05-涵洞标准化设计宣贯

广东省交通运输厅科技计划项目涵洞标准化设计宣贯汇报广东省公路勘察规划设计院股份有限公司2014年8月目录1以往设计、施工中存在的主要问题2参考图的基本情况3参考图的结构计算45普通钢筋布置6技术经济指标分析7使用注意事项及适用范围参考图的专题研究与技术改进一、以往设计、施工中存在的主要问题1、问卷调查——成立专门调查小组，设置涵洞专题的研究问卷，发往建设、管理单位开展调研；2、现场调研——2012年7～8月，赴广惠、广肇、湛徐、茂湛、渝湛、京珠南及粤赣等高速公路现场调研，与养护管理人员座谈，了解运营期涵洞病害情况，以及对设计改善的意见、建议；3、检测报告收集——收集涵洞定期检查报告：广深（2009年）、湛徐（2011～2012年度）、茂湛（2010年）、渝湛（2010年）、广肇（2010年）、广清（2009年）、粤赣（2011年）。4、标准图收集——收集交通部、广东省和其他省院等15家单位的标准图（参考图），进行对比分析。一、以往设计、施工中存在的主要问题调研方式与对象一、以往设计、施工中存在的主要问题调研方式与对象2012年8月，我司组织调查小组，并邀请潮惠业主、设计总体单位代表共赴《公路涵洞设计细则》编写单位——河北省交通规划设计院调研。使用情况梅大高速（粤东）韶赣高速（粤北）云罗高速（粤西）西二环高速（粤中）包茂高速（粤西）潮惠高速（粤东）盖板涵：使用频率最高(224个)，常用跨径4m(71.5%)，通车项目无6m跨径，设计项目中占一定比例，其他跨径占比例不高，分布较分散，常用净高3m、3.5m、4m，填土范围0.5～10.95m。圆管涵：使用广泛(215个)，常用孔径D150cm占97.3%，填土高度范围为0.5～13.95m。箱涵：相对较少使用(70个)，所用到箱涵的项目中，跨径为4m、6m的类型相对多些。拱涵：平原区较少使用，部分山区公路使用(68个)，远低于盖板涵，跨径有3m、4m、5m，未见小跨径，填土高度范围3～22.7m。已通车项目设计项目一、以往设计、施工中存在的主要问题功能性病害洞口堵塞、洞内淤积洞口阻塞洞口长草洞内泥沙淤积高速公路圆管涵孔径取消1.0和1.25m,采用1.5和1.8m。一、以往设计、施工中存在的主要问题功能性病害危害：影响涵洞排水功能，造成路基排水不畅、河道宣泄功能减弱；原因：涵底设计高程与实际不符，洞口后期沉降较大，洞口平面与河道衔接不顺，堵塞物清理不及时，涵底纵坡偏小；措施建议：涵洞位置及数量应整体考虑、合理布设，尽量减少后期沉降，养护部门及时对洞口、洞内的堵塞物及锥坡长草进行清理；高速公路建议选择孔径不小于1.5m的圆管涵，方便清淤。洞口堵塞、洞内淤积一、以往设计、施工中存在的主要问题功能性病害通道涵长时间水浸、涵顶刮擦、涵洞废弃涵洞废弃通道涵水浸涵顶刮擦盖板涵、箱涵和拱涵均增设5m净高的涵洞类型。一、以往设计、施工中存在的主要问题功能性病害危害：影响通道涵的正常使用，给周边交通的出行造成困难，影响安定团结；原因：涵内排水系统不畅或未设置；涵洞净空不足，超高车辆违规通行；管理不善，涵洞遭废弃；措施建议：应根据衔接道路实际情况，合理设置纵坡，尽量避免洞身位于凹曲线底部，洞内设置排水设施并保持排水顺畅，养护部门及时疏浚；设置明显的限高标志，必要时设限高门架。水浸、涵顶刮擦、废弃一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害斜裂缝纵向裂缝网状裂缝各类裂缝病害一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害各类裂缝病害纵向裂缝拱顶纵裂横向裂缝墙身竖裂严格按照强度和裂缝双标准控制配筋。一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害危害：导致钢筋锈蚀，危害结构安全原因：温度影响和混凝土收缩引起表面短细裂缝；结构厚度偏小、配筋不够、超载和不均匀沉降等原因引起结构性裂缝；施工措施不当导致施工裂缝；措施：采用更合理的结构尺寸和配筋率（适当考虑超载影响），加强防裂钢筋网的设置；严格施工措施，保证施工质量；各类裂缝病害一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害底部涌砂填料脱落沉降缝渗水沉降缝错台沉降缝病害细化防止沉降缝渗水涌砂的措施。