摘要：本文以忠旺铝业专用线铁路U型结构在富水路基地段应用为背景，介绍该U型结构构造，给出该工程防排水的设计要点，.实践表明，U型式结构对于富水路基地段是适用的、安全的、经济的，值得推广.
关键词：U型结构；结构设计；防水
1．工程背景
忠旺铝业有限公司铁路专用线工程。位于天津市武清区，自蓟县铁路曹子里站接轨，引入忠旺铝业厂区，新建线路9.92公里，本项目主要技术标准：国铁IV级，正线为单线，内燃机车牵引方式（预留电气化条件）牵引质量5000t，半自动闭塞。工程投资约7.5亿元。U型结构位于曹子里道路交叉平改立段落，采用才穿铁路U型结构。
2．封闭式路堑设计
U型槽设计主要包括结构抗浮设计、结构主体设计、结构防水等。
（1）结构抗浮设计
U型槽结构设计按最不利情况进行抗浮稳定验算，不设抗拔桩时运营期抗浮安全系数不得小于1.1，主要以结构自重抗浮为主，设抗拔桩时采用1.2。
1）U型槽抗浮验算
U型槽侧的改河河道设计洪水位1.786 m，U型槽道路设计最底标高0.337 m，U型槽为封闭“U”字型断面，部分结构位于设计地下水位以下，U型槽受到水的浮力作用，必须逐个计算每个块件的抗浮力.
浮力F为U型槽外轮廓在地下水位以下部分排开水体积的重力，方向竖直向上，设计地下水位取河道的设计洪水位.
U型槽受到竖直向下的力N=路面结构层重+U型槽自重+两侧板踵顶面以上土产生的重量.计算两侧板踵顶面以上土产生的重量时，在地下水位以下的土处于饱和状态，容重取饱和容重计算；在地下水位以上取天然容重计算.
在设计地下水位时，各个块件均满足N>F，U型槽自身满足在抗浮，因此，本工程没有采用抗拔桩等抗浮措施.
（2）U型槽主体结构设计
结构主体采用C40防水钢筋混凝土现场浇筑，抗渗标号P8，防水等级二级。应使用42.5普通硅酸盐水泥。
1）受力主筋及构造钢筋采用HR400钢筋，分布钢筋采用HPB300钢筋。
2）边墙顶高出地面或铁路路堤边坡不小于0.3m。
3）封闭式路堑U型槽结构沿路线方向每隔15m左右设置沉降缝（伸缩缝）一道，封闭式路堑U型结构与框构间也设沉降缝（伸缩缝）一道。各沉降缝（伸缩缝）缝宽均为3cm，各缝内均做防水处理。框构先于U型槽结构施工时，在与U型结构相接处的框构内必须预埋止水带。
4）U型槽底部铺设5cm厚C35细石混凝土保护层，（4mm厚）自粘式高聚物改性沥青防水卷材柔性防水层（与边墙防水层连续且为一整体）、再下为20cm厚C35素混凝土垫层，最下部铺设30cm厚碎石垫层（即复合地基褥垫层）。
5）U型槽结构边墙外侧打磨平整后（或刷铺2cm厚1：2.5砂浆找平层后）自内向外依次铺设（4mm厚）自粘式高聚物改性沥青防水卷材柔性防水层（与底板柔性防水层相连接成一整体）、然后外侧刷铺2cm厚1：2.5砂浆找平保护层，再外侧设24cm厚M10水泥砂浆砌C15素混凝土预制实心砖墙（单砖尺寸24cm×12cm×6cm）保护层。砖墙保护层外侧基坑分层回填填料并压实。
6）U型槽结构底部柔性防水层应与边墙部位柔性防水层连续通铺，搭接部分应满足防水规范和设计要求。边墙外侧柔性防水层最上方应连续铺设至地下水位以上，并采用连续的钢板压条（厚度大于2mm，宽度不小于2cm）和水泥钢钉间距不大于0.2m固定。
7）封闭式路堑U型槽结构施工完成后，当边墙干燥且强度达到设计强度的70％后再进行边墙外侧的防水结构施工和其外侧的基坑回填。其中砖墙保护层外侧基坑分层回填合格填料（砖墙一侧设置60cm厚碎石层），回填土压实度≥94%。
