城市钢筋混凝土U 型框架封闭引道的设计与应用

刘西灿，孙艳茹

(1.山东东泰工程咨询有限公司;2.中国公路工程咨询集团有限公司(武汉)桥隧分公司)

0 前 言

随着我国经济建设的飞速发展，交通路网不断完善，城市建设不断扩大，这样就出现了许多新建或延长公城市道路与原有高速公路、铁路出现交叉。为了保证行车速度和安全，城市道路与铁路、高速公路采用立体交叉，但由于郊区的高压线或城市建筑的原因不得不采用下穿立体交叉。对于地下水位较高或土地资源缺乏的地段钢筋混凝土U 型框架封闭引道的应用逐渐增多。本文以山东某城市道路延长与铁路出现下穿立体交叉为例，介绍钢筋混凝土U 型框架封闭引道的设计与应用。

图1 某钢筋混凝土U 型框架封闭引道断面图 单位:(cm)

1 钢筋混凝土U 型框架的设计

1.1 计算分析

钢筋混凝土U 型框架结构上具有整体性、对称性的特点，横断面方向受到的外荷载也对称于结构的纵向中心线，这使得结构自身有较好的抗滑和抗倾稳定性，一般情况下无需对结构进行抗倾覆性分析。钢筋混凝土U 型框架由两侧立挡土侧墙和底板组成。正常使用极限状态下，侧墙要承受墙外侧土压力、摩擦力、水压力、自重的作用，当侧墙顶外侧有车辆行驶或其他荷载作用时还应考虑该荷载引起的侧土压力，侧墙还要承受墙内侧道路部分引起的土压力、活荷载引起的土的侧压力。底板要承受自重、底板顶道路各部分结构的重力、活荷载、地基反力作用及地下水的浮力作用。

钢筋混凝土U 型框架结构一般可按平面构件进行计算。计算时其宽度为1 m。钢筋混凝土U 型框架结构的计算主要也分为两大部分:侧墙计算和底板计算。在分析底板内力时，应注意考虑悬臂部分的影响。可采用平面杆系结构程序对U 型框架箱体的施工和使用阶段进行了分析计算。

侧墙:侧墙计算时其外侧所承受的土压力个水压力可一分为两种计算方法:水土分算法、水土和算法。水土压力合算法是采用图的饱和重度计算总的水、土压力;水土压力合算法是采用图的饱和重度计算总的水、土压力。侧墙部分可按受弯构件分析内力，其所受荷载可按三角形荷载或梯形荷载分布考虑，侧墙上的荷载及弯矩分布如图所示，工程完建期河道内无水时结构最为危险。

图2 侧墙计算简图

底板:底板一般采用矩形断面，其两端可以不伸出边墙外侧。钢筋混凝土U 型框架结构设计和计算中将底板视作弹性地基梁进行内力和变形计算分析。弹性地基梁受力变形后，地基梁的挠度与地基的沉陷处处相同。计算时可按弹性地基梁理论进行内力计算，假定地基反力沿该方向均匀分布，将底板看着置于地基上的梁。底板可按弹性地基梁分析期内里，道路结构部分荷载可按均布荷载考虑;由于底板顶至路面高度一般＞0.5 m，因此可不考虑车辆冲击荷载，车辆荷载可结合轴距按力的扩散转换成均布活载考虑。取最不利轴重荷载作为控制计算或验算荷载，并转换为每延米范围内作用在底板上的等效荷载。采用共同变形理论，将地基假定为半无限弹性体，用弹性理论来计算地基的沉降，从而确定U 型框架底板所受地基反力的大小及分布规律，以此确定底板和边墙的结构尺寸及配筋设计。侧墙底板连接处:考虑到两侧墙的自重及侧墙底部传递的弯矩，一般工程边墙底部与底板相连接处内力最大，截面较大，视为刚性连接。因此将土、水压力作用在边墙上产生的弯矩加在边墙与底板连接处，作为底板的集中弯矩考虑。

1.2 抗浮设计

抗浮设计一般考虑U 型框架及框架内路面结构合计自重抵抗浮力，如自重满足抵抗浮力时，无需再做其它抗浮设计。但如果自重不满足抵抗浮力时，可考虑增设抗拔桩结合底板伸出侧墙的方法底康浮力。

1.3 配筋分析

正常使用极限状态下，侧墙要承受墙后土压力、墙内水压力，底板受地基反力作用，所以这两个部位都要配置钢筋用以抵抗外力矩。钢筋的布置主要以墙体在受力状态下的应力、剪力、弯矩等参数作为依据进行设计。悬臂式侧墙目前有成熟的应力、剪力、弯矩的计算模式，借助计算机软件程序可以快速、明了的计算绘出应力、剪力、弯矩图，以此作为依据来计算确定钢筋布置量。

1.4 防水、排水设计

由于U 型框架箱体处于地下水的环境中，应将挡护、防渗、加强路面工程融为一体，才能达到应有的作用和应用效果。钢筋混凝土U 型框架结构一般每隔20 m 设置伸缩缝，采用橡胶止水带和背贴橡胶止水带止水;U 型框架箱体外侧涂再生橡胶沥青防水涂料两遍。

图3 伸缩缝防水设计图 单位:(cm)

钢筋混凝土U 型框架封闭引道范围内采用管网排水。为排除U 型框架内大气降水，在纵坡最低处设置集水井，通过引水钢管引入引道外的泵房井内。

2 结束语

钢筋混凝土U 型框架封闭引道在城市道路中应用广泛，它及应用与机、非混合车道引道路基中，也可应用于多车道分离、具有一定落差的立交引道路基工程中。钢筋混凝土U 型框架封闭引道在保障安全的情况下很好的解决了地下水位高的问题并节约了大量的土地资源。钢筋混凝土U 型框架结构设计的关键在于底板的内力计算和伸缩缝处的防水问题。本文探讨了钢筋混凝土U 型框架在设计中会遇到的各个方面的问题，并提到了相应的解决方案。

［1］ 肖宇松. 钢筋混凝土U 形结构在路基工程中的应用［J］. 路基工程，1999，(3):16－17.

［2］ 李锁平. 槽式挡墙在京九线下穿立交引道工程中的应用设计［J］. 路基工程，2004，(6):37－39.

［3］ 张劲松，吴连海. 公路下穿式立交引道U 形封闭式路堑结构的设计［J］. 铁道标准设计，2005，(1):41－43.

［4］ 李爱斌，吴连海. 天津某封闭式路堑U 型槽结构的设计与计算［J］. 铁道工程学报，2006，(7):41－43.