浅析U型钢筋混凝土引道设计

2016-12-18张占全

四川水泥 2016年3期

关键词：止水带挡土墙泵站

张占全

(沧州双盛公路工程咨询有限公司,河北沧州,061000)

浅析U型钢筋混凝土引道设计

张占全

(沧州双盛公路工程咨询有限公司,河北沧州,061000)

道路拓展过程中常遇有横穿既有铁路线立交桥工程,U型槽作为一种比较新的结构形式，在实际应用中取得了良好的经济和技术效益，对U型槽进行合理的结构设计和把U型槽结构汇入框构内的地下水和雨水等及时排出是U型槽设计的关键要素，本文结合河北省某市道路下穿既有铁路设计过程中的思路，阐述了设计方法，并提出了设计中应注意的问题。

U型槽；结构设计；泵站

工程概况：

近年来，随着我国经济的高速发展，公路和铁路的运输能力不断提高，公路与铁路的交叉也越来越多。目前，铁路与公路立交桥主要有上跨式和下穿式两类，上跨施工主要有吊篮现浇施工和转体施工，施工难度均较大，其中下穿式立交框构具有工期短、造价低、占地少、拆迁费用低、无污染等优点，在实际中广泛应用。下穿式立交引道主要有两种设计方案，一是在下穿引道下面建设完善的地下盲管排水系统，采用盲管排除地下水以保证路基的干燥和强度，从短期来看采用盲管收集地下水，前期投入少，但从长远看，弊病较多，收集不利，容易造成桥体侧墙表面长期流水，同时也易造成道路的翻浆和冻胀。二是采用U型钢筋混凝土整体槽式结构，并利用橡胶止水带完全封闭地下水，在框构部分利用集水井和排水泵站排出地上雨水等，接缝处橡胶止水带的处理非常关键。虽然U型钢筋混凝土槽这种结构的造价会随着路面面积的增加而成倍增加，但是其刚度大、变形小、稳定性好，支挡和防水效果优良，具有后期维护费用较低，行车舒适，使用寿命长等优点。

某城市道路起步工程某道路下穿黄万铁路立交引道工程，位于某道路下穿某铁路立交框构（K1+423.550～K1+440.854）西、东两侧，原设计西侧引道起止桩号K1+200～K1+423.657、东侧引道起止桩号K1+440.961～K1+800。原设计在立交框构及立交引道范围内设置泵站排水系统，路面积水通过雨水口及地下排水管、收水管汇至位于铁路东侧的泵站后排入某干渠，地下水通过地下盲管、排水管及收水管亦汇至泵站后排入某干渠，但是原设计立交框构西侧横穿铁路路基的直径φ=1.5m收水管无法实施顶管施工。按照建设单位起步工程建设指挥部要求现对该段立交引道进行设计变更，立交框构西侧水泥混凝土路面结构及对应的地上、地下排水设施取消，变更为封闭式路堑及挡土墙引道。路基大部分位于粉土地层，在地下水位以上，按不同线位采用不同工程措施。K1+343.550～K1+423.550段长80m设计为封闭式路堑，采用整体式钢筋混凝土U型钢筋混凝土结构，自立交框构东头向西施工。其中K1+423.550～K1+440.854长17.304m立交框构段采用整体钢筋混凝土路面结构，与K1+421.550～K1+423.550段长2m钢筋混凝土U型钢筋混凝土结构一起浇筑。

结构及配筋计算：

U型钢筋混凝土结构又称船坞式挡土墙结构，主要由钢筋混凝土底板和钢筋混凝土边墙组成，适用于地下水位较高、降水、排水或放坡条件受到限制的挖方路段，也适用于地表水丰富、排水困难的低矮填方路段。U型槽计算理论较为准确，其受地下水浮力、结构自重及上部车辆荷载、边墙处侧向土压力及摩擦力、地板地基反力等的共同作用，边墙上的压力按静止土压力及静止水压力计算；底板厚度按U型结构抗浮力要求确定，同时满足抗弯和抗剪的要求板底按弹性地基梁理论计算，底板内力M、Q、P，取其最大极限承载状态进行内力及截面配筋计算，其中底板所受地基反力小于[σ]，并验算其抗裂度及斜截面抗剪强度。