8）U形槽路段雨水口、检查井、集水井间均应对U形槽预留洞口进行环形钢筋加固。
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（3）U型槽结构防水设计
结构防水设计原则遵循"以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理"的原则。以结构自防水为根本，伸缩缝、变形缝、过水管及和其他结构连接处等接缝防水为重点，辅以附加防水层加强防水。
防水标准：U型槽主体结构的防水等级为二级，结构不允许渗水，结构表面可有少量湿渍。
结构防水体系要求：
结构自防水-防水混凝土技术要求
1）防水混凝土一般规定
①防水混凝土抗渗等级，为P8，具体见结构设计部分，主体结构底板、边墙均采用不低于C40级的防水钢筋混凝土现场浇筑。
防水混凝土应满足抗渗等级要求，并应满足抗压、抗冻和抗侵蚀性等耐久性要求。防水混凝土的施工配合比应通过试验确定，试配混凝土的抗渗等级应比设计要求提高0.2MPa。
为预防碱集料反应，防水混凝土中各类材料的总碱量（Na2O当量）不得大于3kg/m3；氯离子含量不应超过胶凝材料总量的0.1%。
抗渗混凝土宜掺用减水剂、缓凝剂等外加剂和粉煤灰、等矿物掺合料。
防水混凝土施工前应做好降排水工作，不得在有积水的环境中浇筑混凝土。
砂率为 35%-40%，泵送时可增至45%。但掺引气减水剂或引气剂的受检混凝土的砂率应比基准混凝土的砂率低1％～3％，宜为1：1.5～1：2.5。
②裂缝控制宽度
迎水面不大于0.2mm，背水面不大于0.2mm，并不得贯通。
③防水混凝土结构底板柔性防水层下的混凝土垫层，强度等级为C35，厚150mm。
3.排水设计
U型槽路面标高低，雨水不能自行排出，因此需要设置泵站（集水井），泵站设置在K0 +080左侧.
雨水量计算：Q=16.67ΥqF式中，Q为雨水设计流量，m3 /s；q为平均降雨强度，mm/min；F为汇水面积km2；Υ为径流系数.
根据此式计算确定泵站设计规模.
U型槽内及引道坡面雨水由道路纵横坡排至U型槽最低处设置的截水沟，并流经D30 雨水管（国标机制有筋管），雨水通过埋置在U型槽外侧的D50雨水管（国标机制有筋管）引至集水井.在U型槽最低处设置横向截水沟（配市政钢纤维砼盖板），拦截雨水流入明槽.汽车通道外雨水由设计的0.667% 和-0.793%纵向反坡自然排走，以防流入通道.汽车通道两侧填土各设2%和-2%反坡排走地表水，以防地表水下渗.
4.结语
1）设计地下水位相对于通道路面标高不高的U型槽式通道，通过增大结构自重、设置板踵或在槽内填土等措施，是可以实现结构自身抗浮的.
2）U型槽式通道地基应力计算，应考虑最低水位时的浮力或不考虑浮力.
3）按文克尔弹性地基模型计算，不设置抗拔桩的U型槽式通道在设计地下水位时，底板跨中部分可能出现脱空，并有较大的负弯矩；在最低水位时，跨中底板正弯矩较小.在设计地下水位以及在最低水位时，地基应力不是均匀分布的，而且差异较大.
5）U型槽式通道结构自防水是防水工程根本，必须做到防、排、堵、截相结合。
参考文献：
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论文作者:李其武
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/2/26
标签：结构论文; 混凝土论文; 防水层论文; 柔性论文; 地下水位论文; 雨水论文; 保护层论文; 《基层建设》2017年第32期论文;