一種加肋梁的沉管隧道底板及排水結構的製作方法
2023-05-18 10:19:51
本發明涉及水下沉管隧道工程建設技術領域，具體涉及一種加肋梁的沉管隧道底板及排水結構。
背景技術：
沉管隧道是指在乾塢預製管段，通過浮運、沉放、對接等方式建造的水下隧道。根據使用功能要求，一級公路三車道隧道(80km/h)建築限界淨寬約需要13.8m，建築限界高度為4.5m或5.0m，沉管隧道一般為偏平的矩形斷面，沉管隧道一般採用鋼筋混凝土結構。例如，南昌某贛江水下一級公路三車道沉管隧道底板結構厚度大1200mm，上部還設有800mm-900mm厚的素混凝土層，利用素混凝土層的重量抵抗沉管隧道浮力的作用，而結構底板截面承載力和裂縫計算均不考慮素混凝土層厚度。
目前沉管隧道底板一般採用鋼筋混凝土平板，底板結構截面承載力和裂縫計算不考慮回填混凝土參與，結構形式有待優化。沉管隧道下沉時，需要向沉管隧道內注水壓重，沉管內部需要施作壓重水箱，水箱製作、拆裝和運輸需要一筆費用，另外底板混凝土比較厚，混凝土強度等級較高，屬於大體積混凝土澆築，底板容易開裂，為了控制混凝土硬化過程產生的熱量，需要採取降溫措施，增加施工費用。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術的缺陷和不足，提供一種結構簡單、設計合理、使用方便的、加肋梁的沉管隧道底板及排水結構，它可節省沉管隧道配筋和工程造價，方便沉管管節浮運、下沉和對接。
為了解決背景技術所存在的問題，本發明採用的技術方案為：它包括沉管隧道底板、肋梁、凹槽、素混凝土、混凝土找坡層、路面層、腋角、小排水溝、大排水溝、排水管、沉管隧道外側牆、沉管隧道內牆；沉管隧道包括在兩側設置的行車道管廊和中間管廊，所述沉管隧道外側牆設在沉管隧道外部，沉管隧道內牆設在中間，行車道管廊底部設有沉管隧道底板，沉管隧道底板為鋼筋混凝土板，沉管隧道底板上沿縱向間隔一定距離設置有肋梁，在跨端設置有腋角，肋梁之間設有凹槽，沉管管節浮運到設計位置時，沉管隧道底板的肋梁之間的凹槽內注入水，沉管管節下沉、對接後，肋梁之間凹槽中的水替換為素混凝土，素混凝土頂面與肋梁頂面相齊，素混凝土和肋梁的頂面設有混凝土找坡層，混凝土找坡層頂面設有行車道管廊的路面層，路面層和混凝土找坡層的一側沿縱向設有小排水溝，中間管廊採用鋼筋混凝土平板，中間管廊的底板頂面沿縱向設有大排水溝，兩肋梁之間的素混凝土中設置有排水管，排水管沿縱向間隔一定距離設置，排水管的兩端分別連接行車道管廊的小排水溝和中間管廊的大排水溝。
採用上述結構後，本發明有益效果為：
1、採用加肋梁的沉管隧道鋼筋混凝土底板，底板結構截面較高，充分利用回填層空間，結構底板配筋少，節省鋼材；
2、管節重量較輕，管節浮運、沉放和對接方便；
3、凹槽替代壓重水箱，節省壓重水箱製作、安裝和拆除等；
4、節省工程造價。
附圖說明
圖1為本發明的平面結構示意圖；
圖2為本發明的A-A剖面結構示意圖；
圖3為本發明的B-B剖面結構示意圖(浮運、下沉和對接工況)；
圖4為本發明的B-B剖面結構示意圖(使用工況)；
圖5為目前常規設計的沉管隧道底板及排水結構1-1剖面圖；
圖6 為目前常規設計的沉管隧道底板跨中配筋示意圖；
圖7為本發明的加肋梁的沉管隧道底板跨中配筋示意圖；
圖8為本發明的加肋梁的沉管隧道底板跨端配筋示意圖。
