一种加肋梁的沉管隧道底板及排水结构的制作方法

本发明涉及水下沉管隧道工程建设技术领域，具体涉及一种加肋梁的沉管隧道底板及排水结构。

背景技术：

沉管隧道是指在干坞预制管段，通过浮运、沉放、对接等方式建造的水下隧道。根据使用功能要求，一级公路三车道隧道(80km/h)建筑限界净宽约需要13.8m，建筑限界高度为4.5m或5.0m，沉管隧道一般为偏平的矩形断面，沉管隧道一般采用钢筋混凝土结构。例如，南昌某赣江水下一级公路三车道沉管隧道底板结构厚度大1200mm，上部还设有800mm-900mm厚的素混凝土层，利用素混凝土层的重量抵抗沉管隧道浮力的作用，而结构底板截面承载力和裂缝计算均不考虑素混凝土层厚度。

目前沉管隧道底板一般采用钢筋混凝土平板，底板结构截面承载力和裂缝计算不考虑回填混凝土参与，结构形式有待优化。沉管隧道下沉时，需要向沉管隧道内注水压重，沉管内部需要施作压重水箱，水箱制作、拆装和运输需要一笔费用，另外底板混凝土比较厚，混凝土强度等级较高，属于大体积混凝土浇筑，底板容易开裂，为了控制混凝土硬化过程产生的热量，需要采取降温措施，增加施工费用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合理、使用方便的、加肋梁的沉管隧道底板及排水结构，它可节省沉管隧道配筋和工程造价，方便沉管管节浮运、下沉和对接。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用的技术方案为：它包括沉管隧道底板、肋梁、凹槽、素混凝土、混凝土找坡层、路面层、腋角、小排水沟、大排水沟、排水管、沉管隧道外侧墙、沉管隧道内墙；沉管隧道包括在两侧设置的行车道管廊和中间管廊，所述沉管隧道外侧墙设在沉管隧道外部，沉管隧道内墙设在中间，行车道管廊底部设有沉管隧道底板，沉管隧道底板为钢筋混凝土板，沉管隧道底板上沿纵向间隔一定距离设置有肋梁，在跨端设置有腋角，肋梁之间设有凹槽，沉管管节浮运到设计位置时，沉管隧道底板的肋梁之间的凹槽内注入水，沉管管节下沉、对接后，肋梁之间凹槽中的水替换为素混凝土，素混凝土顶面与肋梁顶面相齐，素混凝土和肋梁的顶面设有混凝土找坡层，混凝土找坡层顶面设有行车道管廊的路面层，路面层和混凝土找坡层的一侧沿纵向设有小排水沟，中间管廊采用钢筋混凝土平板，中间管廊的底板顶面沿纵向设有大排水沟，两肋梁之间的素混凝土中设置有排水管，排水管沿纵向间隔一定距离设置，排水管的两端分别连接行车道管廊的小排水沟和中间管廊的大排水沟。

采用上述结构后，本发明有益效果为：

1、采用加肋梁的沉管隧道钢筋混凝土底板，底板结构截面较高，充分利用回填层空间，结构底板配筋少，节省钢材；

2、管节重量较轻，管节浮运、沉放和对接方便；

3、凹槽替代压重水箱，节省压重水箱制作、安装和拆除等；

4、节省工程造价。

附图说明

图1为本发明的平面结构示意图；

图2为本发明的A-A剖面结构示意图；

图3为本发明的B-B剖面结构示意图(浮运、下沉和对接工况)；

图4为本发明的B-B剖面结构示意图(使用工况)；

图5为目前常规设计的沉管隧道底板及排水结构1-1剖面图；

图6 为目前常规设计的沉管隧道底板跨中配筋示意图；

图7为本发明的加肋梁的沉管隧道底板跨中配筋示意图；

图8为本发明的加肋梁的沉管隧道底板跨端配筋示意图。

附图标记说明：1-沉管隧道底板，2-肋梁，3-凹槽，4-素混凝土，5-混凝土找坡层，6-路面层，7-腋角，8-小排水沟，9-大排水沟，10-排水管，11-沉管隧道外侧墙，12-沉管隧道内墙。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式一：

