基于箱涵結構分析設計的反思

侯康

（廣州市市政工程設計研究總院 廣東廣州 510060）

箱涵適應能力較強，造價相對橋梁結構較低，對于跨越較小跨徑河涌、填土高度較低或用于過水等情況，選擇箱涵更為合適。因此本文通過實際工程分析了箱涵結構設計施工的技術難點。

1 工程背景

A工程標標準段寬度40m，設計車速50km/h，雙向六車道。道路標準橫斷面為：3.5m人行道和非機動車道+2m綠化帶+12m機動車道+5m中央綠化帶+12m機動車道+2m綠化帶3.5m人行道和非機動車道。

A工程在里程K0+078.051處，跨越既有涌。新建過路涵中心線與道路里程線夾角為 56°18’6”；為 3 孔凈高 1.6m，凈寬（3.4+4.2+3.7）m 的箱涵。箱涵西側（出水口）與既有三孔箱涵相接。箱涵東側（進水口）設約2.7m長護岸擋墻，與河涌整治工程銜接。既有箱涵B×h=11.70×1.57，經核算，該現狀箱涵橫斷面滿足規劃過流需求。本設計為既有過路涵配合道路工程對既有箱涵進行延長和清疏。

2 工程材料

2.1 普通鋼筋

HPB300 鋼筋：fsd=f′sd=270MPa，HRB400 鋼筋：fsd=f′sd=330MPa。

其技術標準應符合《鋼筋混凝土用鋼第1部分：熱軋光圓鋼筋》[7]（GB1499.1-2008）、《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》[7]（GB1499.2-2008）和《鋼筋混凝土用鋼筋焊接網》[7]（GB/T 1499.3-2002）的規定。

2.2 混凝土材料

混凝土所采用的水泥、碎石、砂、粉煤灰、拌和用水、外加劑等材料應符合相關國家或行業質量標準[4]。

2.3 其它材料

箱涵外墻，箱頂均涂熱瀝青二層。

3 技術標準

（1）道路等級：城市主干道。

（2）設計荷載：公路－I級。

（3）設計基準期：100 年[8]。

（4）公路橋涵結構設計安全等級：二級。

（5）工程構件重要性系數：1．0。

（6）地下工程防水等級：二級。

（7）結構抗浮安全系數：1.05。

（8）鋼筋混凝土結構裂縫控制：0.2mm。

（9）抗震設防標準：地震烈度7度[1]。

4 結構設計

4.1 計算假定

（1）采用無壓單孔箱涵設計。開口的形狀是八字翼墻和字翼墻。如果使用其他形式，則需要單獨設計[3]。

（2）單孔箱涵根據箱形框架計算內力，并根據承載力的極限狀態和正常使用極限狀態進行計算和校核。頂板、底板和側壁均采用偏心受壓構件加固[6]。除了滿足受力要求外，鋼筋還必須滿足開裂要求和規范所要求的最小配筋率。

（3）涵身荷載：

計算涵洞頂部填土樁的重量，并根據新填土條件計算。涵洞的豎向和水平壓力[2]乘以垂直壓力強度因子K和水平抗壓強度因子α，填充密度為 19kN/m3，摩擦角 30°。

活荷載計算基于30°擴散分布，涵洞頂部填土高度大于0.5m，不考慮活荷載沖擊效應。

根據《公路工程抗震設計規范》第3.1.6條的規定，考慮地震主動土壓力，以基礎強度為8度、地震角為3°的非淹沒水為基準[9]，按5.2的規范計算水平地震慣性力。公路工程抗震設計3個注意事項。在地震液化區，涵洞基礎應與路基加固措施共同考慮。

箱內外溫度變化值取±15℃。

（4）斜涵洞作為正交涵洞進行簡化計算，計算跨度與涵洞長度垂直。由于斜涵洞上的車輛荷載不具有正交涵洞斜度，這種簡化計算是安全的。斜涵洞中心肋的布置方向垂直于涵洞的長度，兩端采用梯形的平面作為對角線布的加強段[5]，頂層和底層的主要鋼筋布置在一起。隨著根的斜率增加。

（5）當涵洞周圍的地下水位高于涵洞的高程時，應考慮地下水浮力的影響，并根據工程的具體情況進行特殊的抗浮設計。

（6）地基承載力的基本允許值[FA0]是基于地基應力的理論計算，并依據《公路橋涵基礎及地基基礎設計規范》3.3.4的有關規定。在這本書中，涵洞基礎的深度一般是內聚的（液體指數IL大于0.5）（寬度校正系數K1＝0，即沒有寬度校正；深度校正系數K2為1.5）。相應的涵洞承臺層為原狀土層，當其它土層時，可在滿足沉降要求和穩定性的前提下進行修正和重新計算。