附圖標記說明：1-沉管隧道底板，2-肋梁，3-凹槽，4-素混凝土，5-混凝土找坡層，6-路面層，7-腋角，8-小排水溝，9-大排水溝，10-排水管，11-沉管隧道外側牆，12-沉管隧道內牆。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明作進一步的說明。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
具體實施方式一：
如圖5和圖6所示，按常規設計的某市政沉管隧道，設計為雙向六車道，兩側設有行車道管廊，設有中間管廊，行車道管廊淨寬12.4m，中間管廊淨寬度2.0m，沉管隧道外側牆厚度1.0m，沉管隧道內牆厚度0.6m，底板厚度1.2m，底板端部設有腋角，行車道管廊腋角高0.4m，行車道管廊腋角寬度1.2m，中間管廊腋角高0.4m，中間管廊腋角寬度0.4m，素混凝土回填層厚度約0.7m～0.8m(回填層頂面有1%的坡度、靠中間管廊一側路面層較高)，素混凝土回填層頂部設瀝青混凝土路面層厚度0.1m，路面層有1%的坡度，在路面層一側有200mm×60mm的排水溝，在小排水溝的下部設有350mm×350mm大排水溝，大排水溝設在素混凝土回填層中，小排水溝的水通過排水管引入大排水溝。
底板結構配筋見圖7，行車道底板跨中截面高H1=1.2m，頂層配橫向受力筋和縱向分布筋為受力筋，橫向受力筋面積為Ah1，縱向分布筋面積Az1，截面橫向彎矩為M1。根據鋼筋混凝土受彎截面承載力計算原理，M1=，為常數，為鋼筋設計強度。所以，相同截面彎矩作用下，截面高度增加，截面受力筋面積Ah1減少，縱向分布筋面積Az1一般取底板截面面積的0.15%。
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，採用本發明設計的一種加肋梁沉管隧道底板及排水結構，兩側設有行車道管廊，中間設有中間管廊，行車道管廊淨寬12.4m，中間管廊淨寬度2.0m，沉管隧道外側牆11厚度1.0m，沉管隧道內牆12厚度0.6m，沉管隧道底板1厚度0.6m，肋梁2高度(肋梁2頂面至沉管隧道底板1底面)為1.8m，肋梁2寬度1.0m，肋梁2中心間距3.0m，肋梁2之間的凹槽3淨寬2.0m，沉管隧道底板1的端部(板與側牆節點)設有腋角7，腋角7高1.2m，腋角7寬度2.0m，凹槽3深度約0.6m～0.7m，素混凝土4和肋梁2頂面設混凝土找坡層5，混凝土找坡層5厚度60mm～180mm，混凝土找坡層5有1%的坡度，靠近中間管廊混凝土找坡層5較高，混凝土找坡層5頂面設路面層6，路面層6厚度0.1m，路面層6採用瀝青混凝土，在路面層6和混凝土找坡層5一側有200mm×160mm的小排水溝8；中間管廊採用鋼筋混凝土平板，板厚1.2m，腋角7高0.4m，腋角7寬度0.4m，中間管廊在底板中間沿縱向設大排水溝9，大排水溝9設在中間管廊底板頂面，大排水溝9淨寬800mm，大排水溝9深度400mm，大排水溝9壁厚150mm；行車道管廊小排水溝8的水通過排水管10引入中間管廊的大排水溝9，排水管10設置在凹槽3的素混凝土4中，且穿過沉管隧道內牆12，排水管10間距9.0m，排水管10採用PVC管，直徑50mm，PVC管壁厚5mm。
本發明的沉管行車道加肋底板跨中截面配筋見圖8，行車道跨中截面為倒T型梁，倒T型梁高H2=1.8m，倒T型梁橫向受力筋配在肋梁2頂部，橫向受力筋面積為Ah2，跨中截面橫向彎矩為M1；根據鋼筋混凝土受彎截面承載力計算原理，M1=，為常數，為鋼筋設計強度。所以，本發明加肋底板截面高度H2明顯比H1增加，跨中截面橫向受力筋比常規設計的明顯減少。本發明的沉管隧道底板1厚度只有常規設計的50%，所以，縱向分布筋面積比常規設計縱向分布筋減少50%；本發明的加肋梁2的沉管隧道底板1，在浮運、下沉和對接工況每延米減少混凝土2.92立方米，即約減少6.7噸/m，如果每節沉管長度按100m設計，每節沉管的重量減少670噸，沉管重量減少，可以方便沉管浮運和對接。
