综合管廊与桥梁桥墩及桩基合建节点方案设计

王 华，吴太广

（广东省建筑设计研究院有限公司 广州510010）

0 引言

随着城市的发展，地下空间的利用越来越被重视，近年来国家大力推广综合管廊建设，为城市地下空间的利用带来了机遇，同时也产生了一些问题。这主要表现为综合管廊建设占据了部分原有道路地下空间，导致原来规划的高架桥、地铁等布置位置紧张。为了解决此类问题，综合管廊与桥梁、地铁等合建不可避免［1-4］。

梅州市某道路地下综合管廊由于规划综合管廊布置在道路中央绿化带，而该道路跨线桥也布置在道路中央，受周边征拆的影响，综合管廊无法绕过桥梁位置，通过多种方案比选，提出来了综合管廊与桥梁合建方案。

1 综合管廊与桥梁总体布置

1.1 综合管廊布置

该道路路为旧路改造道路，道路红线宽度50 m，道路两侧存在较密集的现状建筑。综合管廊为三舱断面，宽12.85 m，高4.05 m，综合管廊布置在6 m中央绿化带及车行道下。入廊管线包含原水、污水、给水、燃气、110 kV电力电缆、10 kV电力电缆、通信等管道，详细布置如图1所示。

图1 标准段综合管廊横断面Fig.1 Cross Section of Pipe Gallery in Standard Section（cm）

1.2 桥型布置

该道路跨线桥全长346 m，跨径组合为3 m+4×30 m+（30+40+30）m+4×30 m+3 m，桥宽18 m，如图2所示。

上部结构为预应力混凝土连续箱梁，箱梁采用等高度单箱四室、弧型断面，梁高2.0 m，采用支架现浇法施工。

下部结构与上部结构相呼，采用双柱花瓶型桥墩，桥墩台基础采用桩基础，桩基桩径分别采用1.8 m及1.5 m。

2 合建节点方案

2.1 合建节点方案选择

桥墩及桩基与管廊合建一般有以下几种方式［5-8］：

⑴桥墩或桩基直接立于管廊顶，用管廊结构当成桥的基础。

⑵桥墩或桩基穿越管廊顶底板与顶板结果直接采用柔性连接，减少两者不均匀沉降的影响。

⑶桥墩或桩基与管廊顶底板采用刚性连接，通过采用其他措施解决两者的不均匀沉降。

结合本项目的特点，经过综合分析，若采用第⑴种方案，由于桥墩反力太大，管廊顶底板厚度需要按桥梁承台的厚度来设置需要2 m厚，综合断面混凝土用量巨大，不经济，且施工支模重量太大，施工安全和质量难控制；若采用第⑵种方案，管廊顶板与桥墩或桩基之间的柔性连接一般会采用变形缝［9］，由于变形缝适应不均匀沉降的能力有限，容易拉断，导致综合管廊内漏水，因此本工程推荐采用第⑶种方案。

2.2 合建段综合管廊断面布置

为了尽量减少穿过综合管廊的桥墩或桩基对综合管廊内部空间的影响，桥墩和桩基位置宜布置在综合管廊墙身位置。另外为了保证桥台位置不超过两根桩穿过管廊内部，综合管廊横断面布置宽度需压缩在桥台两根外侧桩之内。通过多种方案比较后，采用如图3所示的原水管局部下沉方案，并通过钢格栅盖板将原水管上方的空间利用作为检修车道，较好地解决了综合管廊横向布置宽度受限问题，最终桥台处布置断面如图4所示，中间两根桩从综合管廊中间穿过，并同下凹侧墙浇筑为一体，外侧两根桩同外侧墙浇筑为一体，不占用管廊内空间。

图3 合建段标准横断面Fig.3 Standard Cross Section of Joint Construction Section（mm）

图4 桥台处横断面Fig.4 Cross Section at Abutment（cm）

2.3 合建节点构造设计

桥墩或桩基穿过管廊处，为了不压缩管廊内净宽和管线安装需要，合建节点综合平面通过局部外扩，绕开桥墩或桩基，如图5⒜所示，外扩角度需满足各类入廊管线的转弯半径要求。

图5 合建节点桥墩处平面及横断面Fig.5 Plane and Cross Section at Pier of Joint Construction Node（mm）

为了解决桥与综合管廊之间及合建节点与标准段之间的不均匀沉降，构造上采用如下处理措施［10］：

⑴合建段在桥墩前后约10 m范围内，除了综合舱与桥墩共用桩基础，其余舱室也采用小直径桩基础，桩基础可有效降低桥与管廊之间的不均匀沉降，防止各舱室底板因不均匀沉降产生过大的弯矩和剪力。

