yù)制弧形側(cè)墻以及現(xiàn)澆底板等三類四個構(gòu)件。其造型優(yōu)美，輕盈，在主要承受上部車輛荷載，填土壓力以及自身重力的前提下，上部管壁主要以承受壓力為主，受力明確；但空間利用率不高，根部受力復(fù)雜，易開裂等問題，同時曲線造型增加了對于預(yù)制工藝和模板方面的要求。

圖1 管型通道斷面示意

箱型通道，從橫斷面上劃分，分為預(yù)制頂板，預(yù)制側(cè)墻以及現(xiàn)澆底板等三類四個構(gòu)件。根據(jù)近年來的工程實例，箱型通道主要有以下兩種模式。

圖2 模式在安徽，吉林等省份地區(qū)應(yīng)用較多，該模式將頂板與上部側(cè)墻一起預(yù)制，有效降低頂板跨中區(qū)域的內(nèi)力水平，從而降低對于板厚以及配筋要求，同時降低了側(cè)墻預(yù)制和吊裝的規(guī)模。

圖2 箱型通道（模式1）斷面示意

圖3 模式近年來在湖南、浙江等省份地區(qū)應(yīng)用較多，其與傳統(tǒng)蓋板涵洞做法類似，頂板直接架設(shè)于側(cè)墻頂部，類似于簡支結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，其施工安裝更為便捷。

圖3 箱型通道（模式2）斷面示意

相較管型通道，箱型通道的空間利用效率顯然更高，在上部車輛荷載，填土壓力以及自身重力作用下，頂板、側(cè)墻等受力構(gòu)件均以偏心受壓（壓彎）狀態(tài)為主，頂板受力較大。但是當(dāng)箱型通道尺寸較小，涵身較長時，對于通行車輛及行人容易產(chǎn)生壓抑感。

另外，對于跨徑較小，凈高要求不高的情況，也可以預(yù)制一體化管型或箱型通道，現(xiàn)場整體吊裝就位。

3 工程實例

最后，通過一個1-6m 裝配式鋼筋混凝土箱形通道的工程實例，簡述了裝配式通道的設(shè)計要點。

3.1 工程背景

我國北方地區(qū)某高速公路上設(shè)有1-6m 預(yù)制裝配式暗箱涵，通行凈空為4.5m，與主線夾角為90°，中心填土高度為3m。結(jié)構(gòu)斷面形式采用箱型通道模式1，混凝土強度等級為C40，結(jié)構(gòu)斷面及細(xì)部尺寸如圖4。

圖4 預(yù)制裝配式箱涵（1-6m）斷面示意（單位：cm）

箱涵縱向標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制節(jié)段采用3m 和1m 兩種形式，端部設(shè)置現(xiàn)澆段，洞口設(shè)置八字墻順接主線路基邊坡。

3.2 結(jié)構(gòu)計算

限于篇幅，本文只給出該裝配式箱涵頂板、側(cè)墻及底板承載力及正常使用性能的計算內(nèi)容。

取3m 標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制節(jié)段，采用Midas Civil 有限元軟件的板單元進(jìn)行整體建模，如圖5 所示。

圖5 預(yù)制裝配式箱涵(1-6m)計算模型

根據(jù)《公路涵洞設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D65-04-2007），計算中考慮了汽車荷載與沖擊力，汽車引起的土側(cè)壓力，填土荷載以及結(jié)構(gòu)自重等荷載作用，并適當(dāng)考慮通道在正常使用狀態(tài)下構(gòu)件內(nèi)、外側(cè)的溫差效應(yīng)和相應(yīng)影響，各類構(gòu)件均按照偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計算。

根據(jù)無鉸狀態(tài)（即頂板、側(cè)墻及底板形成剛性框架）下結(jié)構(gòu)側(cè)墻的內(nèi)力分布，并充分考慮實際施工的吊裝能力和經(jīng)濟(jì)性，綜合分析確定側(cè)墻鉸接處的具體位置。

另外，采用彈性支撐模擬地基土對于箱涵底板的支撐作用，同時出于安全角度，只考慮填土對于箱涵側(cè)墻的土壓力作用，不考慮其對于箱涵側(cè)墻的約束作用。

通過合理確定各個構(gòu)件的尺寸及配筋，結(jié)構(gòu)承載力及正常使用性能的計算如表1 所示。

表1 預(yù)制裝配式箱涵(1-6m)計算結(jié)果

可見，結(jié)構(gòu)尺寸擬定及配筋情況基本合理，且正常使用性能控制結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計。

3.3 主要施工流程

預(yù)制裝配式箱涵的主要施工流程大致如下：

（1）開挖基坑（基槽），處理地基。

（2）鋪筑基礎(chǔ)底末篩分碎石或砂礫墊層，定位澆筑混凝土基礎(chǔ)墊層。

（3）檢測墊層高程。

（4）現(xiàn)場驗收各預(yù)制構(gòu)件。

（5）安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段側(cè)墻、頂板。

（6）檢測構(gòu)件定位精度。

（7）布設(shè)底板鋼筋，澆筑底板。

（8）現(xiàn)澆端節(jié)段、翼墻；現(xiàn)澆八字墻。

（9）處理結(jié)構(gòu)各鉸縫、連接縫、沉降縫。

（10）對稱分層填筑、壓實結(jié)構(gòu)側(cè)墻回填料，至頂板鉸縫。

（11）檢測結(jié)構(gòu)組裝精度。

（12）鋪砌進(jìn)出口M10 水泥砂漿砌片石和截水墻。

（13）施工洞內(nèi)鋪砌，安裝附屬設(shè)施。

（14）整理洞外地形，完成內(nèi)外銜接。

（15）檢查，調(diào)整。

同時，在預(yù)制裝配式箱涵底板未澆筑前，結(jié)構(gòu)整體處于可變機(jī)構(gòu)狀態(tài)，施工現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)實際情況，設(shè)置必要設(shè)施，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)傾覆等狀況。

4 結(jié)論

本文歸納了目前廣泛應(yīng)用的裝配式通道的主要結(jié)構(gòu)形式，以及各自的特點和優(yōu)勢，并通過工程實例，概述了裝配式通道的設(shè)計要點和主要施工流程。

可以看到，預(yù)制裝配式通道與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆通道相比，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益，更短的施工周期，更好的施工質(zhì)量，更小的環(huán)境影響等諸多優(yōu)勢。

努力推廣和形成預(yù)制裝配式通道設(shè)計和施工全產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，具有較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。