[發(fā)明專利]一種下穿隧道與上跨橋墩合建結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211050530.8
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN116005714A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王步翔;韓旭;周殿文;曹雪山;曹亞鵬;張邦通;吳澤力;趙軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中冶華天南京工程技術(shù)有限公司;中冶華天工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: E02D29/045
• 分類號: E02D29/045;G06F30/13
• 代理公司: 北京中偉智信專利商標代理事務(wù)所(普通合伙) 11325
• 代理人: 張岱

1.一種下穿隧道與上跨橋墩合建結(jié)構(gòu)，其特征在于，

所述下穿隧道結(jié)構(gòu)包括，包括隧道側(cè)墻、隧道底板及樁基礎(chǔ)；

所述上跨橋墩結(jié)構(gòu)包括，包括墩柱、墩身及承臺及樁基礎(chǔ)；

其中，所述的上跨橋墩與隧道剛性連接，上跨橋墩的墩身及承臺與隧道底板整體澆注；

隧道底板下設(shè)置復合樁基。

2.如權(quán)利要求1所述的下穿隧道與上跨橋墩合建結(jié)構(gòu)，其特征在于；在所述的隧道底板底部對應(yīng)上跨橋墩區(qū)域一體設(shè)置加厚層；隧道底板加厚層與隧道底板之間做不大于45°角過渡銜接。

3.如權(quán)利要求1所述的下穿隧道與上跨橋墩合建結(jié)構(gòu)，其特征在于；沿隧道縱向設(shè)置橫向變形縫。

4.如權(quán)利要求3所述的下穿隧道與上跨橋墩合建結(jié)構(gòu)，其特征在于；在所述的橫向變形縫下設(shè)剛性墊塊。

5.如權(quán)利要求4所述的下穿隧道與上跨橋墩合建結(jié)構(gòu)，其特征在于；所述的剛性墊塊長度L＝隧道底板寬+400mm；所述剛性墊塊寬度為1000mm，高度為500mm。

6.一種下穿隧道與上跨橋墩合建結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，所述設(shè)計方法包括如下步驟：

(1)根據(jù)下穿隧道及上跨橋墩的設(shè)計荷載、場地工程地質(zhì)條件及水文條件、隧道斷面尺寸及埋深、上跨橋梁橋墩型，確定隧道底板下樁型、樁長l及樁徑d；

(2)根據(jù)樁長l及樁徑d，確定各基樁單樁豎向承載力特征值R_a；

基樁單樁豎向承載力特征值R_a按下式預估：

式中：u為樁身周長(m)；q_sik為樁周第i層土的極限側(cè)阻力(kPa)；l_i為樁周第i層土的厚度(m)；α為樁端阻力修正系數(shù)；p_sk為樁端阻力(kPa)；A_p為樁端面積(m²)；

(3)復合樁基中的樁數(shù)n按下式確定：

式中：n為復合樁基中的樁數(shù)；F_k為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，作用于隧道底板頂面的豎向力(kN)；G_k為隧道結(jié)構(gòu)自重及隧道底板上上跨橋梁結(jié)構(gòu)自重標準值(kN)；Q_ca為基礎(chǔ)下樁間土承擔的荷載標準值(kN)；α為隧道底板下樁基土地基承載力的利用率，可取0.4～0.5；R_ai為復合樁基中單樁豎向承載力特征值(kN)；

(4)建立三維有限元模型，對合建節(jié)點模型進行網(wǎng)格劃分，地基土和樁底土等效為一系列獨立的彈簧來模擬；設(shè)計荷載和彈簧作用于單元節(jié)點上，運用有限元分析程序進行內(nèi)力和變形計算；

(5)根據(jù)隧道邊超載q、隧道底板埋深H及地下水位h，確定隧道側(cè)墻靜止側(cè)壓力σ_i。

隧道側(cè)墻靜止側(cè)壓力根據(jù)地勘報告按下式計算：

式中：σ_i為計算點處的靜止土壓力(kPa)；γ_j為計算點以上第j層土的有效重度(kN/m³)；H_j為計算點以上第j層土的厚度(m)；q為隧道邊超載(kPa)；K_i為計算點處的靜止土壓力系數(shù)；u_i為計算點處的水壓力(kPa)；

(6)根據(jù)隧道底板埋深H及地下水位h，確定隧道底板水浮力u_f：

u_f＝γ_w(H-h)??????????????(4)

式中：γ_w為水的重度，一般取10kN/m³。

(7)隧道底板底地基土抗力系數(shù)k_s按下式：

式中：k_s為地基抗力系數(shù)(kN/m³)；E₀為地基土變形模量(kPa)；A為隧道底板底面積；μ₀為地基土的泊松比；I₀為反應(yīng)基礎(chǔ)形狀和剛度的系數(shù)，取0.866；

(8)樁端土體抗力系數(shù)k_b按下式：

式中：k_b為樁端土體抗力系數(shù)(kN/m³)；E為土變形模量(kPa)；d為樁徑；μ為地基土的泊松比；ω為沉降影響系數(shù)。