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探析城市地下道路结构设计

2021/10/15 阅读:

摘要:建设地下道路,可缓解地面道路交通压力,提升地面空间品质,起到串联片区核心开发地块,分散交通压力的作用。以厦门东部体育会展新城核心区地下连通工程为背景,对地下道路设计中标准断面、分叉节点段、三通节点段的不同结构选型方案进行了详细阐述,为同类工程提供参考。

关键词:地下道路工程;结构设计选型;三通节点

0引言

伴随城市的高速发展,国民生活水平的不断提高,居民出行需求急剧增加,城市道路交通在地面道路资源日益紧张的状况下,逐渐从地面往地下发展[1]。城市地下道路系统可有效、合理利用地下空间,拓展城市容量,缓解城市交通资源供需矛盾,完善城市功能,促进城市更加良性、有序的发展。以下就厦门东部体育会展新城核心区地下道路中各种形式的闭合框架结构进行分析研究。

1工程概况

项目位于厦门市翔安区东部体育会展新城核心区,主要沿滨海东大道、会展一路、东界西路、东界路、滨海公园大道等道路构建地下道路(见图1),全长约2.93km,其中主通道长度约2.76km,地下车库联络道长度约0.17km,项目还建设人行地下通道49m。道路等级为城市支路,功能定位为城市地下道路兼地下车库联络道,设计时速20km/h。其中东界西段为汇流主通道,通行净空≥3.2m,设置单向三车道,通道净宽度11.95m;滨海东大道、滨海公园大道、东界路、会展一路为分支主通道,通行净空≥3.2m,设置单向两车道,通道净宽度8.7m。

2地下道路结构设计

2.1地下道路标准断面结构选型

对于采用明挖法施工的地下道路标准断面,根据结构受力特点,可采用平顶式框架结构、折板顶式框架结构、带中夹层式框架结构、顶板采用轻型回填料换填形式等[2]。(1)平顶式框架结构。平顶式框架结构构造简单、施工便捷、经济实惠、工期短,是中小跨径地下结构最常应用的断面形式。当结构跨径达到15m以上的大跨度时,结构板厚按1/10跨径设计已达1.5m,通过增加截面高度提高结构承载力的边际效应逐步递减,该类型结构不再经济实用。(2)折板顶式框架结构。折板顶式框架结构是在平顶式框架结构基础上,临近侧墙处顶板采用折线形式。顶板采用折板形式后,结构内力分布介于梁结构和拱结构之间,结构最大弯矩有所减少的同时,受压轴力相应增大,按偏心受压构件计算可有效降低截面尺寸及钢筋数量。相比于平顶式框架结构,该类型结构适用于大跨度地下结构,但需具有相对充足的结构净空,施工难度及工期也有所增加。(3)带中夹层式框架结构。带中夹层式框架结构即在前述两种结构基础上增设中间夹层,通过减少结构覆土厚度来实现结构断面的优化。中间夹层可根据工程特点预留管道横穿孔或作为地下人行过街通道。该类断面形式主要用于较深覆土段,需注意结构抗浮问题,双层结构需分多次浇筑混凝土,工期有所增加。(4)顶板采用轻型回填料换填。泡沫混凝土、EPS块体等轻型材料相比于常规土体回填料,其材料容重小,对于深埋段结构可有效减轻顶板压重,从而实现结构板厚的优化。由于回填于地下中,该类材料需做好防水工作,并需考虑浸水后结构容重变化,同时对材料强度稳定性要求较高,避免由于长期浸水带来的填料强度降低所导致的路面不均匀沉降。该工程地下道路标准断面净尺寸主要为11.95m×4.6m(三车道)及8.7m×4.6m(两车道)两种形式,结构顶设计覆土厚度为3.0~4.7m。结合上述分析,考虑标准段结构跨度及覆土厚度适中,选用常规钢筋混凝土框架结构形式,其施工简单、技术成熟、经济实惠,可较好保证工程工期及质量。

