低填土蓋板涵整體基礎內力計算

王 剛 王連鵬 惠 明

(青島海西市政景觀設計咨詢有限公司，山東 青島266000)

青島部分沿海地區整體地勢標高較低，市政道路設計時由于雨水排放要求，可能會沿道路敷設較大孔徑排水管道，但受到道路豎向標高制約，部分管段覆土不滿足規范要求，給管道施工和檢查井砌筑帶來困難，因此，設計中常將部分管道取代為雨水暗涵。沿海地段地基承載力普遍較低，持力層承載力特征值一般小于140 kPa，采用整體式基礎的蓋板涵經濟指標比箱涵較節省。筆者通過實例對蓋板涵整體基礎進行設計計算。

1 整體基礎模型及受力分析

倒梁法是假定整體式基礎與涵臺鉸接，基底凈反力作為均布荷載q 作用在基礎底面，對將基礎簡化為倒置的簡支梁進行分析，如圖1 所示。

圖1 倒梁法整體基礎分析圖

整體式基礎有兩種形式，素混凝土基礎和鋼筋混凝土基礎。低填土情況下，由于地基承載力不高，素混凝土結構不用綁扎鋼筋，工序少、工期短、造價低，首選素混凝土結構。倒梁法計算模型不考慮涵臺的支撐寬度及基礎襟邊寬度;為便于計算，選取1米寬涵洞進行計算。

2 整體式基礎抗剪計算

2.1 直剪計算

根據《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61—2005)第4.0.13 條公式為

該公式適用于直接剪切構件，可作為涵洞基礎支點截面的抗剪計算。

2.2 彎剪計算

根據《公路圬工橋涵設計規范》沒有給出彎剪破壞計算公式，計算時可參照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62－2004)第5.2.10 條公式計算

對于鋼筋混凝土整體基礎可按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62－2004)進行抗剪計算。

3 算 例

某市政雨水暗涵1 ～2. 0 m，暗涵位于車行道內，車輛荷載等級采用公路—I 級，涵頂填土高度為0.5 m，涵洞基底設計地基反力為80 kPa，地基承載力為100 kPa，基礎采用素混凝土整體基礎，截面形式如圖2 所示，驗算基礎能否滿足抗彎、抗剪要求。

涵身材料選用C30 混凝土，涵洞安全等級為三級，計算跨徑l=2 +0.5 =2.5 m。

圖2 暗涵橫斷面圖(單位:cm)

取1 m 涵長計算:

(1)荷載計算。地基反力均布荷載q =80 ×1.0=80 kN/m，基礎荷載自重g=23 ×0.6 ×1.0 =13.8 kN/m;

跨中基礎頂面負彎矩偏安全采用單跨彎矩計算，單跨跨徑取2 +0.5 m =2.5 m，M =1/8 ×(80－13.8)×6.25 =51.7 kN·m

(2)按照承載能力極限狀態進行抗彎計算。為簡化計算，綜合考慮恒載和汽車荷載所引起的地基土應力比例偏安全的取統一的荷載分項系數1.3。

基礎C30 砼ftmd=1.04 MPa

基礎能夠承受的最大彎矩MR=ftmd×bh2/6 =1.04 ×1000 ×1.0 ×0.72/6 =84.93 kN·m ＞60.5 kN·m

計算通過。

(3)按正常使用極限狀態進行抗彎計算

其計算公式如下

計算通過。

(4)抗剪計算

計算截面剪力r0Vd=0.9 ×1.3 ×(1/2 ×80 ×1 2)=93.6 kN

Afvd=1.0 ×0.7 ×2.09 ×1000 =1463 kN ＞93.6 kN計算通過。

由此看出，抗彎承載力滿足要求時抗剪承載力富裕較多，一般抗彎承載力滿足要求時，可不再驗算抗剪承載力。

3 結 論

(1)低填土蓋板涵在地基承載力較差路段代替雨水箱涵是合理可行的。

(2)基于公路橋梁設計規范，按照簡化的倒梁法進行整體涵洞基礎計算簡便易行，在設計工程中操作性較強。

［1］JTG D62－2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.2012.

［2］陳連海 公路蓋板涵整體基礎設計計算［J］. 北方交通，2014，(5).

［3］公路橋涵設計手冊－涵洞［M］.北京:人民交通出版社，1993.