一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害危害：水流冲刷将台背回填砂带出，造成台背淘空。原因：不均匀沉降引起错台现象；填缝料填塞不密实、老化脱落致使沉降缝渗水，水流将台背回填砂带出，产生涌砂现象，造成台背淘空。措施建议：填缝料宜采用热沥青浸泡麻絮，不宜采用乳化沥青浸泡；盖板涵的预制盖板顶面加铺油毛毡层；盖板涵、箱涵台后回填砂改为非黏性土。沉降缝病害一、以往设计、施工中存在的主要问题技术性病害其他病害1、执行《防腐规范》有关砼标号和保护层厚度的规定，解决砼剥落的问题；2、在八字墙边缘外加铺2m长的铺砌，解决洞口铺砌冲刷的问题。一、以往设计、施工中存在的主要问题病害汇总及预防建议现场调查还收集到的其他常见病害如下：①软基段涵洞两侧出现明显的跳车现象；②浆砌片石和块石砼施工质量难保证，维修人员紧缺；③通道口积水现象，洞口的横向排水沟及其盖板破损较严重。一、以往设计、施工中存在的主要问题二、参考图的基本情况二、参考图的基本情况(1)技术标准技术标准a)设计基准期：100年；b)汽车荷载等级：公路-Ⅰ级；c)设计安全等级：三级；d)环境类别：Ⅰ类（一般环境）；二、参考图的基本情况(2)圆管涵编制内容圆管涵孔径为1.5m、1.8m。(3)盖板涵二、参考图的基本情况(4)箱涵编制内容二、参考图的基本情况(5)拱涵编制内容二、参考图的基本情况主要构造尺寸(1)圆管涵圆管涵孔径为1.5m、1.8m；壁厚均采用20cm，标准管节长1m，两端通过0.5m辅助管节及斜管节调整。二、参考图的基本情况主要构造尺寸(2)盖板涵预制盖板标准宽度取99cm，现浇盖板标准宽度为400cm；盖板厚度、涵台及基础尺寸根据不同的跨径、净高及填土高度计算取值。二、参考图的基本情况主要构造尺寸(3)箱涵箱涵的顶底板和侧墙的厚度，根据不同的跨径、净高及填土厚度计算取值。顶底板厚度从0.3m～0.7m，侧墙厚度从0.28m～0.6m。二、参考图的基本情况主要构造尺寸(4)拱涵拱圈的矢跨比为1/2；4m跨径拱涵的拱圈厚度为50cm，6m跨径拱涵的拱圈厚度为70cm；涵台、护拱及基础尺寸根据不同的跨径、净高及填土厚度计算取值。三、参考图的结构计算三、参考图的结构计算(1)设计基准期《04桥规》结构耐久性采用值：设计基准期100年。(2)涵洞环境类别与环境作用等级《06防腐规范》环境分类及作用等级①广东省属热带和亚热带季风气候区，基本无冻融环境和除冰盐环境。②涵洞所处一般环境：整体埋于土中、温湿度相对稳定；盖板、拱圈处于非干湿交替的室外环境，而涵身为表面频繁与水接触的干湿交替构件，底板靠近地表、湿度受地下水位影响。沿海个别地区可能处于有腐蚀性环境。采用值：考虑“一般环境”，作用等级确定为盖板、拱圈为B级，其他为C级。结构耐久性三、参考图的结构计算(3)混凝土材料要求结合以往工程经验，若混凝土强度用到C40，现浇大体积混凝土的水化热较大，混凝土表面易产生早期裂纹。结构耐久性三、参考图的结构计算(4)混凝土最小保护层cmin=40mm，C≥cmin+△注：实际采用砼等级比上表规定低5Mpa，相应保护层厚度比规定增加5～10mm；低10Mpa，增加10～15mm。施工误差△：预制0mm，现浇5mm保护层最小厚度保护层设计厚度结构耐久性三、参考图的结构计算环境作用等级砼强度等级主筋最小保护层厚度(mm)净保护层厚度(mm)圆管涵CC404030盖板、拱圈BC353530盖板涵、拱涵的涵台、基础CC305530箱涵CC355030上表为根据“设计标准化第一、第二次专家委员会的会议纪要”及后期讨论后所得的结论。结构耐久性三、参考图的结构计算结构耐久性(5)裂缝宽度限制①《06防腐规范》第4.3.10条—干湿交替的一般环境裂缝宽度不超过0.25mm；②《04桥规》第6.4.2条—Ⅰ类环境的钢筋砼构件裂缝宽度不超过0.20mm。