因某路下穿黄万铁路立交引道工程，路基大部分位于粉土地层，故采用水土分算来确定挡土墙后的土压力和水压力：

水浮力及侧面摩擦力：

在地下水位较高的地区，对于浅埋大体积的地下结构，浮力一直是个尖锐的问题。与浮力平衡的力主要是结构自重 W（使用阶段应包括汽车荷载）及侧壁土压力，由于本工程埋深较浅（最深处为1.5m），为例计算简便，不考虑侧向土压力（也是偏安全考虑），所以：按照W结构重力=F水浮力计算确定底板厚度。

对于配筋计算，U型槽结构受地下水、自重及上部车辆荷载、边墙处侧向土压力、地基反力共同作用，受力和变形是非常复杂的，

U 型槽的边墙和底板, 按受弯构件单筋梁进行设计, 其强度检算公式为:

式中 M — 设计弯矩值； b—截面宽度；

h0—截面有效高度；x—受压区高度； fc—混凝土抗压强度设计值。

一般情况下, U 型槽按单筋梁设计即可, 但当由于板厚的限制而且弯矩较大时, 需按双筋梁设计, 在受压区配置受压钢筋。需要注意的是双筋梁的适用条件为与前者目的是防止超筋破坏，后者目的是为了保证钢筋达到规定的抗压强度设计值。在实际设计中按双筋梁设计时会出现的情况, 这时受压钢筋的应变太小,压应力达不到抗压屈服强度, 此时可令对取矩得出然后与不考虑按单筋矩形截面计算的比较，取二者中的较小值。

泵站设计：

下穿式立交道路采用U型槽可以封闭地下水，故其排水应设立独立的排水系统，可采用增设排水泵站的办法解决下穿式立交框构道路积水问题。排水泵站的设计重点在于对泵站规模及标准的计算。

按照规范的水文计算公式计算路界内各项排水设施所需排泄的设计径流量，计算公式如下：Q=16.67ψqp,tF

式中：Q—设计径流量（m3/s）；

qp,t—设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度（mm/min）；

ψ—径流系数；

F—汇水面积（km2）

其中的径流系数根据地表种类查找，在平原区一般均为水泥混凝土路面，取值0.9；汇水面积根据工程项目地形、引道纵横断、引道外排水沟、截水沟设置位置等确定分水线和汇水区确定；设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度的确定受两个因素的影响，一是设计降雨重现期需要根据公路等级和路面的排水形式去顶，二是坡面汇流历时可以按照规范的公式计算得到，一般的建议值可以取5min。排水泵站的设计要点是在下雨时能够及时排水，不积水，确保行车安全，需要设置足够大的集水池和合适的潜污泵。我们根据计算出的设计径流量，选择合适型号的潜污泵就可以及时排除道路积水，潜污泵一般需要设置备用泵。

其他问题：

本工程还存在一些比较关键的问题：

1、止水带的施工及工艺，要求伸缩缝止水带位置应端正，止水带的中心线与伸缩缝中轴线应重合，防止扭曲、偏斜、被钢筋钉割破，水平伸缩缝止水带下的混凝土及垂直伸缩缝止水带外侧的混凝土均应特别注意捣固密实，保证无空隙，以免漏水。

2、为提高底板及边墙的抗渗能力，在垫层上依次先涂沥青漆两次、石棉沥青一层、沥青浸制麻布一层、石棉沥青一层、10mm厚沥青砂胶后再浇筑底板。

3、在U型整体式钢筋混凝土结构地段，施工开挖后，两侧设碎石排水盲沟。

4、衡重式挡土墙每隔20m设伸缩缝一道、缝宽2cm、缝内沿墙内、外、顶三边用沥青木板填塞，深度不小于0.20m。

5、衡重式挡土墙墙身路面以上设置泄水管，泄水管采用直径φ5cm塑料管，间距3m。为防止泄水管堵塞，在泄水管口水平位置处设置0.2cm厚的拳石反滤层及0.2cm厚的粘土隔水层。

6、挡土墙墙顶和封闭式路堑边墙顶设钢栏杆，墙体施工时注意预埋栏杆预埋件。