如图5和图6所示，按常规设计的某市政沉管隧道，设计为双向六车道，两侧设有行车道管廊，设有中间管廊，行车道管廊净宽12.4m，中间管廊净宽度2.0m，沉管隧道外侧墙厚度1.0m，沉管隧道内墙厚度0.6m，底板厚度1.2m，底板端部设有腋角，行车道管廊腋角高0.4m，行车道管廊腋角宽度1.2m，中间管廊腋角高0.4m，中间管廊腋角宽度0.4m，素混凝土回填层厚度约0.7m～0.8m(回填层顶面有1%的坡度、靠中间管廊一侧路面层较高)，素混凝土回填层顶部设沥青混凝土路面层厚度0.1m，路面层有1%的坡度，在路面层一侧有200mm×60mm的排水沟，在小排水沟的下部设有350mm×350mm大排水沟，大排水沟设在素混凝土回填层中，小排水沟的水通过排水管引入大排水沟。

底板结构配筋见图7，行车道底板跨中截面高H1=1.2m，顶层配横向受力筋和纵向分布筋为受力筋，横向受力筋面积为Ah1，纵向分布筋面积Az1，截面横向弯矩为M1。根据钢筋混凝土受弯截面承载力计算原理，M1=，为常数，为钢筋设计强度。所以，相同截面弯矩作用下，截面高度增加，截面受力筋面积Ah1减少，纵向分布筋面积Az1一般取底板截面面积的0.15%。

如图1、图2、图3和图4所示，采用本发明设计的一种加肋梁沉管隧道底板及排水结构，两侧设有行车道管廊，中间设有中间管廊，行车道管廊净宽12.4m，中间管廊净宽度2.0m，沉管隧道外侧墙11厚度1.0m，沉管隧道内墙12厚度0.6m，沉管隧道底板1厚度0.6m，肋梁2高度(肋梁2顶面至沉管隧道底板1底面)为1.8m，肋梁2宽度1.0m，肋梁2中心间距3.0m，肋梁2之间的凹槽3净宽2.0m，沉管隧道底板1的端部(板与侧墙节点)设有腋角7，腋角7高1.2m，腋角7宽度2.0m，凹槽3深度约0.6m～0.7m，素混凝土4和肋梁2顶面设混凝土找坡层5，混凝土找坡层5厚度60mm～180mm，混凝土找坡层5有1%的坡度，靠近中间管廊混凝土找坡层5较高，混凝土找坡层5顶面设路面层6，路面层6厚度0.1m，路面层6采用沥青混凝土，在路面层6和混凝土找坡层5一侧有200mm×160mm的小排水沟8；中间管廊采用钢筋混凝土平板，板厚1.2m，腋角7高0.4m，腋角7宽度0.4m，中间管廊在底板中间沿纵向设大排水沟9，大排水沟9设在中间管廊底板顶面，大排水沟9净宽800mm，大排水沟9深度400mm，大排水沟9壁厚150mm；行车道管廊小排水沟8的水通过排水管10引入中间管廊的大排水沟9，排水管10设置在凹槽3的素混凝土4中，且穿过沉管隧道内墙12，排水管10间距9.0m，排水管10采用PVC管，直径50mm，PVC管壁厚5mm。

