地下建筑结构(中国地质大学孙金山)7知识讲稿.ppt

沉管结构计算与配筋 （一）横向结构计算 横截面多是多孔（单孔的极少）箱形框架. 管段横断面内力一般按弹性支承箱形框架结构计算。 由于荷载组合的种类较多，而箱形框架的结构分析必须经过“假定构件尺寸—分析内力―修正尺寸―复算内力”的几次循环，而且即使在同一节管段（一般为100m长）中，因隧道纵坡和河底标高变化的关系，各处断面所受水、土压力不同（尤其是接近岸边时，荷载常急剧地变化）。 不能仅按一个横断面的结构分析结果来进行整节管段的横向配筋。 图11-8 沉管的结构截面 （二）纵向结构计算 施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计算浮运、沉设时施工荷载（定位塔、端封墙等）所引起的内力。 使用阶段的纵向受力分析，一般按弹性地基梁理论进行计算。 沉管隧道纵断面设计需要考虑温度荷载和地基不均匀沉降以及其他各种荷载，根据隧道性能要求进行合理组合。 （三）结构验算及配筋 沉管结构的截面和配筋设计，应遵照交通部《公路桥涵设计规范》进行。 沉管结构的混凝土28天强度等级，宜采用C30～C45。 采用较高的强度等级，主要是为了抗剪的需要。 设计时可根据施工进度计划的安排，尽量充分利用后期强度。在干坞规模较小，需分批浇筑时，尤可按更长的龄期计算。 沉管结构在外防水层保护下的最大容许裂缝宽度为0.15～0.2mm，不宜采用III级或III级以上的钢筋。 7.5 沉管的防水设计 7.5.1 沉管的防水措施 早期的沉管隧道都是采用钢壳，既是施工阶段的外模，又是管段沉设以后使用阶段的防水层。 最初的矩形钢筋混凝土管段，还是用四边包裹的钢壳。不但底板下边及二侧墙外边用钢板防水，连顶板上面亦用钢板防水。 五十年代以后，开始改用三边包裹的钢壳，顶板上的钢板改以柔性防水层代替，不但节省了钢材，降低了造价，而且也便利了施工。 从 1956 年以后，又发展成为单边钢板防水加三边柔性防水的做法，只在底板之下仍保留钢板作防水层（取其在施工阶段不易披损坏）。 到六十年代初，全部采用柔性防水，完全不用钢板。 柔性防水层最初使用的沥青油毡； 五十年代开始采用了玻璃纤维布油毡； 六十年代后期，异丁橡胶卷材开始应用于管段防水上。 近年来又发展了涂料防水代替施工较麻烦的卷材防水。 沉管自身防水亦是一项极为重要的防水措施。自身防水在一定条件下也可以取代外防水。 7.6 变形缝与管段接头设计 7.6.1 变形缝的布置与构造 钢筋混凝土的沉管结构，如无适当的措施，很容易因隧道的纵向变形而开裂。假定混凝土浇筑温度为5～15oC，沉管外侧温度为10 oC，内侧温度为0～25 oC，而整个沉管隧道又是整体无缝的，那么在变温影响下所产生的纵向应力可达40 kg/m2，沉管结构势必发生严重的开裂。 又如，管段在干坞中预制时，一般都是先浇筑底板，隔上若干时日后再浇筑竖墙和顶板。两次浇筑的混凝土，龄期、弹性摸量、剩余收缩率均不相同，后浇的混凝土不能自由收缩，而要受到偏心受拉内力的作用，常易发生如图11-12所示的裂缝。 不均匀沉降、地震影响等都可能导致管段开裂。这种纵向变形所引起的裂缝都是通透的，对防水很不利。因此，在设计中必须采取适当措施加以防止。 最有效的措施是设置垂直于隧道轴线方向的变形缝，把每节管段分剖成若干节段。根据各国的实践经验，节段的长度不宜过大，一般为15～20m左右（图11-13)。 变形缝的构造要满足三个主要要求： （1） 能适应一定幅度的线变形与角变形； （2） 施工阶段能传递湾矩，使用阶段能传递剪力； （3）变形前后均能防水。 为满足第一个要求，变形缝左右二侧管段节段的端面之间，要留一小段间隙，不使直接接触。间隙中用防水材料充填。间隙的宽度，应按变温幅度与角变量来决定，一般不少于2cm。 在管段浮运时，为了保持管段的整体性，变形缝一定要能传递由波浪引起的纵向弯矩。如管段结构的纵向钢筋在变形缝处全部切断，则需安设临时的预应力索（或预应力筋），待沉设完毕后，再行撤去。如不设临时预应力设施，则可将变形缝处的外侧纵向钢筋切断，而临时保留内侧纵向钢筋，待沉设完毕后，再予切断（图11-14）。 为传递横向剪力，宜采用台阶缝，即图11-15所示。 为保证变形前后均能防水，一般均于变形缝处设置一道止水缝带，见图11-15。 图 11－14 变形缝的临时传力措施图 图11－15 变形缝的抗剪措施 1－管壁；2－变形缝；3－钢片橡胶止水带；4－止水钢板 7.6.2 止水缝带 变形缝的各组成部分中，最为主要的是既能适应变形，又能有效地堵住渗漏的止水缝带，又简称作止水带。 止水带的种类与型式很多。 铜片等金属止水带现已很少采用。 塑料（聚氯乙烯）止水带弹性较差，只能适应幅度较小的变形，预制管段中用