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蓋板涵洞設計與計算實例

更新時間:2023-06-08 05:06:38 閱讀：評論：0

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蓋板涵洞設計與計算實例

楊鵬

摘要：本文結合永安至武平高速公路K98+740涵洞變更設計，進行方案比選；較為詳細的介紹了蓋板涵的涵長計算、涵洞蓋板內力計算及荷載組合、外力計算（永久作用、可變作用）、裂縫寬度計算等設計要點，對今后高速公路各種結構形式的涵管設計施工，蓋板的厚度及受力指標檢算有一定的指導意義。關鍵詞：方案比選；涵長；蓋板；設計計算

1?工程概況與方案比選

1.1?工程概況

永武高速A6合同段路基線路長，地形復雜，蓋板涵洞數量達100道。在施工過程中，遇到了很多涵洞設計與實際地貌不完全相符的情況。本文所要闡述的就是在施工過程中，設計涵洞孔徑及位置進行優化時，所進行的二次設計。

1.2?方案比選

永武高速A6合同段K98+660、K98+740兩道涵洞均為（1-2.5×3.0m ）排水兼行人涵，涵長共為133.63，里程相差80米，經測量人員現場勘測后，兩道涵洞中間有一處不到10米的山脊相隔，K98+660涵洞右幅匯水面積很小。根據《公路橋涵設計細則》（JTG/T?D65-04-2007）5.4.2山區涵洞布設原則中說明：“在匯水面積不大，兩處山谷距離較近，具備連通的前提下，通過技術計算比選，可連接設通道”。項目部要求進行準確可靠的外業測量，并能夠提供系統完整的資料，最后提交涵洞勘測調查整理表。經研究分析，可把K98+660處的匯水引至K98+740涵洞排除，K98+740涵洞涵位適當抬高，孔徑加大，以滿足當地通行及灌溉排水的需求，這樣實施后高速公路的工期縮短了，同時加快了主線路基成型，業主可節約工程投資，減少施工方的措施費。經過項目部與設計單位及業主研討后，最終采納我項目部的意見，取消K98+660涵洞（1-2.5×3.0m長70.28m ），K98+740涵洞（1-2.5×3.0m長63.35m ）涵底標高提高1.94m，孔徑由1-2.5×3.0m加大至1-3.0×3.0m，涵長縮短為48.21m；K98+597-K98+770右側地面水通過設計流水縱坡，山凹填平及挖溝將水引入K98+740涵洞排除。

2?設計方案

2.1?涵洞勘測

通過技術人員對現場地形的勘查和復測，收集出蓋板涵設計所需的地形及匯水資料，包括擬設計蓋板涵所在區域的原始地貌排水系統、地形、農田灌溉等自然條件，結合路基縱向排水系統，擬設蓋板涵的位置、結構、跨境、凈高、洞口設計等。

2.1?路基右側填挖及引水設計

通過外業的勘測，結合當地水文、排水系統、農田灌溉選定了涵洞的位置，綜合考慮周圍水系，確定涵洞標高，確定引水縱坡，再確定土石填挖標高等，利用路基橫斷面圖，繪制右側排水變更設計圖。

（1）確定涵洞底標高為344.00，根據勘測資料確定排水溝從急流槽順接至涵洞口的縱坡，然后確定排水溝的標高；

（2）根據排水溝的標高，確定K98+660涵洞右側及K98+740涵洞右側需填平的標高，填平區以4％橫坡控制，使路基水倒流至排水溝里，順流至K98+740涵洞排除；

2.2?涵洞結構尺寸、洞身設計

（1）便于村民通車、行人及過水，為以后經濟發展預留空間，根據與業

主協商確定的孔徑為1-3.0×3.0m，通過設計單位提供的涵洞通用圖，擬定涵洞蓋板厚為60cm，墻身90cm，

基礎厚80cm。

圖1?涵洞洞身斷面

（2）技術要求

①?涵洞結構形式：片石砼臺身鋼筋混凝土蓋板涵；

②?材料：骨架混凝土蓋板采用C30混凝土現澆，臺身、蓋板涵基礎采用C20片石混凝土，臺帽C30骨架混凝土，帽石采用C30混凝土現澆，蓋板涵基底采用鋪設30cm厚砂礫墊層；

③?采用整體式基礎；④?鋼筋砼蓋板設置上、下兩側鋼筋布置；⑤?八字墻的水流張角按30°

設置。

圖2?蓋板鋼筋布置立面圖

3?涵洞涵長、蓋板設計計算

3.1?涵洞涵長設計3.1.1?設計資料

汽車荷載等級：公路-I級；環境類別：I類環境；

路基寬度B＝26m，路基上游寬度B 上＝13m，路基下游寬度B 下＝13m；涵洞中心板頂高程H=347.6m；路基邊坡坡率m＝1.5；

左路肩高程h 下＝354.326m，右路肩高程h 上＝355.691m；流水橫坡τ

0＝0.01；

圖3?蓋板涵立面圖

3.1.2?涵長計算

根據《路橋施工計算手冊》（JTJ041-2000）第20章涵洞工程涵洞長度計算中規定：

涵洞與路線正交，

計算公式為：

（20-1

）（20-2）?

