浅析出水盖板箱涵结构设计

彭建中

摘 要：涵洞是过水构筑物，盖板箱涵是涵洞的一种结构形式，在大型输水工程中，盖板箱涵的使用非常广泛。结合工程实例，进行了出水盖板箱涵的内力分析、结构计算及配筋计算，并对箱涵稳定性进行论证，突出了其输水功能，结果对其它类似工程设计具有参考意义。

关键词：盖板箱涵；结构设计；内力；配筋

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.006

1 概况

本项目来源孝感市应急供水工程，该工程通过筑坝拦水、泵站引水和管道输水达到应急供水目的。项目地处江汉平原，设计流量3.5 m?/s，采用3机一管出水方式，管道内径1.6m，钢筒钢筋混凝土材料，泵站最高扬程45.25m，设计扬程44.80m，管道进口高程26.75m，管道最高点高程61m，箱涵底部高程53.82m。出水箱涵的作用是连接泵站输水管出口与总干渠的联接建筑物，还承担公路交通运输作用。当箱涵出口水流以较大流速射入池内时，要保证流速迅速扩散，能量大部分消除，从而减小对渠道的冲刷，因此箱涵合理设计具有重要工程意义[1，2]。

2 出水箱涵结构计算

2.1 箱涵尺寸设计

（1）出水箱涵涵顶高程和涵深的确定。

压力水管的出口直径：D0=1.6m；

管口流速：=1.49m/s；

管口上緣最小淹没深度：=0.22m。

管口上缘高程=出水箱涵最低水位-管口上缘最小淹没深度

箱涵底部高程：=51.80m

式中： — 出水箱涵最低水位53.82m；

—出水管口上缘的最小淹没深度；

—管口流速，m/s；

—压力水管内径，m；

—管口下缘至涵底的距离，用以防止泥沙和杂物落入管中，一般取0.2～0.3m。

箱涵顶部高程：=54.80m；

式中：—出水箱涵设计水位，54.40m；

—安全超高（取0.4m）。

（2）出水箱涵宽度和长度的确定。

出水箱涵宽度：=4.2m；

式中：—出水箱涵宽度，m；

—出水箱涵管道根数；

—隔墩厚度，m；

—出水管管口直径，m；

—出水管外壁至隔墩或涵壁的距离，一般采用=1.0，m。

出水箱涵长度L按经验公式计算：

式中：—出水箱涵中流速，取0.6m/s。

经计算，出水箱涵结构尺寸：长×宽×高=12.50m×4.2m×3m。

出水箱涵采用定型设计[2，3]。出水箱涵采用C20钢筋混凝土结构，混凝土厚度为40cm。

2.2 内力计算

出水箱涵为单孔箱涵，对涵管采用查表法计算，各荷载作用系数参考灌区水工建筑丛书《涵管》。采用最不利工况进行内力计算，即出水箱涵在最高运行水位压力出流，控制断面取箱涵正中断面，产生的内力如下，计算结果见表1。

（1）汽车荷载采用汽20t，后轮轮宽d=0.6m。

（2）侧向土压力计算：

作用于箱涵顶板厚度中心线处侧向土压力强度：

作用于箱涵底板板厚度中心线处侧向土压力强度：

（3）顶板自重力：

（4）侧墙自重：

（5）作用于箱涵顶上的总均布荷载（包括自重力）：

（6）作用于箱涵底部的地基反力：

（7）内水压力：

式中：—至侧墙厚度中心跨距，为4.0m；

—至顶板与底板厚度中心高度，为3.4m；

—箱涵混凝土厚度，为0.4m；

由表可知，经计算地基应力为148.5kPa，而地基允许承载力为185kPa，故地基应力在允许范围之内，符合规范要求。

2.3 截面配筋设计

箱涵内力弯矩值计算见表2。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）进行截面配筋计算，取箱涵单位长度1m，结果见表3。

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）第5.3.10条，当剪力设计组合值小于设计截面剪力允许值时，可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按该规范第9.3.12条构造要求配置箍筋。由表可知，计算结果中剪力组合设计值均小于设计截面剪力允许值，故可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第9.3.13条构造要求配置箍筋。

3 结构布置及地基处理

出水箱涵采用单孔钢筋砼箱涵结构，箱涵涵过水断面尺寸为4.2×3m（宽×高），考虑到施工方便及质量易于控制，结合建筑物安全性综合考虑，箱涵顶板厚度为40cm，底板厚度为40cm，边墙厚40cm，底板设置20cm的C20素砼垫层，箱涵总长度为12.5m，长度较短，不需分段施工，不需设置沉降缝[4]。

出水箱涵底部为粉质粘土，为解决出水箱涵不均匀沉降问题，在基础开挖之后对出水箱涵底部粉质粘土回填震冲密实，底板下设置50cm的C20素砼垫层+50cm的钢筋混凝土整板基础，提高箱涵地基承载力[5]。

4 结语

涵洞是水流通道，也是道路交通通畅的关键。盖板箱涵是涵洞的一种结构形式，工程使用较为广泛。在钢筋混凝土盖板箱涵结构中，因盖板结构高度相对较低，宽度加大，容许涵下有更大的过水和通行空间，这样会使其泄洪能力增强。箱涵支撑以简支结构为主，地基要求低，对因基础沉降等造成的结构损坏较小，且施工技术较简单，施工工期短。

本项目箱涵主要承担着连接管道输水和公路交通重任，要重视涵洞施工中的工程质量，确保其正常发挥农田灌溉、排水等功能。在盖板箱涵施工中，应重视各工序中的关键点控制，从基坑开挖、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、台背回填等方面采取有效的质量保证措施，确保施工质量，确保涵底基层稳定，保证过水和交通运行安全。

参考文献：

[1]历辉，戴智.输水箱涵充水试验与思考[J].建设管理，2016（11）：

55-57.

[2]郭科.浅析装配式箱涵结构设计[J].技术探讨，2009（09）：34-40.

[3]童星宽.预制箱涵代替现浇箱涵的可行性分析[J].试验研究，2012（38）：58-70.

[4]韩书斌.高速公路盖板箱涵施工要点分析[J].山西建筑，2017，43

（36）：131-133.

[5]林军.混凝土箱涵与供水管线交叉工程施工技术研究[J].水利技术监督，2018（01）：65-68.