U型槽设计与计算方法

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摘要：随着现代城市的发展建设和路网的不断完善，市政道路与铁路交叉的处理问题经常出现在我们的面前。而跨越式的交叉方式很难以满足工程预算及与相关道路衔接的控制，所以利用U型槽下穿铁路的工程技术得到了越来越多的应用。然而相关U型槽的计算一直是工程项目中生疏环节，该文结合工程实例为背景，针对工程概况、地质资料等情况，对U型槽设计与计算进行分析，并通过各种模型对比阐明设计计算方法的区别与优劣，希望对类似工程设计人员有所帮助。

关键词：U型槽；抗漂浮验算；板单元模型；

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况：

本工程为市政道路下穿铁路（斜交22度），U型槽断面图全宽35m，纵段面节段划分20m。

取最不利节段U6进行控制设计，地基底面高程为-0.91m；底板高度取1.0~1.1m渐变；中侧墙高度为2.37m，厚度0.4m；边侧墙高度为3.21m，厚度0.5m；地下水位为2.5m；人行道填土厚度为2.07m。机动车道铺装层为钢纤维混凝土18~35.6cm；

地质资料为：

①、人工填土层（Qml）

①1杂填土：主要以灰渣石块碎砖为主，含有少量粘性土。该层主要分布在H1～H6及Z4孔附近。层厚为1.1～2.3米，层底板标高为0.42～1.97米。该层土填垫年限约3年。

①2素填土：主要以粘性土为主，含有少量灰渣，主要分布在Z1～Z3孔附近。层厚为1.8～3.0米，层底板标高为-2.44～-0.10米。该层土为新近人工填土。

③、新近沉积洼淀冲积层（Q3N4al）

粘土：黄褐～褐色，可塑状态，土质不均，局部含少量有机质。该层在坑塘较深处（Z1～Z3孔附近）缺失。层厚1.1～1.7米，层底板标高为-0.85～0.77米。

④、第I陆河床～河漫滩相沉积层（Q34al）

④1粉质粘土：灰黄色～黄褐色，可塑状态，土质不均，夹少量粘土薄层。层厚1.0～2.0米，层底板标高为-2.55～-1.23米。

④2粉土：灰黄色～黄褐色，湿，稍密状态，土质不均，夹少量粉质粘土薄层，含锈染。层厚1.0～2.4米，层底板标高为-4.38～-2.23米。

⑥、第I海浅海相沉积层（Q24m）

⑥1粉土：灰色，湿，稍密状态，土质不均，夹少量粉质粘土薄层。该层分布在东部的景观湖泵站处Z1～Z4孔附近。层厚1.5～2.0米，层底板标高为-5.44～-3.73米。

⑥2粉质粘土：灰色，软塑状态，土质不均，砂粘混杂，局部夹少量淤泥质土及粉土薄层。层厚5.9～6.5米，层底板标高为-11.94～-9.73米。

2结构验算：

U型槽一般需进行三个方面的验算，包括节段结构承载力验算、结构抗漂浮验算、结构局部承载力验算。

2.1节段结构承载力验算：

2.1.1边墙土压力荷载：依据《公路桥梁通用规范》4.2.3-6计算土压力

“当土层特征无变化但有汽车荷载作用时，作用在桥台，挡土墙后的主动土压力标准值在时可按下式计算：

(4.2.3-6)

式中 h—汽车荷载的等代均布土层厚度（m）”

得到土压力荷载最大值为q1=27.3kN/m。

2.1.2中墙土压力荷载：依据《公路桥梁通用规范》4.2.3-12计算土压力

压实填土重力的竖向和水平压力强度标准值可按下式计算：

竖向压力强度 (4.2.3-11)

水平压力强度(4.2.3-12)

(4.2.3-13)

得到中墙土压力荷载最大值为q2=9.5kN/m。

2.1.3人行道填土：q3=rh=19x1.87=34.77kN/m2。

2.1.4浮力荷载：q4=ρgh=34.1 kN/m2。

2.1.5通过midas2010软件对结构进行板单元建模运算。

图3结构计算结果

计算结果为板单元最大弯矩为323kN*m，

=1286.34mm2。每米采用422钢筋为1519.76mm2，满足要求。

2.2结构抗漂浮验算：

2.2.1结构自重标准值G=自重G1+人行道填土G2+机动车道铺装G3

浮力标准值

2.2.2验算依据

广东省标准《建筑地基基础设计规范》第5.2.1条规定，地下室抗浮稳定性验算应满足下式要求：W/F≥1.05

2.2.3 U3~U8自重与浮力标准值对比图

由结果可知，抗漂浮最不利为U6节段，W/F=1.15>1.05，满足抗漂浮要求。

2.3结构局部承载力计算：

由于非机动车道底板的自重与机动车道底板的自重分布不均，导致在浮力作用下最不利截面会产生冲切作用，此作用在最不利截面产生的弯矩为M=1/2ql2=78.33kN*m。

=312 mm2，每米采用422钢筋为1519.76mm2，满足要求。

3其他计算方法：

结构承载力计算除板单元模型外，许多工程中也使用取一米宽为计算对象采用梁单元。计算荷载与同上述，机动车活载通过车辆荷载以最重轮载通过影响线加载到最不利位置，计算结果图4

最大弯矩设计值为304kN*m，=1210.67mm2。每米采用422钢筋为1519.76mm2，满足要求。

图4 梁单元模型图

4总结：

由以上可发现，在相同的荷载模式下通过梁单元简化计算时，最终内力为304 kN*m小于通过板单元计算时的323kN*m，分析其原因在于移动荷载取值不同，而板单元模型计算考虑比较充分，故进行U型槽结构验算时宜采用板单元模型进行计算。

参考文献

[1]《公路桥梁设计通用规范》JTD D60-2004

[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007

[3]《 建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)

[4]《建筑地基基础设计规范》DBJ 15-31-2003