（20-3）

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把3.1.1中的數據代入（20-1）、（20-2）和（20-3）式中得：

涵洞上游長度

涵洞下游長度

涵洞總長度＝48.21m

3.2?涵洞蓋板設計計算

3.2.1?設計資料

汽車荷載等級：公路-I級；環境類別：I類環境；

凈跨徑：L0=3m；單側擱置長度：0.50m；計算跨徑：L=3.5m；填土高：H=7.59m；

蓋板板端厚d1=60cm；蓋板板中厚d2=60cm；蓋板寬b=0.99m；保護層厚度c=3cm；

混凝土強度等級為C30；軸心抗壓強度fcd=13.8Mpa；軸心抗拉強度ftd=1.39Mpa；

主拉鋼筋等級為HRB335；抗拉強度設計值fsd=280Mpa；

骨架截面直徑為25mm，外徑為27mm，共9根，選用骨架總面積As=0.004418m2 蓋板容重γ1=25kN/m3；土容重γ2=18kN/m3

根據《公路圬工橋涵設計規范》（JTG?D61-2005）中7.0.6關于涵洞結構的計算假定：蓋板按兩端簡支的板計算，可不考慮涵臺傳來的水平

力

圖4

3.2.2?外力計算（1）永久作用

①?豎向土壓力 q=γ2·H ·b=18×7.59×0.99=135.2538kN/m ②?蓋板自重

g=γ1·（d1+d2）·b/2/100=25×（60+60）×0.99/2?/100=14.85kN/m （2）由車輛荷載引起的垂直壓力（可變作用）

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG?D60-2004）中4.3.4的規定：計算涵洞頂上車輛荷載引起的豎向土壓力時，車輪按其著地面積的邊緣向下做30°角分布。當幾個車輪的壓力擴散線相重疊時，擴散面積以最外面的擴散線為準

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG?D60-2004）4.3.1關于車輛荷載的規定：

車輛荷載順板跨長La=13+2·H ·tan30=13+2×7.59×0.577=21.76m 車輛荷載垂直板跨Lb=5.5+2·H ·tan30=5.5+2×7.59×0.577=14.26m 車輪重?P=1100kN

車輪重壓強L?p=P/La/Lb=1100/21.76/14.26=3.54kN/m23.2.3?內力計算及荷載組合（1）由永久作用引起的內力

跨中彎矩M1=（q+g）·L2/8=（135.25+14.85）

×3.52/8=229.85kNm

圖5?彎矩圖

邊墻內側邊緣處剪?V1=（q+g）·L0/2=（135.25+14.85）×3/2=225.16kN （2）由車輛荷載引起的內力

跨中彎矩?M2=p ·L2·b/8=3.54

×3.52×0.99/8=5.37kNm

圖6 彎矩圖

邊墻內側邊緣處剪力V2=p ·L0·b/2=3.54×3.00×0.99/2=5.26kN （3）作用效應組合

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG?D60-2004）中4.1.6關于作用效應組合的規定：跨中彎矩

γ0Md=0.9（1.2M1+1.4M2）=0.9×（1.2×229.85+1.4×5.37）=255.00kNm 邊墻內側邊緣處剪力

γ0Vd=0.9（1.2V1+1.4V2）=0.9×（1.2×225.16+1.4×5.26）=249.80kN 3.2.4?持久狀況承載能力極限狀態計算

截面有效高度?h0=d1-c-2.7/2=60-3-1.350=55.7cm=0.557m （1）混凝土受壓區高度

x=fsd ·As/fcd/b=280×0.004418/13.8/0.99=0.091m

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG?D62-2004）中5.2.1關于相對界限受壓區高度ξb的規定：

HRB335鋼筋的相對界限受壓區高度ξb=0.56。

x≤ξb ·h0=0.56×0.557=0.312m 混凝土受壓區高度滿足規范要求

（2）最小配筋率

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG?D62-2004）中9.1.12關于受彎構件最小配筋百分率的規定：

P=100·As/b/h0=0.80，不小于45ftd/fsd=0.22，同時不小于0.2骨架配筋率滿足規范要求（3）正截面抗彎承載力驗算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG?D62-2004）中5.2.2關于受彎構件正截面抗彎承載力計算的規定：

fcd ·b ·x （h0-x/2）=13.8×1000×0.99×0.091（0.557-0.091/2）=632.42kNm≥γ0Md=255.00kNm 正截面抗彎承載力滿足規范要求⑷?斜截面抗剪承載力驗算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG?D62-2004）中5.2.9關于抗剪截面驗算的規定：

