低填土蓋板涵整體基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算

王剛　王連鵬　惠明

[摘要]使用倒梁法對(duì)低填土蓋板涵整體基礎(chǔ)進(jìn)行受力分析計(jì)算，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]倒梁法；低填土；蓋板涵；整體基礎(chǔ)

文章編號(hào)：2095-4085（2015）10-0068-02

青島部分沿海地區(qū)整體地勢(shì)標(biāo)高較低，市政道路設(shè)計(jì)時(shí)由于雨水排放要求，可能會(huì)沿道路敷設(shè)較大孔徑排水管道，但受到道路豎向標(biāo)高制約，部分管段覆土不滿足規(guī)范要求，給管道施工和檢查井砌筑帶來(lái)困難，因此，設(shè)計(jì)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140kPa，采用整體式基礎(chǔ)的蓋板涵經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比箱涵較節(jié)省。筆者通過(guò)實(shí)例對(duì)蓋板涵整體基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

1整體基礎(chǔ)模型及受力分析

倒梁法是假定整體式基礎(chǔ)與涵臺(tái)鉸接，基底凈反力作為均布荷載q作用在基礎(chǔ)底面，對(duì)將基礎(chǔ)簡(jiǎn)化為倒置的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析，如圖1所示。整體式基礎(chǔ)有兩種形式，素混凝土基礎(chǔ)和鋼筋混凝土基礎(chǔ)。低填土情況下，由于地基承載力不高，素混凝土結(jié)構(gòu)不用綁扎鋼筋，工序少、工期短、造價(jià)低，首選素混凝土結(jié)構(gòu)。倒梁法計(jì)算模型不考慮涵臺(tái)的支撐寬度及基礎(chǔ)襟邊寬度；為便于計(jì)算，選取1米寬涵洞進(jìn)行計(jì)算。

2整體式基礎(chǔ)抗剪計(jì)算

2.1直剪計(jì)算

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D61—2005）第4.0.13條公式為

γ₀V_d≤Af_vd+1/1.4μ_fN_k

該公式適用于直接剪切構(gòu)件，可作為涵洞基礎(chǔ)支點(diǎn)截面的抗剪計(jì)算。

2.2彎剪計(jì)算

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》沒(méi)有給出彎剪破壞計(jì)算公式，計(jì)算時(shí)可參照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）第5.2.10條公式計(jì)算

γ₀V_d≤0.50×10^-3α₂f_tdbh₀（kN）

對(duì)于鋼筋混凝土整體基礎(chǔ)可按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）進(jìn)行抗剪計(jì)算。

3算例

某市政雨水暗涵1～2.0m，暗涵位于車行道內(nèi)，車輛荷載等級(jí)采用公路-I級(jí)，涵頂填土高度為0.5m，涵洞基底設(shè)計(jì)地基反力為80kPa，地基承載力為100kPa，基礎(chǔ)采用素混凝土整體基礎(chǔ)，截面形式如圖2所示，驗(yàn)算基礎(chǔ)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(jí)為三級(jí)，計(jì)算跨徑l=2+0.5=2.5m。

取1m涵長(zhǎng)計(jì)算：

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

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

（2）按照承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行抗彎計(jì)算。為簡(jiǎn)化計(jì)算，綜合考慮恒載和汽車荷載所引起的地基土應(yīng)力比例偏安全的取統(tǒng)一的荷載分項(xiàng)系數(shù)1.3。

r₀M_d=0.9×1.3×51.7=60.5kN·m基礎(chǔ)C30砼f_tmd=1.04MPa

基礎(chǔ)能夠承受的最大彎矩M_R=f_tmd×bh²/6=1.04×1000×1.0×0.72/6=84.93kN·m>60.5kN·m

計(jì)算通過(guò)。

（3）按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行抗彎計(jì)算

其計(jì)算公式如下

m=51.7kN·m

[f]W=0.5ftk×bh²/6=0.5×2010×1.0×0.7×0.7/6=82.08kN·m>51.7kN·m

計(jì)算通過(guò)。

（4）抗剪計(jì)算

計(jì)算截面剪力r₀V_d=0.9×1.3×（1/2×80×1 2）=93.6kN

Afvd=1.0×0.7×2.09×1000=1463kN>93.6kN

計(jì)算通過(guò)。

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

3結(jié)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(shè)計(jì)規(guī)范，按照簡(jiǎn)化的倒梁法進(jìn)行整體涵洞基礎(chǔ)計(jì)算簡(jiǎn)便易行，在設(shè)計(jì)工程中操作性較強(qiáng)。