水下大断面箱涵结构设计
【摘要】本文就箱涵断面结构设计和水下大断面箱涵结构进行分析研究，并探讨水下大断面箱涵结构防水设计，以便为今后水下大断面箱涵结构设计提供一些建议。
【关键词】水下大断面;箱涵;结构设计
0.引言
箱涵指的是洞身主要是以钢筋混凝土结构箱形管节修建的涵洞，箱涵通常是由一个或者多个方形以及矩形断面组成，其制作
材料
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通常为钢筋混凝土和圬工制成，但主要是以钢筋混凝土为主。通常情况下，当跨径小于4米的时候，才会使用箱涵。箱涵的施工方式通常是采用现浇方式，在开挖好的沟槽内部设置底层，浇筑一层混凝土垫层，同时，将加工好的钢筋现场绑扎之后，支好内模和外模。较大型的箱涵通常会先浇筑底板和侧壁的下半部分，再对侧壁上部和顶板钢筋进行绑扎，支好内模和外模，浇筑侧壁上半部分和顶板。等到混凝土均符合设计要求之后进行强度拆模，在箱涵两侧同时回填土。箱涵的具体施工
流程
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如图1所示。本文主要是以国道214线中甸至松园桥二级公路中的某段设置箱涵结构进行研究。
1.箱涵断面结构设计分析
在进行箱涵断面结构设计的时候为了确保和两端的公路顺畅连接，需要根据这段公路的行车界限、设备布置情况等来要求和考虑，适当的设计线路的曲线、加宽预留足够的空间尺寸，确保箱涵的内部净空宽为13米，高为6.5米。箱涵的横断面使用单箱单室的矩形箱结构，这种矩形箱的外包尺寸宽为16米，高为9.5米。箱涵顶板的厚度为1.5米，底板厚厚度为1.5米，靠山一侧的墙厚度应为1.6米。其中箱涵主要使用C30防水混凝土浇筑，在设计的时候需要考虑到公路的保通要求以及施工现场条件的限制情况，同时，需要分为纵向五个单元进行建筑，每单元的长度为10米。各个单元之间设置施工缝，施工缝主要使用刚性接头。另外箱涵和坝体以及U行槽的交接处需要设置变形缝，主要使用柔性接头[1]。另一方面，在箱涵的底部靠近河流的一侧，需要在掉空处设置衡重式挡墙，并在墙背处使用夯填土反压。为了有效的提高底部软基的抗剪强度和承载力，需要使用钢管进行注浆加固处理。同时，在箱涵的顶部使用回填土石反压。以便有效的提高抗浮能力。在回填顶部面的时候，需要设置上坝公路，邻近河流的一侧需要铺设砌片块石护面，以便避免冲刷。
2.水下大断面箱涵结构分析
其一，稳定性
检测
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。首先，需要根据设计的相关要求，分别对箱涵的结构进行抗浮、抗滑和抗倾覆检测。在检测的时候，需要根据工程的实际情况进行分析，在公路的K80+190的断面作为检测和验算的样本，分别对样本的无水、半淹没、全淹没几种情况进行定性分析。通过相关计算得出，箱涵的抗浮和抗滑、抗倾覆等稳定系数均比常规要求的最小安全系数要小，表明，这段公路的箱涵断面结构稳定性较好[2]。
其二，内力分析。箱涵外侧和河流靠的比较近，在施工的时候，需要在背部回填土体，在箱涵的顶部回填土，下帖下挡墙顶部和注浆加固土体。根据相关分析研究，可以适当的将箱涵结构简化为置于弹性地基上的板式框架结构，使用荷载结构方法进行内力分析。简化的模型如图2所示。
箱涵结构内力分析还需要考虑到以下两种情况。一种是正常蓄水位情况。另一种是水位在底板以下的情况。针对前者而言，外墙的水压需要按照100%考虑，另外，需要根据相关设计要求规范对其余三面水压力取外水压力的75%进行折减。根据计算得知，箱涵结构内力需要按照第一种情况进行配筋。
其三，应力和变形分析。箱涵结构的跨度比较大，淹没的水头较高，坡度较陡，因此，
需要严格控制箱涵的变形情况，以便确保地基的变形和承载力符合工程的标准要求。根据相关研究得知，箱涵结构的最大拉应力通常会出现在左侧墙外侧上边缘，其应力值小于C30混凝土抗拉强度的设计值。其中最大的压应力出现在左上转角处，小于C30混凝土抗压强度设计值。由此可以看出，在箱涵的左上转角和下挡墙交界处是箱涵结构应力比较集中的地方，在对箱涵结构设计的时候需要加强这个区域的配筋。另外，箱涵底部地基的容许承载力需要超过244KPa，下挡墙底部的最小容许承载力应该超过735KPa。否则，就需要对地基进行加固处理。另外，在变形方面，箱涵的整体结构呈现下沉的趋势，但没有发生扭转的现象，其中最大的竖向位移发生在顶板的右侧，最大的横向位移发生在箱涵的底板处。箱涵结构变形主要是以竖向变形为主，在水压力的影响下，箱涵结构将会向边坡一侧移动，但是位移的幅度不大。可以看出，箱涵结构的变形幅度较小，可以满足工程的标准要求。
3.水下大断面箱涵结构防水的设计
3.1箱涵结构防水设计
根据实际情况进行分析，箱涵的最大淹没水位将达到28米，因此，在设计的时候，尤其需要考虑到箱涵的防水设计。为了有效的确保箱涵结构防水功能可以达到不漏水、不滴水的要求，同时还需要根据实际箱涵结构工程的特点和结构断面的特征进行分析，对箱涵结构使用自防水和外防水相结合的防水措施进行防水处理。其中自防水主要是使用防水混凝土进行防水处理。外防水主要指的是在箱涵结构外侧刷防水材料，主要使用C30防水混凝土建筑，防渗等级需要高于S10，外墙比较靠近河流的一侧需要刷1米厚的水泥基渗透结晶防水涂料，同时在外侧需要铺设无纺布缓冲层，以便避免漏水的情况发生。
3.2防水涂料施工要点分析
首先，在施工前需要进行设计会审，需要综合考虑到设计意图和节点的处理方法以及技术关键点，并制定好施工
方案
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。其次，针对基层处理。需要对施工面进行清水冲洗，并使用钢丝刷清理杂物和松散的水泥浆，同时需要对油污进行处理。防水施工的基层需要平整、干净和牢固。另外，在配料方面，其中防水涂料需要符合工程标准要求，涂料需要严格按照涂料说明书进行配制。最后，在施工的时候，施工面需要用水浸润，确保施工面的湿度，涂料施工主要采用涂刷方式进行施工，涂刷均匀一致，涂刷两次即可。
4.总结
通过对水下大断面箱涵结构设计进行分析，需要结合箱涵施工的实际情况进行分析，在箱涵结构方面需要考虑到稳定性和内力承载作用，确保箱涵的质量安全。目前，箱涵结构正在投入使用，在运营的过程中没有出现结构安全有关的变形和裂缝等现象，在防水方面均符合标准要求。通过实践证明，这种设计方式和结构的分析方法是科学合理的。
【参考文献】
[1]朱浩.箱涵结构优化设计[J].中外公路，2011(06):147.
[2]赵恩泰.城市河道中建造箱涵的施工技术[J].建筑施工，2009(06):124-125.
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