基于箱涵结构分析设计的反思

侯康

（广州市市政工程设计研究总院 广东广州 510060）

箱涵适应能力较强，造价相对桥梁结构较低，对于跨越较小跨径河涌、填土高度较低或用于过水等情况，选择箱涵更为合适。因此本文通过实际工程分析了箱涵结构设计施工的技术难点。

1 工程背景

A工程标标准段宽度40m，设计车速50km/h，双向六车道。道路标准横断面为：3.5m人行道和非机动车道+2m绿化带+12m机动车道+5m中央绿化带+12m机动车道+2m绿化带3.5m人行道和非机动车道。

A工程在里程K0+078.051处，跨越既有涌。新建过路涵中心线与道路里程线夹角为 56°18’6”；为 3 孔净高 1.6m，净宽（3.4+4.2+3.7）m 的箱涵。箱涵西侧（出水口）与既有三孔箱涵相接。箱涵东侧（进水口）设约2.7m长护岸挡墙，与河涌整治工程衔接。既有箱涵B×h=11.70×1.57，经核算，该现状箱涵横断面满足规划过流需求。本设计为既有过路涵配合道路工程对既有箱涵进行延长和清疏。

2 工程材料

2.1 普通钢筋

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

其技术标准应符合《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋》[7]（GB1499.1-2008）、《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》[7]（GB1499.2-2008）和《钢筋混凝土用钢筋焊接网》[7]（GB/T 1499.3-2002）的规定。

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、外加剂等材料应符合相关国家或行业质量标准[4]。

2.3 其它材料

箱涵外墙，箱顶均涂热沥青二层。

3 技术标准

（1）道路等级：城市主干道。

（2）设计荷载：公路－I级。

（3）设计基准期：100 年[8]。

（4）公路桥涵结构设计安全等级：二级。

（5）工程构件重要性系数：1．0。

（6）地下工程防水等级：二级。

（7）结构抗浮安全系数：1.05。

（8）钢筋混凝土结构裂缝控制：0.2mm。

（9）抗震设防标准：地震烈度7度[1]。

4 结构设计

4.1 计算假定

（1）采用无压单孔箱涵设计。开口的形状是八字翼墙和字翼墙。如果使用其他形式，则需要单独设计[3]。

（2）单孔箱涵根据箱形框架计算内力，并根据承载力的极限状态和正常使用极限状态进行计算和校核。顶板、底板和侧壁均采用偏心受压构件加固[6]。除了满足受力要求外，钢筋还必须满足开裂要求和规范所要求的最小配筋率。

（3）涵身荷载：

计算涵洞顶部填土桩的重量，并根据新填土条件计算。涵洞的竖向和水平压力[2]乘以垂直压力强度因子K和水平抗压强度因子α，填充密度为 19kN/m3，摩擦角 30°。

活荷载计算基于30°扩散分布，涵洞顶部填土高度大于0.5m，不考虑活荷载冲击效应。

根据《公路工程抗震设计规范》第3.1.6条的规定，考虑地震主动土压力，以基础强度为8度、地震角为3°的非淹没水为基准[9]，按5.2的规范计算水平地震惯性力。公路工程抗震设计3个注意事项。在地震液化区，涵洞基础应与路基加固措施共同考虑。

箱内外温度变化值取±15℃。

（4）斜涵洞作为正交涵洞进行简化计算，计算跨度与涵洞长度垂直。由于斜涵洞上的车辆荷载不具有正交涵洞斜度，这种简化计算是安全的。斜涵洞中心肋的布置方向垂直于涵洞的长度，两端采用梯形的平面作为对角线布的加强段[5]，顶层和底层的主要钢筋布置在一起。随着根的斜率增加。

（5）当涵洞周围的地下水位高于涵洞的高程时，应考虑地下水浮力的影响，并根据工程的具体情况进行特殊的抗浮设计。

（6）地基承载力的基本允许值[FA0]是基于地基应力的理论计算，并依据《公路桥涵基础及地基基础设计规范》3.3.4的有关规定。在这本书中，涵洞基础的深度一般是内聚的（液体指数IL大于0.5）（宽度校正系数K1＝0，即没有宽度校正；深度校正系数K2为1.5）。相应的涵洞承台层为原状土层，当其它土层时，可在满足沉降要求和稳定性的前提下进行修正和重新计算。

