低填土盖板涵整体基础内力计算

王刚　王连鹏　惠明

[摘要]使用倒梁法对低填土盖板涵整体基础进行受力分析计算，为工程设计提供依据。

[关键词]倒梁法；低填土；盖板涵；整体基础

文章编号：2095-4085（2015）10-0068-02

青岛部分沿海地区整体地势标高较低，市政道路设计时由于雨水排放要求，可能会沿道路敷设较大孔径排水管道，但受到道路竖向标高制约，部分管段覆土不满足规范要求，给管道施工和检查井砌筑带来困难，因此，设计中常将部分管道取代为雨水暗涵。沿海地段地基承载力普遍较低，持力层承载力特征值一般小于140kPa，采用整体式基础的盖板涵经济指标比箱涵较节省。笔者通过实例对盖板涵整体基础进行设计计算。

1整体基础模型及受力分析

倒梁法是假定整体式基础与涵台铰接，基底净反力作为均布荷载q作用在基础底面，对将基础简化为倒置的简支梁进行分析，如图1所示。整体式基础有两种形式，素混凝土基础和钢筋混凝土基础。低填土情况下，由于地基承载力不高，素混凝土结构不用绑扎钢筋，工序少、工期短、造价低，首选素混凝土结构。倒梁法计算模型不考虑涵台的支撑宽度及基础襟边宽度；为便于计算，选取1米宽涵洞进行计算。

2整体式基础抗剪计算

2.1直剪计算

根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61—2005）第4.0.13条公式为

γ₀V_d≤Af_vd+1/1.4μ_fN_k

该公式适用于直接剪切构件，可作为涵洞基础支点截面的抗剪计算。

2.2弯剪计算

根据《公路圬工桥涵设计规范》没有给出弯剪破坏计算公式，计算时可参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第5.2.10条公式计算

γ₀V_d≤0.50×10^-3α₂f_tdbh₀（kN）

对于钢筋混凝土整体基础可按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）进行抗剪计算。

3算例

某市政雨水暗涵1～2.0m，暗涵位于车行道内，车辆荷载等级采用公路-I级，涵顶填土高度为0.5m，涵洞基底设计地基反力为80kPa，地基承载力为100kPa，基础采用素混凝土整体基础，截面形式如图2所示，验算基础能否满足抗弯、抗剪要求。

涵身材料选用C30混凝土，涵洞安全等级为三级，计算跨径l=2+0.5=2.5m。

取1m涵长计算：

（1）荷载计算。地基反力均布荷载q=80×1.0=80kN/m，基础荷载自重g=23×0.6×1.0=13.8kN/m；

跨中基础顶面负弯矩偏安全采用单跨弯矩计算，单跨跨径取2+0.5m=2.5m，M=1/8×（80-13.8）×6.25=51.7kN·m

（2）按照承载能力极限状态进行抗弯计算。为简化计算，综合考虑恒载和汽车荷载所引起的地基土应力比例偏安全的取统一的荷载分项系数1.3。

r₀M_d=0.9×1.3×51.7=60.5kN·m基础C30砼f_tmd=1.04MPa

基础能够承受的最大弯矩M_R=f_tmd×bh²/6=1.04×1000×1.0×0.72/6=84.93kN·m>60.5kN·m

计算通过。

（3）按正常使用极限状态进行抗弯计算

其计算公式如下

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

计算通过。

（4）抗剪计算

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

Afvd=1.0×0.7×2.09×1000=1463kN>93.6kN

计算通过。

由此看出，抗弯承载力满足要求时抗剪承载力富裕较多，一般抗弯承载力满足要求时，可不再验算抗剪承载力。

3结论

（1）低填土盖板涵在地基承载力较差路段代替雨水箱涵是合理可行的。

（2）基于公路桥梁设计规范，按照简化的倒梁法进行整体涵洞基础计算简便易行，在设计工程中操作性较强。