4.2 水力設計

位于樁號K0+078.05處，由于箱涵的過流能力將會影響附近A涌的過流能力，現計算如下：

既有箱涵B×H=11.70m×1.57m，過流能力Q=47.83m3/s（箱涵水力坡度為0.001），而根據《增城市水系規劃新塘鎮專題》，A涌設計流量為16m3/s，現狀箱涵過流能力滿足規劃要求。

4.3 總體布置

本箱涵與既有箱涵相接；箱涵中心線與道路里程線夾角為56°18’6”；布置；箱涵縱坡為0.3%，箱涵（西側）出口（接既有箱涵）底板頂標高為0.54m，箱涵（東側）進口底板頂標高為0.61m。

4.4 箱涵結構設計

箱涵長24m。箱涵采用單箱三室結構形式，頂底板和側墻厚度均為0.4m，中墻0.3m。箱涵每隔6m設置一道沉降縫。箱涵進水口擋墻采用M7.5漿砌塊石砌筑。根據現場情況需鑿除既有涵部分混凝土后，在新建涵與既有涵處設變形縫。

4.5 箱涵地基處理

參照地質詳勘鉆孔ZK8和ZK9，新建箱涵底在淤泥層處，因此需對其基礎進行換填處理。本箱涵地基承載力要求達到140kPa以上。

5 箱涵防水

5.1 主體結構自防水

箱涵主體結構自防水鋼筋混凝土強度等級為C30，抗滲等級P6。混凝土內添加適量防滲抗裂微膨脹劑，微膨脹劑用法和摻量應根據選用產品并根據廠家指導通過試驗確定[10]。

防水混凝士采用42.5級普通硅酸鹽水泥，所用砂石和拌和用水必須達到相應規范要求，外加劑應符合國家或行業標準一等品及以上質量要求。

5.2 施工縫防水

施工縫防水采用鍍鋅鋼板止水帶，鍍鋅鋼板寬度30cm，厚度3mm。

5.3 變形縫防水

變形縫防水采用中埋式橡膠膩子止水帶和迎水面外貼式復合型橡膠止水帶防水。

5.4 河涌整治

新建箱的東側采用1：1.5邊坡與既有河道接順。

6 技術要點

（1）箱涵處無地質鉆孔，參考臨近地質詳勘鉆孔[12]ZK8及ZK9顯示，分別存在1.7m及2.5m厚淤泥層，對箱涵基礎采取先進行1m拋填片石后換填2m碎石砂的方法，本箱涵地基承載力要求達到140KPa以上。開挖翼墻基礎后，如出現淤泥、粉細沙等不良地基時，采用拋填片石處理[11]。施工單位應在施工前對參考地質詳勘鉆孔進行復測，若現場實際情況與地質資料不符，施工單位應及時通知設計單位，進行相應調整。

（2）施工箱涵前對既有河涌利用導流渠進行導流。箱涵施工期間采用袋裝粘土圍堰施工，進水口施工圍堰高度高出河涌底1m；圍堰高度可根據施工季節進行調整。

（3）土方開挖：箱涵和護岸擋墻采用明挖施工，基坑開挖按1：1.5放坡開挖。

（4）回填土要求：超挖部分，須用中砂回填，用平板震動器振實，才填做素混凝土墊層，.墻外側0.8m回填中粗砂。回填時必須在箱涵兩側對稱進行，高差不得超過0.3m，必須保證質量并按有關規范要求執行。

（5）新、老涵接頭處設置止水帶連接。

（6）所有施工誤差均應符合相關規范的要求。施工期間須做好提前預告，避免造成交通堵塞等現象。

（7）混凝土分層澆筑應連續進行。對于間歇性中斷，間歇時間應小于前層中混凝土的初始凝結時間或重塑時間。當使用插入式振動器時，振動器應該延伸到下層的深度。（50～100mm）。混凝土的運輸、澆筑和間歇性時間應符合《公路橋涵施工技術規范》[7]表6.1.1.5的要求。但是，超過規定時間的，施工中斷，施工縫留置。在澆筑上部混凝土之前，施工縫應處理如下：處理層應清除混凝土表面的松散層，并用清水沖洗混凝土表面。

[1《]城市橋梁設計規范》（CJJ 11-2011）.

[2《]建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）.

[3《]公路涵洞設計細則》（JTG/T D65-04-2007）.

[4《]混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）.

[5《]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）.

[6《]公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTGD63-2007）.

[7《]公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）.

[8《]公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）.

[9《]城市橋梁抗震設計規范》CJJ 166-2011.

[10《]混凝土結構耐久性設計與施工指南》（2005年修訂版）（CCES 01-2004）.

[11《]公路路基設計規范》（JTGD30-2004）.

[12《]公路工程地質勘察規范》（JTJ064-98）.

[13《]建筑地基基礎檢測規范》（DBJ 15-60-2008）.