4.2 水力设计

位于桩号K0+078.05处，由于箱涵的过流能力将会影响附近A涌的过流能力，现计算如下：

既有箱涵B×H=11.70m×1.57m，过流能力Q=47.83m3/s（箱涵水力坡度为0.001），而根据《增城市水系规划新塘镇专题》，A涌设计流量为16m3/s，现状箱涵过流能力满足规划要求。

4.3 总体布置

本箱涵与既有箱涵相接；箱涵中心线与道路里程线夹角为56°18’6”；布置；箱涵纵坡为0.3%，箱涵（西侧）出口（接既有箱涵）底板顶标高为0.54m，箱涵（东侧）进口底板顶标高为0.61m。

4.4 箱涵结构设计

箱涵长24m。箱涵采用单箱三室结构形式，顶底板和侧墙厚度均为0.4m，中墙0.3m。箱涵每隔6m设置一道沉降缝。箱涵进水口挡墙采用M7.5浆砌块石砌筑。根据现场情况需凿除既有涵部分混凝土后，在新建涵与既有涵处设变形缝。

4.5 箱涵地基处理

参照地质详勘钻孔ZK8和ZK9，新建箱涵底在淤泥层处，因此需对其基础进行换填处理。本箱涵地基承载力要求达到140kPa以上。

5 箱涵防水

5.1 主体结构自防水

箱涵主体结构自防水钢筋混凝土强度等级为C30，抗渗等级P6。混凝土内添加适量防渗抗裂微膨胀剂，微膨胀剂用法和掺量应根据选用产品并根据厂家指导通过试验确定[10]。

防水混凝士采用42.5级普通硅酸盐水泥，所用砂石和拌和用水必须达到相应规范要求，外加剂应符合国家或行业标准一等品及以上质量要求。

5.2 施工缝防水

施工缝防水采用镀锌钢板止水带，镀锌钢板宽度30cm，厚度3mm。

5.3 变形缝防水

变形缝防水采用中埋式橡胶腻子止水带和迎水面外贴式复合型橡胶止水带防水。

5.4 河涌整治

新建箱的东侧采用1：1.5边坡与既有河道接顺。

6 技术要点

（1）箱涵处无地质钻孔，参考临近地质详勘钻孔[12]ZK8及ZK9显示，分别存在1.7m及2.5m厚淤泥层，对箱涵基础采取先进行1m抛填片石后换填2m碎石砂的方法，本箱涵地基承载力要求达到140KPa以上。开挖翼墙基础后，如出现淤泥、粉细沙等不良地基时，采用抛填片石处理[11]。施工单位应在施工前对参考地质详勘钻孔进行复测，若现场实际情况与地质资料不符，施工单位应及时通知设计单位，进行相应调整。

（2）施工箱涵前对既有河涌利用导流渠进行导流。箱涵施工期间采用袋装粘土围堰施工，进水口施工围堰高度高出河涌底1m；围堰高度可根据施工季节进行调整。

（3）土方开挖：箱涵和护岸挡墙采用明挖施工，基坑开挖按1：1.5放坡开挖。

（4）回填土要求：超挖部分，须用中砂回填，用平板震动器振实，才填做素混凝土垫层，.墙外侧0.8m回填中粗砂。回填时必须在箱涵两侧对称进行，高差不得超过0.3m，必须保证质量并按有关规范要求执行。

（5）新、老涵接头处设置止水带连接。

（6）所有施工误差均应符合相关规范的要求。施工期间须做好提前预告，避免造成交通堵塞等现象。

（7）混凝土分层浇筑应连续进行。对于间歇性中断，间歇时间应小于前层中混凝土的初始凝结时间或重塑时间。当使用插入式振动器时，振动器应该延伸到下层的深度。（50～100mm）。混凝土的运输、浇筑和间歇性时间应符合《公路桥涵施工技术规范》[7]表6.1.1.5的要求。但是，超过规定时间的，施工中断，施工缝留置。在浇筑上部混凝土之前，施工缝应处理如下：处理层应清除混凝土表面的松散层，并用清水冲洗混凝土表面。

[1《]城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）.

[2《]建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）.

[3《]公路涵洞设计细则》（JTG/T D65-04-2007）.

[4《]混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）.

[5《]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）.

[6《]公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）.

[7《]公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）.

[8《]公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）.

[9《]城市桥梁抗震设计规范》CJJ 166-2011.

[10《]混凝土结构耐久性设计与施工指南》（2005年修订版）（CCES 01-2004）.

[11《]公路路基设计规范》（JTGD30-2004）.

[12《]公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）.

[13《]建筑地基基础检测规范》（DBJ 15-60-2008）.