不同地基土條件下管廊標準段底板受力數值分析

汪登峰 韓明波

(中冶沈勘秦皇島工程設計研究總院有限公司，河北 秦皇島 066004)

1 概述

綜合管廊自2015年國家開始全面推進試點城市建設后，綜合管廊建設進入新階段。目前，現澆混凝土綜合管廊結構一般為矩形箱涵結構，管廊結構基底與土體的相互作用通常采用彈性地基模型中的基床系數法模擬分析。因此，文中采用midas Gen軟件結合河北省某管廊標準段結構，通過基床系數法來模擬不同地基土條件下，管廊標準段底板受力的特點變化。

2 項目概況

本項目為河北省某地下綜合管廊項目，管廊容納電力電纜、通訊、給水、中水、熱力和天然氣等市政管道。橫斷面長度14.5 m，高度3.8 m，埋深地面下3 m。管廊構筑物設計使用年限為100年，建筑結構安全等級為一級。結構側壁厚度為400 mm，中隔板厚度為300 mm，頂板及底板厚度為450 mm，混凝土強度等級采用C35防水混凝土，采用明挖法施工。結構剖面圖如圖1所示。

采用midas Gen軟件進行分析，縱向分析單元長度取一個伸縮縫長度30 m，采用板單元模擬分析，工程中地基土約束采用彈性連接方式模擬；結構所受靜力荷載有：結構自重、覆土荷載、土壓力、側壁管線荷載、地下水壓力、汽車荷載。

3 不同地基底板受力分析

對于不同的地基土，合理確定基床系數k是結構模擬計算條件的關鍵，文中分別選取了砂類土、碎石土和軟質巖石三種巖土類別，并相應選取幾項不同狀態(密實度)的地基土進行對比分析，基礎系數k的確定主要根據文獻[3]中提供的經驗值，具體取值見表1。

表1 文獻[3]基床系數經驗值

3.1 不同狀態砂類土對結構底板受力比較

文中分別選取了5 MN/m3，20 MN/m3，30 MN/m3，40 MN/m3和65 MN/m3的五種不同的基床系數，分析比較不同狀態的砂類土對管廊標準段底板的地基反力、彎矩和豎向位移的影響。圖2～圖4分別為五種不同基床系數情況下，底板地基反力分布圖、底板豎向位移圖和底板彎矩圖(圖中符號約定：地基反力以底板受壓為正；豎向位移以底板向下為正；彎矩圖以底板上側受拉為正)。從圖2可以看出，砂類土中基底反力分布并不均勻，隨著基床系數k越大，基底反力越不均勻；不均勻程度與底板跨度有關。從圖3中可以看出，底板位移隨著基床系數越大，位移越小；在k=5 MN/m3時，基底最大位移僅為25.5 mm，在k=65 MN/m3時，基底最大位移僅為2.2 mm；對于工程中常用的混凝土管，鑄鐵管，鋼管等管材，管線的不均勻沉降允許值一般為30 mm[4]，故可以不用考慮基床系數k對基底位移的影響；從圖4可以看出，砂類土中基床系數對結構底板彎矩影響不大，隨著基床系數越大，側壁及隔墻處負彎矩基本不變；各板跨跨中最大正彎矩越來越小，但變化不大。綜上可得，砂類土中基床系數k對管廊結構底板計算影響不大，可以直接取用一個基床系數值進行結構分析計算。

3.2 不同巖土類別對結構底板受力比較

文中分別選取了中密砂類土、中密碎石土及強風化軟質巖，參考文獻[1]基床系數經驗值，分別取30 MN/m3,80 MN/m3和170 MN/m3三種不同的基床系數，分析比較不同巖土類別對管廊標準段底板的地基反力、和彎矩的影響。

圖5，圖6分別為三種不同巖土類別情況下，底板地基反力分布圖和底板彎矩圖(圖中符號約定：地基反力以底板受壓為正；彎矩圖以底板上側受拉為正)。從圖5可以看出，在不同巖土類別地基土中，隨著基床系數k越大，基底反力越來均勻。從圖6可以看出，在不同巖土類別地基土中，板跨跨中彎矩的變化趨勢與厚跨比有關；厚跨比小于1/6時，基床系數k越大，跨中彎矩越大，厚跨比大于1/6時，基床系數k越大，跨中彎矩越小。但側墻及中隔墻處彎矩隨著基床系數k增大越來越小，但變化不大。

4 結語

文中對某管廊標準段采用基床系數法進行比較分析，對比分析結構表明：1)不同狀態的砂類土對管廊結構底板受力影響不大，可以直接取用一個基床系數值進行結構分析計算。2)不同巖土類別地基土對管廊結構底板受力存在影響，在工程設計中，應根據建設場地實際巖土類別采用基床系數法計算，計算結果更符合工程實際。