0.5?1×10-3·fcu，k0.5·b ·h0=0.51×10-3×300.5×990×556.5=1538.97kN≥γ0Vd=249.80kN 抗剪截面滿足規范要求。

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG?D62-2004）中5.2.10關于受彎構件斜截面抗剪承載力驗算的規定：

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對于板式受彎構件，公式可乘以1.25提高系數1.2?5×0.5×10-3·α2·ftd ·b ·h0

=1.25×0.0005×1×1.39×0.99×1000×0.557×1000=478.62kN≥γ0Vd=249.80kN

可不進行斜截面抗剪承載力的驗算，只需按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG?D62-2004）中9.3.13構造要求配置箍筋

3.2.5?裂縫寬度計算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG?D62-2004）中6.4關于裂縫寬度驗算的規定：

環境類別為I類環境，對于鋼筋混凝土構件，最大裂縫寬度不應超過0.20mm

作用短期效應組合Ms=1.0M1+0.7M2=1.0×229.85+0.7×5.37=233.61kNm 作用長期效應組合Ml=1.0M1+0.4M2=1.0×229.85+0.4×5.37=232.00kNm 受拉鋼筋的應力σss=Ms/0.87/As/h0=233.61/0.87/0.004418/0.557=109.21Mpa

作用長期效應影響系數

C2=1+0.5Ml/Ms=1+0.5×232.00/233.61=1.50

裂縫寬度?Wfk=C1·C2·C3·σss ·（30+d ）/Es/（0.28+10·ρ）=1×1.50×1.15×109.21×（30+25）/2.00×105/（0.28+10×0.0080）=0.14mm≤0.20mm 裂縫寬度滿足規范要求

結語

經過對K98+740蓋板涵位置、結構形式、跨凈、凈空、洞口、涵長及蓋板設計計算，有以下幾點體會：

（1）了解蓋板涵在高速公路中重要作用，蓋板涵設計的基本原理，涵洞位置選址的基本要求，蓋板涵與路基挖填方在設計、施工中的注意事

項；

（2）了解鋼筋砼蓋板涵的設計組成部分及各部分檢算原理；（3）涵洞長度計算方法；⑷?涵洞蓋板結構計算的方法。

參考文獻：

[1]《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）北京：人民交通出版社，2004.

[2]《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）北京：人民交通出版社，2004.

[3]《公路圬工橋涵設計規范》（JTG D61-2005）北京：人民交通出版社，2005.

[4]《公路涵洞設計細則》（JTG/T D65-04-2007）北京：人民交通出版社，2007.

[5]《路橋施工計算手冊》（JTJ041-2000）北京：人民交通出版社，2001.

（中交第三公路工程局有限公司）

（上接第135頁）

互聯網金融的交易模式一般是線上虛擬交易，交易對象沒有地域限制并且交易時間短、交易頻率快，這些特點都給監管帶來了相當大的難題。傳統的金融采用的是現場監管手段，顯然這一手段已經不能適用于互聯網金融，互聯網金融行業是基于計算機技術和大數據技術上發展起來的，因此對金融監管部門的計算機技術要求比較高，要建設一支高素質的金融監管人才隊伍尚需要時間。另外互聯網金融交易不受地域限制，金融全球化已經是一種大趁勢，跨境，跨區域監管難度增大，但目前還未形成互聯網金融監管國際合作機制。

3?主要的對策建議

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其次政府部門應然出臺相應的互聯網金融監管規定，規范互聯網金融行業的業務范圍，規定金融機構的注冊門檻，以法律法規進行約束，在不觸及底線的基礎上鼓勵金融創新，做到監管的原則性和靈活性的統一。

3.2?完善法律法規，做好行政監管和刑事處罰的配合

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業人員，做好行政監管和刑事處罰的配合，共同建設法治和誠信環境。

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互聯網金融除了以上提到的幾個特點，還有就是對大數據的應用，數據已經是與勞動要素、資本要素、技術要素同等重要的生產要素，但是還沒有出臺相關的法律法規界定數據財產權益的歸屬。目前

大數據的控制權掌握在少數幾家大型科技公司手里，為避免一些大型科技公司進入互聯網金融領域壟斷市場，應當盡快數據確權，依法保護各交易主體利益。

結語

互聯網金融在發展過程中不斷創新，并且逐漸迎來它的朝陽期，因此防范化解互聯網金融風險將成為政府工作的重點，如何利用互聯網金融這把雙刃劍是目前監管工作要思考的問題。

參考文獻：