梁成增
茂名市城建设计院 525000
摘要：城市道路与铁路交叉处常采用下穿铁路的隧道形式，在隧道两侧就形成了U型槽结构。U型槽的优势是整体性好，但对设计提出了一定要求，本文结合茂名市西粤南路立交工程下穿隧道的U形槽设计对有关问题进行了探讨。
关键词：U型槽；下穿隧道；立交工程设计
随着社会经济的快速发展，道路建设和铁路建设都在不断取得进展，于是道路和铁路的立体交叉也在所难免。道路和铁路之间不存在互通关系，所以采用分离式立交。根据立交设置条件，可选择道路上跨铁路立交、道路下穿铁路立交、道路上跨与下穿铁路组合立交三种形式。由于道路上跨铁路有较多限制，所以道路下穿铁路往往成为最终选项[1]。道路下穿铁路通常采用框架桥及两侧U形槽的形式，这种技术比较成熟，在许多城市中得到应用，本文以茂名市西粤南路立交工程下穿在建的茂湛铁路U形槽设计为例对相关问题进行了探讨，可供同类工程参考和借鉴。
1 工程概况
1.1 地理位置
本项目为连接茂名市西粤南路与茂南大道的关键路段，起点在站前路中线以南243m处，终点在南香村南侧距规划下塘路中线107m处，路线全长625m，中间与在建的茂湛铁路相交。图1为工程平面图。
1.3 场地地下水分布
本项目地下水赋存形式为暂时性滞留水，填土层为主要含水层，中等透水，其他地层为弱透水层，地下水的补充形式以大气降水和附近生活用水渗透为主。
1.4 设计标准
设计路段为城市主干道，路基宽度36m，设计年限20年，设计车速40km/h，路面标准轴载/桥涵设计荷载BZZ-100/城-A级，地震设防8度，车道数为6，路面结构为水泥混凝土。
2 下穿隧道U形槽设计
2.1 纵断面设计
本项目纵断面主要受在建的茂湛铁路控制，设计中尽量减少征地拆迁和土方量，并考虑线型与周围环境协调。根据《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012），第6.3.1规定，设计车速40km/h的最大纵坡为6%；第6.3.3规定最小坡长为110m；第6.3.6规定凸形竖曲线最小半径（一般/极限）为600m/400m，凹形竖曲线最小半径（一般/极限）为700m/450m，竖曲线最小长度（一般/极限）为90m/35m。本项目经均衡考虑，设计最大纵坡为4.62%，最小坡长为174m，凸形竖曲线最小半径1831m，凹形竖曲线最小半径1757m，竖曲线最小长度60m，都符合标准规定。
2.2 横断面设计
本项目地形较为平坦，地势起伏较小，设计以平面顺适及及满足行车安全、舒适为原则。根据CJJ37-2012第5及行车速度40km/h，设计U形槽和框架桥断面如图2～3所示。
在U形槽部位，道路中性线上规划安装220kV高压线塔，道路两侧人行道下设置电力、通信、给水等隧道。道路横坡坡度设置行车道向外为1.5%，人行道向内为1.0%。
2.3 U形槽设计
采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙与路面结构做成整体式，一起构成U形槽。扶壁式挡土墙采用C35防水混凝土，抗渗等级为P8，混凝土垫层为C15。U形槽共分17节，每节长约20m。
2.3.1 结构设计
借鉴以往成功项目的经验，对扶壁式挡土墙结构尺寸进行了设计，以桩号K0+400~K0+440段的U形槽为例，其尺寸如图4所示。底板一般采用弹性地基梁法进行结构计算，根据地基条件弹性地基梁法又分为温开尔假定法、简单幂基数法、郭氏法、蔡氏法、链杆法等。本项目采用简单幂基数法进行计算，并将地基反力模拟为均布荷载，然后根据内力计算结果确定截面尺寸和进行配筋。按照不同深度确定的底板厚度范围为120～180mm，其中桩号K0+400~K0+440段底板厚为160mm。侧墙厚度范围为100～140mm，其中桩号K0+400~K0+440段侧墙厚140mm。图5为桩号K0+400~K0+440段U形槽配筋示意图，钢筋型号为HRB335。
2.3.2 抗浮设计
