一级公路下穿U型槽设计探讨
时间：2023-04-24 18:35:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
蒋正平
（中铁上海设计院集团南通晟大有限公司，江苏 南通 226000）
本文结合南通市海门区某一级公路下穿U型槽设计工程，比选机动车道与非机动车道U型槽底板齐平与错位方案，通过分析其受力及造价确定最终方案，相关经验可为同类型项目提供有效参考借鉴。
南通市海门区某一级公路下穿U型槽设计工程起点为桩号k0+520，路线由西向东，项目终点桩号k1+380，路线全长0.86km，采用一级公路标准建设。
U型槽周边环境简单空旷，采用双向六车道一级公路标准建设，设计时速60km/h，全长340m，全线采用明挖顺做法，分离式结构断面。
隧道建筑机动车道净宽12.75m，净高4.5m；
非机动车及人行通道净宽6.5m，净高2.5m；
路面设计年限为15年，U型槽主体结构设计使用年限为100年；
结构抗渗等级为P8。
U槽横断面设计需综合考虑建筑限界、设备安装空间、装修空间、施工误差和结构变形等因素。在满足建筑限界的基础上，机动车U槽左右两侧各增加15cm宽度作为装修空间。
图1 机动车道与非机动车道底板齐平
分离式U型槽结构形式具体可分为两种，第一种是机动车道与非机动车道U槽底板齐平的结构形式，第二种是机动车道与非机动车道U槽底板错位的结构形式，横断面布置如图1所示。
U型槽采用C40钢筋混凝土，以最深处距离计算，底板厚1m，机动车道外侧墙厚1m，非机动车道外侧墙厚1m，机动车道内侧墙厚0.6m。
图2 机动车道与非机动车道底板错位
U型槽采用C40钢筋混凝土，以最深处距离计算，机动车底板厚1m，非机动车道底板厚0.8m，机动车道内外侧墙厚1m，非机动车道外侧墙厚0.6m。
非机动车、机动车纵断面均采用V字坡设计，机动车进口坡率-3%，出口坡率3%，人非进口坡率-1.4%，出口坡率1.4%。
该项目U型槽主体结构采用明挖法施工，基坑常规段采用“放坡+坡面防护”的围护结构形式，同时在基坑外侧布置止水帷幕。
（一）结构受力分析
结构自重；
侧墙水土压力；
地面超载侧压力；
底板水浮力；
土重及铺装；
不考虑汽车荷载；
温度考虑整体升温35℃、整体降温25℃。
（二）模型建立
该结构采用MIDAS/Civil2021计算（选取1m计算）。
1.机动车道与非机动车道底板齐平状况下的恒载
结构自重按25kN/m3计算；
侧墙水土压力：土压力系数取K0=0.65。
机动车道外侧侧墙底（按水土分算）：
水压力：(4.42 +1.0-0.5)×10=49.2kPa；
土压力：[(4.42+1.0)×(18.81-10)]×0.65=31.0 kPa；
图3 机动车道与非机动车道底板齐平计算模型
非机动车及人行通道外侧侧墙底（按水土分算）：
水压力：(5.62+1-1.7×10=49.2kPa；
土压力：[(5.62+1.0-0.9)×(18.81-10)]×0.65=32.8kPa；
底板水浮力：(4.42+1.0-0.5)×10=49.2 kPa；
机动车道底板铺装：0.45×26+0.12×23=14.72kPa；
非机动车及人行通道底板填土及铺装：(2.624-0.75）×16+0.4×26+0.1×23=42.7kPa；
非机动车及人行通道侧墙土压力：0.5×16=8kPa；
2.机动车道与非机动车道底板齐平状况下的活载
顶板活载标准值：按20kPa计算，机械荷载按10kPa计算；
底板活荷载取0kPa；
机动车道侧墙活载标准值：qH=0.65×20=13kPa；
非机动车及人行通道侧墙活载标准值：qH=0.65×30=19.5kPa；
温度变化影响：取施工时温度与最低和最高月平均气温之差。
图4 承载能力极限状态下弯矩设计值
弯矩最大值位于非机动车道下底板处，弯矩值为1160kN·m。
图5 正常使用极限状态弯矩设计值
弯矩最大值位于非机动车道下底板处，弯矩值为967kN·m。
图6 机动车道与非机动车道底板错位计算模型
3.机动车道与非机动车道底板错位状况下的恒载
结构自重：按25kN/m3；
侧墙水土压力：土压力系数取K0=0.65。
机动车道外侧侧墙底（按水土分算）：
水压力：(5.58 +1.0-0.5)×10=60.8 kPa；
土压力：[(5.58 +1.0)×(18.81-10)]×0.65=37.7 kPa；
机动车道内侧侧墙底（按水土分算）：
水压力：(5.58+1.0+0.5-0.5)×10=65.8kPa；
土压力：[(5.58+1.0+0.5)×(18.81-10)]×0.65=40.5kPa；
非机动车及人行通道外侧侧墙底（按水土分算）：
水压力：(4.324+1.0-1.7)×10=36.2kPa；
土压力：[(4.324+1.0-0.9)×(18.81-10)]×0.65=25.3kPa；
机动车道底板水浮力：(5.58+1.0-0.5)×10=60.8 kPa；
非机动车及人行通道底板水浮力：(4.324+1.0-1.7) ×10=36.2 kPa；
底板铺装：0.5×26+0.12×23=15.76kPa；
4.机动车道与非机动车道底板错位状况下的活载
顶板活载标准值：按20kPa计，机械荷载按10kPa计；
底板活荷载取0kPa；
机动车道侧墙活载标准值：qH=0.65×20=13kPa。
非机动车及人行通道侧墙活载标准值：qH=0.65×30=19.5kPa；
温度变化影响：取施工时温度与最低和最高月平均气温之差。
图7 承载能力极限状态下弯矩设计值
弯矩最大值位于机动车道下底板处，弯矩值为1647kN·m。
图8 正常使用极限状态弯矩设计值
弯矩最大值位于机动车道下底板处，弯矩值为1354kN·m。
经过计算表明，在同等埋深高度下，机动车道与非机动车道底板齐平受力更合理，弯矩值更小，钢筋量及混凝土量更小，实际效果较底板错位更经济合理。
本文结合南通市海门区某一级公路下穿U型槽设计工程，通过比选机动车道与非机动车道U型槽底板平齐与错位方案，分析两种方案的受力及造价，最终确定底板齐平方案最佳，经济效益较合理。
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