具體實施方式二：
如圖5和圖6所示，某市政沉管隧道，原設計為雙向六車道，兩側設有行車道管廊，設有中間管廊，行車道管廊淨寬12.4m，中間管廊淨寬度2.0m，沉管隧道外側牆厚度1.0m，沉管隧道內牆厚度0.6m，底板厚度1.2m，底板端部設有腋角，行車道管廊腋角高0.4m，行車道管廊腋角寬度1.2m，中間管廊腋角高0.4m，中間管廊腋角寬度0.4m，素混凝土回填層厚度約0.7m～0.8m(回填層頂面有1%的坡度、靠中間管廊一側路面層較高)，素混凝土回填層頂部設瀝青混凝土路面層厚度0.1m，路面層有1%的坡度，在路面層一側有200mm×60mm的排水溝，在小排水溝的下部設有350mm×350mm大排水溝，大排水溝設在素混凝土回填層中，小排水溝的水通過排水管引入大排水溝。
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，採用本發明設計的一種加肋梁沉管隧道底板及排水結構，兩側設有行車道管廊，設有中間管廊，行車道管廊淨寬12.4m，中間管廊淨寬度2.0m，沉管隧道外側牆11厚度1.0m，沉管隧道內牆12厚度0.6m，沉管隧道底板1厚度0.6m，肋梁2高度(肋梁2頂面至沉管隧道底板1底面)為1.8m，肋梁2寬度1.0m，肋梁2中心間距4.0m，肋梁2之間的凹槽3淨寬3.0m，沉管隧道底板1的端部(板與側牆節點)設有腋角7，腋角7高1.2m，腋角7寬度2.0m ；凹槽3深度約0.6m～0.7m，素混凝土4和肋梁2頂面設混凝土找坡層5，混凝土找坡層5厚度60mm～180mm，混凝土找坡層5有1%的坡度，靠近中間管廊的混凝土找坡層5較高，混凝土找坡層5頂面設路面層6，路面層6厚度0.1m，路面層6採用瀝青混凝土，在路面層6和混凝土找坡層5一側有200mm×160mm的小排水溝8，中間管廊採用鋼筋混凝土平板，板厚1.2m，腋角7高0.4m，腋角7寬度0.4m，中間管廊在底板中間沿縱向設大排水溝9，大排水溝9設在中間管廊底板頂面，大排水溝9淨寬800mm，大排水溝9深度400mm，大排水溝9壁厚150mm；行車道管廊小排水溝8的水通過排水管10引入中間管廊的大排水溝9，排水管10設置在凹槽3的素混凝土4中，且穿過沉管隧道內牆12，排水管10間距9.0m，排水管10採用PVC管，直徑50mm，PVC管壁厚5mm。本發明的加肋梁2的沉管隧道底板1，在浮運、下沉和對接工況每延米減少混凝土5.0立方米，即約減少11.5噸/m，如果每節沉管長度按100m設計，每節沉管的重量減少1150噸，沉管重量減少，可以方便沉管浮運、下沉和對接。
本具體實施方式採用加肋梁的沉管隧道鋼筋混凝土底板，底板結構截面較高，充分利用回填層空間，結構底板配筋少，節省鋼材；管節重量較輕，管節浮運、沉放和對接方便；凹槽替代壓重水箱，節省壓重水箱製作、安裝和拆除等；節省工程造價。
以上所述，僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其它修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。