洞门计算.docx
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2.4隧道洞门型式方案比选
洞门型式方案比选
表2-2
洞门比较
冀墙式
削竹式
端墙式
柱式
适用的围岩条件
地质较差的Ⅳ级以下围岩,以及需要开挖路堑的地方,山体纵向推力较大时
洞门周围地形比较平缓
岩质稳定的Ⅲ级以上围岩和地形开阔的地区,岩层较为坚硬完整,山体压力较小
适用于Ⅳ~Ⅵ级围岩,地形较陡,地质条件较差,仰坡下滑可能性较大,岩层有较大侧压力的地段,或洞口处地位狭窄,设置翼墙无良好基础时
特点
由端墙及翼墙组成,翼墙是为了增加端墙的稳定性而设置的,同时对路堑边坡也起支撑作用
与衬砌连成一体,是洞身衬砌的延伸
端墙的构造一般采用等厚的直墙,墙身微向后倾斜,可以较竖直墙减少土石方压力,抗倾覆。
端墙的中部设置尺寸较粗大的柱墩2~4个,以增加端墙的稳定性;
景观
壁面积大,要在降低亮度方面下功夫,有重量感,对行驶易产生压迫感
修饰周围的景观,使洞门与之协调
壁面积大,要在降低亮度方面下功夫,有重量感,对行驶易产生压迫感
较为雄伟
经济性
造价一般
模板型、配筋较费事、耗资大
岩层较好时最为经济
较翼墙式洞门大,造价较高,施工也较为复杂
安全性
抗滑、抗倾覆稳定性好
稳定性好、基础承载力要求不高
结构简单、工程量小,施工简便
抗滑、抗倾覆稳定性好
洞门型式方案的选择:
线路洞门左侧洞门处也属于V级围岩,地势较陡,地质条件较差,纵向推力较大,综合比较决定采用冀墙式洞门。
线路右侧洞门处虽然处属于V级围岩,但其洞口周边地形比较平坦,方便施工,采用了削竹式洞门。
2.4.1洞门构造要求
按《公路隧道设计规范》(JTG-2004),洞门构造要求为:
1、洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m,洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m,洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。
2、洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔;洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。
3、洞门墙基础必须置于稳固地基上,应视地基及地形条件,埋置足够深度,保证洞门的稳定。
基底埋入土质地基的深度不小于1.0m,嵌入岩石地基的深度不小于0.5m;基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。
基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。
4、松软地基上的基础,可采取加固基础措施。
洞门结构应满足抗震要求。
2.4.2验算满足条件
采用挡墙式洞门时,洞门墙可视为挡土墙,按极限状态验算,并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。
验算时应符合表2-3和表2-4(《公路隧道设计规范》JTG-2004)的规定,并应符合《公路路基设计规范》、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》的有关规定。
洞门墙设计参数表2-3
仰坡
坡率
计算摩擦角φ(度)
容重γ(kN/m3)
基底摩擦
系数f
基底控制压应力(MPa)
1:
0.5
70
25
0.6
0.8
1:
0.75
60
24
0.5
0.6
1:
1
50
20
0.4
0.40-0.35
1:
1.25
43-45
18
0.4
0.30-0.25
1:
1.5
38-40
17
0.35-0.4
0.25
洞门主要验算规定表2-4
墙身截面荷载效应值Sd
≦结构抗力效应值Rd(按极限状态计算)
墙身截面荷载
效应值Sd
≦结构抗力效应值Rd(按极限状态计算)
墙身截面偏心距e
≦0.3倍截面厚度
滑动稳定
安全系数Kc
≧1.3
基底应力σ
≦地基容许承载力
倾覆稳定
安全系数Ko
≧1.6
基底偏心距e
岩石地基≦B/5-B/4;土质地基≦B/6(B为墙底厚度)
2.4.3洞门结构设计计算
计算参数如下:
(1)边、仰坡坡度1:
1.5;
(2)仰坡坡脚ε=30°,tanε=0.58,tanα=0.1;
(3)地层容重γ=17kN/m3;
(4)地层计算摩擦角=40°;
(5)基底摩擦系数0.4;
(6)基底控制应力[σ]=0.25Mpa
2.4.3.1建筑材料的容重和容许应力
洞门材料选用C25混凝土,容许压应力[σa]=0.5MPa,重度γ=23KN/m3。
2.4.3.2洞门各部尺寸的拟定
根据《公路隧道设计规范》(JTJ026-90),结合洞门所处地段的工程地质条件,拟定洞门翼墙的高度:
H=18m;其中基底埋入地基的深度为1.5m,洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为2m,洞门翼墙与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度2m,洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.4m,洞门墙顶高出仰坡坡脚0.8m。
2.4.3.3洞门验算
根据《公路隧道设计规范》(JTJ026-90),洞门土压力计算最危险滑裂面与垂直面之间的夹角:
洞门计算简图
式中:
——围岩计算摩擦角;
ε——洞门后仰坡坡角;
α——洞门墙面倾角
代入数值可得:
=0.68
故:
w=34.217°
2.4.3.4翼墙墙身验算
翼墙计算高度取距洞门前0.5m处高度为H=8m,洞门后填土高度为H=7.2m,翼墙厚度B=1.7m
根据《公路隧道设计规范》(JTG—2004),土压力为:
式中:
E——土压力(kN);
——地层重度(kN/m3)
λ——侧压力系数;
ω——墙背土体破裂角;
b——洞门墙计算条带宽度(m),取b=1m;
ξ——土压力计算模式不确定系数,可取ξ=0.6。
把数据代入各式,得:
λ=0.2550
h′=3.4483
h。
=1.44
洞门土压力E:
=71.16KN
式中:
δ——墙背摩擦角δ=23φ=23×40=26.7°
(1)抗倾覆验算
挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式:
式中:
K0——倾覆稳定系数,;
——全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩;
——全部水平力对墙趾O点的稳定力矩;
墙身重量G:
Ex对墙趾的力臂:
Ey对墙趾的力臂:
G对墙趾的力臂:
代入上式得:
故抗倾覆稳定性满足要求
(2)抗滑动验算
对于水平基底,按如下公式验算滑动稳定性:
式中:
Kc——滑动稳定系数
——作用于基底上的垂直力之和;
——墙后主动土压力之和,取=Ex;
F——基底摩擦系数,取f=0.4
代入式得:
故抗滑稳定性满足要求
(3)基底合力偏心矩验算
设作用于基底的合力法向分力为,其对墙趾的力臂为ZN,合力偏心矩为e,则:
<
满足基底合力的偏心距,对于
,计算结果满足要求。
(4)墙身截面偏心矩及强度验算
墙身截面偏心矩e
式中:
M——计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后;
N——作用于截面以上垂直力之后。
将数据代入墙身偏心矩E的公式,可得:
,计算结果满足要求。
应力σ
满足强身截面的要求
2.4.3.5翼墙基底的运算
,端墙墙高,墙背厚土,端墙厚
土压力E:
滑动稳定的运算:
满足滑动稳定的要求
2.4.3.6端墙的验算
,所取墙高为,墙背厚土,端墙厚,
取条带宽度
土压力的计算
(1)倾覆稳定性的运算
满足倾覆稳定的要求
(2)滑动稳定的要求
满足滑动稳定的要求
(3)合力偏心距的运算
满足基底偏心距的要求
(4)基底压力的验算
当时,
(5)墙身截面的偏心验算
将数据代入墙身偏心矩E的公式,可得:
,计算结果满足要求
因为出现负值,故尚因检算不考虑圬工承受拉力时受压区应力重分布的最大压力。
通过应力分布
满足墙身截面的要求。
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