采用值：裂缝宽度限制0.20mm。三、参考图的结构计算(1)材料参数取值①重力密度：填土19kN/m3，砼(片石砼)25kN/m3，钢筋砼26kN/m3；②内摩擦角：回填土30°，回填砂35°；③钢筋抗拉强度设计值：HPB300、HRB400分别为250MPa和330MPa；④素砼抗拉、压强度设计值采用《05圬工规范》规范取值；钢筋砼拉、压强度设计值采用《04桥规》规范取值。参数取值三、参考图的结构计算(2)安全等级采用值：安全等级为三级，重要性系数γ0＝0.9，严格以承载能力和裂缝双控。《04桥规》《07涵洞细则》参数取值三、参考图的结构计算参数取值①荷载等级：公路－I级，车辆荷载。②车辆荷载引起的竖向土压力：车轮按其着地面积的边缘向下30°角进行分布，当几个车轮的压力扩散线重叠时，扩散面积以最外边的扩散线为准。暗涵不考虑冲击系数。③车辆荷载引起的土侧压力：换算成等代均布土层厚度计算。(3)汽车荷载横向布置纵向布置三、参考图的结构计算参数取值①填土高度大于8m的涵洞计算中，不考虑车辆荷载产生的影响，仅考虑涵身自重、竖向和水平向土压力，并进行荷载组合。②超重车仅对低填土涵洞受力影响较大。三、参考图的结构计算(4)竖向压力强度增大系数参数取值《07涵洞细则》K值随h/D呈先增大后减小的趋势涵顶填土竖向压力强度qv=Kγh三、参考图的结构计算地震主动土压力按《公路工程抗震规范》JTJB02-2013附录A考虑，取设计基本地震动峰值加速度为0.20g（0.30g）的水上情况，地震角按3°进行计算；水平地震惯性力按《公路工程抗震规范》JTJB02-2013第9.0.3条和第7.2.3条考虑。在地震液化地区，涵洞基础应与路基加固措施同时考虑。经计算，考虑地震作用的偶然组合荷载效应比不考虑地震作用的基本组合荷载效应小，因此地震作用不控制结构受力。参数取值(5)地震因素三、参考图的结构计算根据《细则》的规定，箱涵体内外的温度变化值可按±(10～15oC)考虑；从上表看出温差对箱涵结构的受力影响较大，故设计考虑温差15°进行设计。参数取值(6)温度作用影响三、参考图的结构计算计算分析(1)涵洞的泄水能力及水力计算三、参考图的结构计算(2)圆管涵三、参考图的结构计算根据《07涵洞细则》，混凝土圆管涵的设计仅考虑车辆荷载、圆管涵自重和填土产生的等效荷载的作用组合。不计算管壁环向压力和径向剪力，仅考虑弯矩作用效应。填土和汽车荷载：M=0.137qR2（1-λ）λ=tan2(45-φ/2)圆管自重：M=0.369γtR2混凝土圆管涵结构应按《04桥规》的规定进行承载能力极限状态的承载能力(强度)和正常使用极限状态下的裂缝宽度的验算。计算分析盖板两端简支涵台两端简支涵台与盖板铰接与基础固结(1)盖板的长度与宽度之比大于等于2时，按简支单向板计算。(2)分离式涵台:作为上下端简支的竖梁计算。(3)整体式涵台身按上端与盖板不可移动的铰接、下端与基础固结计算。(3)盖板涵(EXCEL表格计算)三、参考图的结构计算计算分析(3)盖板涵(EXCEL表格计算)三、参考图的结构计算高填土整体式盖板涵与基础底板框架计算模型位移法计算分析(3)盖板涵(现浇盖板的合理宽度分析)三、参考图的结构计算结论：L0=2、4、6m盖板涵，当B1=400cm,现浇板钢筋含量与预制单向板钢筋含量相差不大，取B1=400m是经济合理的且现浇板宽不至于过小。最大弯矩处最大弯矩处涵长向涵长向跨径向跨径向计算分析(4)箱涵三、参考图的结构计算①采用矩形框架超静定结构计算，涵底地基反力假设为直线分布。②边界条件：刚性约束底板水平方向位移。③考虑车辆荷载、覆土竖向压力、台侧主动土压力和涵身自重；不考虑剪切变形、砼收缩效应，涵体内外的温度变化按±15oC考虑。④荷载施加：横、纵向车轮布置按公路的车辆荷载方式布置。midas板单元计算分析(4)箱涵(斜交箱涵整体扭转)三、参考图的结构计算有限元模型图荷载施加约束约束涵端延长段斜交角度≥30°时，斜交箱涵的整