为了确保U形槽不会因为地下水的浮力而浮起，必须进行抗浮设计。浮力计算的方法一般利用阿基米德原理——浮力等于物体排开液体体积的重力进行计算[2]。抗浮安全系数 ≥1.05。计算时，取1节U形槽段作为计算对象，验算抗浮力是否满足要求。由于U形槽为变截面，采用模糊计算方法转换为均匀尺寸进行计算[3]，下面举例说明。
北侧U4（桩号K0+400~ K0+440）节段：混凝土容重为25kN/m3，覆土容重为19kN/m3，铺装层容重为24kN/m3，中央花坛填土及铺路花槽容重为20kN/m3，水容重为10kN/m3。地下水位-2.0m，总高度为11.7m。底板重 =20×47.4×1.8×25=42660 kN，侧墙重 =20×1.2×9.9×2×25=11880 kN，侧墙外侧覆土重 =20×4.5×9.9×2×19=33858 kN，铺装层重 =20×31×0.72×24=10713.6 kN，中央花坛填土及铺路花槽重 =20×9×1×20=3600 kN，所以总重力为：
= + + + + =102711.6 kN
总浮力为： =20×47.4×（11.7-2.0）×10=91956 kN
抗浮系数 =1.1170>1.05，说明结构自重足够，不需要抗拔桩，若计算结果也是一样的。设抗拔桩长为15m，桩径为0.5m，抗拔桩极限承载力697 kN，抗拔桩自重 =0.52× ×15×25=294.375 kN，需要的抗拔桩数量为 =（1.05×91956-102711.6）/（294.375×0.9+697）=-6.40<1，可见确实不需要抗拔桩。
北侧其他节段和南侧节段，都按上述方法进行计算，结果抗浮安全系数均大于1.05，也就是不需要设置抗拔桩。
2.3.3 防水及变形缝设计
由于地下水位较高，而U形槽埋深较大，为避免U形槽内积水，所以对防水要求较高，各U形槽节段之间的沉降位置更是整个槽段防水的薄弱环节，容易出现渗漏，这也是防水设计的重点。图6是U形槽底板与侧墙部位的防水做法，图7是U形槽沉降缝的防水做法。
从图6可见，侧墙采用2.5mmEVA防水卷材，而底板则采用1.5mm厚PVC防水板，EVA防水卷材与PVC防水板搭接处采用3mm厚×50mm长扁铜收口压条和水泥钉固定，再采用双组分聚硫密封胶处理，可确保搭接处密封效果，保护层采用砖墙或细石混凝土。底板和侧墙之间的施工缝采用钢板止水带，要求侧墙施工时必须将预埋钢板止水带上面出露部分用钢丝刷清理干净，再安装钢筋和模板。
由图7可见，沉降缝采用了两道膨胀橡胶止水带。橡胶止水带的施工是一个难点，一要防止施工时移位，二要避免刺破橡胶止水带，所以需要适当调整止水带位置的箍筋，如做成凹槽形式。浇灌混凝土时以聚苯泡沫塑料板固定住橡胶止水带，后浇混凝土时再将聚苯塑料泡沫板清理干净，并打上聚硫密封胶。为避免沉降缝以后渗漏，可在止水带处预埋注浆管，这样事后一旦出现渗漏，即可通过注浆管打入聚氨酯膨胀胶，可杜绝继续渗漏。
3 结语
在道路和铁路立体交叉工程中，采用U形槽结构，其截面形式虽然较为简单，但实际上包含了一些复杂问题，如抗浮设计及沉降缝、伸缩缝防水处理等，若这些问题处理不当会影响日后运行。为了保证道路和铁路运行安全，应对这些细节问题详加考察和论证，使设计方案满足经济合理、技术可靠的原则。
参考文献：
[1]张俭.新建道路下穿运营高速铁路桥梁的设计方案[J].中外公路，2014，34（2）：185-188.
[2]蒋平，邢爱萍.省道S366线珠海大道南湾立交下穿地道结构设计关键技术[J].公路，2013（1）：208-211.
[3]唐延钦.增设U形槽改造公铁下穿立交桥排水系统及施工要点[J].公路，2013，33（4）：212-215.
论文作者:梁成增
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/9
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