不同地基土条件下管廊标准段底板受力数值分析

汪登峰 韩明波

(中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司，河北 秦皇岛 066004)

1 概述

综合管廊自2015年国家开始全面推进试点城市建设后，综合管廊建设进入新阶段。目前，现浇混凝土综合管廊结构一般为矩形箱涵结构，管廊结构基底与土体的相互作用通常采用弹性地基模型中的基床系数法模拟分析。因此，文中采用midas Gen软件结合河北省某管廊标准段结构，通过基床系数法来模拟不同地基土条件下，管廊标准段底板受力的特点变化。

2 项目概况

本项目为河北省某地下综合管廊项目，管廊容纳电力电缆、通讯、给水、中水、热力和天然气等市政管道。横断面长度14.5 m，高度3.8 m，埋深地面下3 m。管廊构筑物设计使用年限为100年，建筑结构安全等级为一级。结构侧壁厚度为400 mm，中隔板厚度为300 mm，顶板及底板厚度为450 mm，混凝土强度等级采用C35防水混凝土，采用明挖法施工。结构剖面图如图1所示。

采用midas Gen软件进行分析，纵向分析单元长度取一个伸缩缝长度30 m，采用板单元模拟分析，工程中地基土约束采用弹性连接方式模拟；结构所受静力荷载有：结构自重、覆土荷载、土压力、侧壁管线荷载、地下水压力、汽车荷载。

3 不同地基底板受力分析

对于不同的地基土，合理确定基床系数k是结构模拟计算条件的关键，文中分别选取了砂类土、碎石土和软质岩石三种岩土类别，并相应选取几项不同状态(密实度)的地基土进行对比分析，基础系数k的确定主要根据文献[3]中提供的经验值，具体取值见表1。

表1 文献[3]基床系数经验值

3.1 不同状态砂类土对结构底板受力比较

文中分别选取了5 MN/m3，20 MN/m3，30 MN/m3，40 MN/m3和65 MN/m3的五种不同的基床系数，分析比较不同状态的砂类土对管廊标准段底板的地基反力、弯矩和竖向位移的影响。图2～图4分别为五种不同基床系数情况下，底板地基反力分布图、底板竖向位移图和底板弯矩图(图中符号约定：地基反力以底板受压为正；竖向位移以底板向下为正；弯矩图以底板上侧受拉为正)。从图2可以看出，砂类土中基底反力分布并不均匀，随着基床系数k越大，基底反力越不均匀；不均匀程度与底板跨度有关。从图3中可以看出，底板位移随着基床系数越大，位移越小；在k=5 MN/m3时，基底最大位移仅为25.5 mm，在k=65 MN/m3时，基底最大位移仅为2.2 mm；对于工程中常用的混凝土管，铸铁管，钢管等管材，管线的不均匀沉降允许值一般为30 mm[4]，故可以不用考虑基床系数k对基底位移的影响；从图4可以看出，砂类土中基床系数对结构底板弯矩影响不大，随着基床系数越大，侧壁及隔墙处负弯矩基本不变；各板跨跨中最大正弯矩越来越小，但变化不大。综上可得，砂类土中基床系数k对管廊结构底板计算影响不大，可以直接取用一个基床系数值进行结构分析计算。

3.2 不同岩土类别对结构底板受力比较

文中分别选取了中密砂类土、中密碎石土及强风化软质岩，参考文献[1]基床系数经验值，分别取30 MN/m3,80 MN/m3和170 MN/m3三种不同的基床系数，分析比较不同岩土类别对管廊标准段底板的地基反力、和弯矩的影响。

图5，图6分别为三种不同岩土类别情况下，底板地基反力分布图和底板弯矩图(图中符号约定：地基反力以底板受压为正；弯矩图以底板上侧受拉为正)。从图5可以看出，在不同岩土类别地基土中，随着基床系数k越大，基底反力越来均匀。从图6可以看出，在不同岩土类别地基土中，板跨跨中弯矩的变化趋势与厚跨比有关；厚跨比小于1/6时，基床系数k越大，跨中弯矩越大，厚跨比大于1/6时，基床系数k越大，跨中弯矩越小。但侧墙及中隔墙处弯矩随着基床系数k增大越来越小，但变化不大。

4 结语

文中对某管廊标准段采用基床系数法进行比较分析，对比分析结构表明：1)不同状态的砂类土对管廊结构底板受力影响不大，可以直接取用一个基床系数值进行结构分析计算。2)不同岩土类别地基土对管廊结构底板受力存在影响，在工程设计中，应根据建设场地实际岩土类别采用基床系数法计算，计算结果更符合工程实际。