⑵由于合建段桥墩前后约10 m范围内采用桩基础，而其余段标准段采用浅基础，为减少不同基础类型之间的不均匀沉降对结构受力的影响，桩基础的桥墩段与标准段之间通过变形缝连接，降低不均匀沉降对管廊结构的影响，变形缝可保证管廊的正常使用。

另外，桥墩及桩基穿越处顶板弯矩和剪力比较集中，为避免因内力过大破坏顶板，通过局部加厚顶板满足受力要求，合建节点桥墩处横断面如图5⒝所示。

3 综合管廊与桥桩合建节点内力分析

3.1 计算模型

综合管廊与桥桩合建节点分析是本方案难点，由于合建节点受力复杂，不能采用一般综合管廊段的平面框架模型，因此通过有限元计算软件，建立三维梁板单元模型，综合管廊顶板、底板、侧墙、中墙均采用板单元，桥墩和桩基采用梁单元模拟，计算模型如图6⒜所示。边界条件桩底按固结考虑，管廊底板与地基之间的作用，采用只考虑受压，不受拉的土弹簧模拟。土弹簧的刚度根据勘察资料和经验数据综合确定。为对比桥墩对综合管廊受力的影响，另建对比模型，在原模型基础上删除桥墩、桩基及相关约束，如图6⒝所示。

图6 计算模型Fig.6 Computational Model

3.2 计算结果分析

计算考虑的主要恒载有管廊顶覆土荷载、侧土压力、水压力荷载及桥梁传递荷载。抗浮计算水位取路面标高，桥梁传递恒载按桥梁纵向计算反力每根柱顶7 500 kN。活载考虑汽车荷载对顶板及侧墙的影响，桥梁传递活载每根柱顶按1 600 kN，另外还考虑桥梁制动荷载对管廊的不利影响，每根柱顶按330 kN。

经过比较图7中2个模型的计算结果，综合管廊顶板横向弯矩分布及大小均受桥墩及桩基影响较大。无桥墩及桩基模型顶板最大负弯矩在管廊分舱的中隔墙顶部位置，最大值为-734.4 kN·m，最大正弯矩在跨中位置，最大值为416.7 kN·m；而增加了桥墩和桩基的综合管廊顶板最大负弯矩位于桥墩位置处，最大值为1 093.7 kN·m，较无桥墩及桩基模型增大约49%，最大正弯矩仍位于跨中处，最大值为367.4 kN·m，正弯矩减小约12%，这是因为桥墩的存在，为顶板提供了支撑，减小了顶板的跨度所致。

图7 综合管廊顶板横向弯矩Fig.7 Transverse Bending Moment of Roof of Utility Tunnel（k N·m）

根据表1中内力计算结果，顶板按标准段600 mm厚计算截面配筋，有桥墩模型顶板负弯矩区配筋需：1排直径φ32@100 mm+1排直径φ28@100 mm的钢筋。弯矩配筋过大且因抗剪需要，顶板还需配置抗剪钢筋，因此通过局部加厚桥墩位置顶板厚度是有必要的，通过局部加厚400 mm后，配筋可减为：1排直径φ20@100 mm+1排直径φ25@100 mm的钢筋。既满足了弯矩配筋要求，降低了配筋率，也满足了顶板无需配置抗剪钢筋的截面厚度要求。通过局部增加顶板厚度，既满足了受力要求又避免了全断面增加板厚，减少混凝土用量，降低了配筋率，节约了造价。

表1 顶板横向负弯矩计算结果Tab.1 Calculation Results of Transverse Negative Bending Moment of Roof（k N·m）

4 结语

本文结合工程实际需求，提出桥梁与综合管廊合建方案，通过分析比较各种合建方案的优缺点，最终选定桥梁和管廊顶底板固结的合建方案，并通过合建节点全断面采用桩基础降低了桥与管廊之间不均匀沉降对管廊结构的影响，合建节与标准段之间则通过设置变形缝减低两者之间不均匀沉降对管廊结构的的影响。并根据计算结果，局部加厚管廊顶板解决桥墩对管廊顶板的影响。

目前本项目跨线桥已建成通车，如图8⒜所示，综合管廊主体也已施工完成，如图8⒝所示。本文提出的桥与综合管廊合建方案，可为因用地受限等原因无法满足综合管廊布置空间，需要与其他建构筑合建的类似工程提供经验参考。

图8 综合管廊顶跨线桥及主体施工完成Fig.8 Overpass on Top of Utility Tunnel and Main Construction Completion