本发明的沉管行车道加肋底板跨中截面配筋见图8，行车道跨中截面为倒T型梁，倒T型梁高H2=1.8m，倒T型梁横向受力筋配在肋梁2顶部，横向受力筋面积为Ah2，跨中截面横向弯矩为M1；根据钢筋混凝土受弯截面承载力计算原理，M1=，为常数，为钢筋设计强度。所以，本发明加肋底板截面高度H2明显比H1增加，跨中截面横向受力筋比常规设计的明显减少。本发明的沉管隧道底板1厚度只有常规设计的50%，所以，纵向分布筋面积比常规设计纵向分布筋减少50%；本发明的加肋梁2的沉管隧道底板1，在浮运、下沉和对接工况每延米减少混凝土2.92立方米，即约减少6.7吨/m，如果每节沉管长度按100m设计，每节沉管的重量减少670吨，沉管重量减少，可以方便沉管浮运和对接。

具体实施方式二：

如图5和图6所示，某市政沉管隧道，原设计为双向六车道，两侧设有行车道管廊，设有中间管廊，行车道管廊净宽12.4m，中间管廊净宽度2.0m，沉管隧道外侧墙厚度1.0m，沉管隧道内墙厚度0.6m，底板厚度1.2m，底板端部设有腋角，行车道管廊腋角高0.4m，行车道管廊腋角宽度1.2m，中间管廊腋角高0.4m，中间管廊腋角宽度0.4m，素混凝土回填层厚度约0.7m～0.8m(回填层顶面有1%的坡度、靠中间管廊一侧路面层较高)，素混凝土回填层顶部设沥青混凝土路面层厚度0.1m，路面层有1%的坡度，在路面层一侧有200mm×60mm的排水沟，在小排水沟的下部设有350mm×350mm大排水沟，大排水沟设在素混凝土回填层中，小排水沟的水通过排水管引入大排水沟。

如图1、图2、图3和图4所示，采用本发明设计的一种加肋梁沉管隧道底板及排水结构，两侧设有行车道管廊，设有中间管廊，行车道管廊净宽12.4m，中间管廊净宽度2.0m，沉管隧道外侧墙11厚度1.0m，沉管隧道内墙12厚度0.6m，沉管隧道底板1厚度0.6m，肋梁2高度(肋梁2顶面至沉管隧道底板1底面)为1.8m，肋梁2宽度1.0m，肋梁2中心间距4.0m，肋梁2之间的凹槽3净宽3.0m，沉管隧道底板1的端部(板与侧墙节点)设有腋角7，腋角7高1.2m，腋角7宽度2.0m ；凹槽3深度约0.6m～0.7m，素混凝土4和肋梁2顶面设混凝土找坡层5，混凝土找坡层5厚度60mm～180mm，混凝土找坡层5有1%的坡度，靠近中间管廊的混凝土找坡层5较高，混凝土找坡层5顶面设路面层6，路面层6厚度0.1m，路面层6采用沥青混凝土，在路面层6和混凝土找坡层5一侧有200mm×160mm的小排水沟8，中间管廊采用钢筋混凝土平板，板厚1.2m，腋角7高0.4m，腋角7宽度0.4m，中间管廊在底板中间沿纵向设大排水沟9，大排水沟9设在中间管廊底板顶面，大排水沟9净宽800mm，大排水沟9深度400mm，大排水沟9壁厚150mm；行车道管廊小排水沟8的水通过排水管10引入中间管廊的大排水沟9，排水管10设置在凹槽3的素混凝土4中，且穿过沉管隧道内墙12，排水管10间距9.0m，排水管10采用PVC管，直径50mm，PVC管壁厚5mm。本发明的加肋梁2的沉管隧道底板1，在浮运、下沉和对接工况每延米减少混凝土5.0立方米，即约减少11.5吨/m，如果每节沉管长度按100m设计，每节沉管的重量减少1150吨，沉管重量减少，可以方便沉管浮运、下沉和对接。

本具体实施方式采用加肋梁的沉管隧道钢筋混凝土底板，底板结构截面较高，充分利用回填层空间，结构底板配筋少，节省钢材；管节重量较轻，管节浮运、沉放和对接方便；凹槽替代压重水箱，节省压重水箱制作、安装和拆除等；节省工程造价。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。