2.2地下道路分叉节点段结构选型

该工程地下道路共设有3处分叉节点,分叉节点最大跨度18.5m。分叉节点上方有综合管廊斜向交叉通过,对于分叉节点采用折板顶式框架结构或带中夹层式框架结构较难实施;该工程临近海岸,地下水位较高,轻型填料方案需额外考虑相应的抗浮措施,综合造价较高;预应力钢筋混凝土框架结构方案[5]整体结构刚度大,顶、底板不出现裂缝,耐久性较好,因此对于分叉节点顶、底板采用A类预应力构件设计,结构侧墙采用普通钢筋混凝土结构形式。分叉节点一(地下道路一往滨海公园大道方向)由单舱断面渐变至双舱断面长度约60m,结合该工程地质特点共分为3个节段,各节段之间设置变形缝连接,分叉节点一平面图见图2。分叉节点顶、底板各设置两排Φs15.2-12钢束,钢束沿道路前进方向按0.5m间距设置,横向于顶、底板两端张拉,张拉完成后浇筑20cm厚封锚面(见图3)

2.3地下道路三通节点段结构选型

该工程设有多处三通节点,以满足地下主通道与周边地块地下车库畅联互通,各节点规模相同。三通节点除需保证主通道左侧两车道的正常通道,还需实现分叉处车辆右进右出需求,结构开口跨度大,也是该次设计重难点之一。由于三通节点结构跨度较大,采用平顶式框架结构形式需采取较大的结构板厚及较多的钢筋使用量,并不是一个经济的结构方案。三通节点由于其异形的结构形式,折板顶式框架结构施工较为复杂,同时异形结构使得结构内力流传递有别于单向板,不能采用分叉节点段的预应力钢筋混凝土板梁解决方案。综上分析,该工程通过对三通节点顶板增设反梁结构,于侧墙相应位置设置暗柱支撑,结构力流传递形式较为明确,可有效发挥各部分构件作用,达到经济适用的目标。三通节点主通道处净宽11.95m,分支通道净宽8.7m,节点平面见图4所示。节点结构顶板厚0.7m,设1.2m×1.6m(宽x高)下翻梁,在相同的地下空间体积情况下,下翻梁(梁顶与结构外顶齐平)方案相比上翻梁方案,可适当减轻顶板覆土重量,不需将梁格交叉部分孔洞分块填实,提升施工效率。考虑行车视距需求,三通节点柱体均埋置于侧墙内,结构内部未设置,柱体宽度同侧墙厚度,截面尺寸采用1.2m×1.2m。考虑施工难易性及结构受力情况,结构底板采用平板形式,厚度1.2m。三通节点剖面构造图见图5。

3结语

通过对该工程地下道路中不同功能形式的结构节点分析研究,得出以下结论:(1)对于采用明挖法施工的地下道路标准断面,中、小跨度断面选用平顶式钢筋混凝土框架结构较为经济合理;大跨度断面可根据工程特点选用折板顶式框架结构、带中夹层式框架结构、顶板采用轻型回填料换填形式等。(2)对于大跨度分叉节点结构,如因净空受限原因无法采用折板顶式框架结构、带中夹层式框架结构,或因结构抗浮问题顶板不适合采用轻型回填料换填形式的,可考虑采用预应力钢筋混凝土框架结构方案。(3)地下道路三通节点结构跨度较大,不适用于平顶式框架结构;其异形的结构构造,采用折板式结构施工复杂;采用梁板柱结构形式,结构受力明确,各构件能有效利用,达到经济适用的目标。

参考文献

[1]陈志龙,张平,郭东军,等.中国城市中心区地下道路建设探讨[J].地下空间与工程学报,2009(1):1-6.

[2]周倩茹.大跨度城市明挖隧道闭合框架计算研究分析[J].城市道桥与防洪,2019(4):202-205.

[3]唐健.预应力钢筋混凝土在大跨度地下结构中的应用[J].铁道工程学报,2013,30(6):97-102.

作者:郭智 单位:厦门市市政工程设计院有限公司

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