预制混凝土综合管廊连接工艺解析

黄国苏

(厦门市市政工程设计院有限公司 福建厦门 361000)

0 引言

预制混凝土综合管廊，在生产质量、文明施工、施工工期、防水效果、社会效益等方面有突出的优势，在城市综合管廊工程建设中受到越来越多的关注和应用。

根据住房和城乡建设部建质函〔2016〕89号文“关于印发《2016年国家建筑标准设计编制工作计划》的通知”要求，由厦门市市政工程设计院有限公司、中国建筑标准设计研究院有限公司，同有关单位新编国家建筑标准设计图集《预制混凝土综合管廊》[1](图集编号18GL204，已于2018年7月1日实施)。以期促进预制混凝土综合管廊设计、施工的规范化程度，进一步推动预制混凝土综合管廊技术的实践和发展。本文拟介绍国标图集《预制混凝土综合管廊》中纳入的当前国内应用较为广泛、效果较好的几种预制管廊连接工艺。

1 预制管廊切分形式

预制混凝土综合管廊的切分形式，由综合管廊的断面尺寸、入廊管线类型、预制场地条件、模具设备类型、吊装及运输设备、施工工艺等条件综合确定。

预制管廊的切分形式主要有：仅纵向切片、纵横向切片、其他(如盾构管片等)，国标图集《预制混凝土综合管廊》中纳入仅纵向切片的形式。预制管件切分得越小，虽然在制作、吊装和运输等方面有利，但增加的拼缝，对预制管廊的结构受力、防水效果、耐久性等方面带来不利的影响。因此，预制管件的尺寸及重量，在满足生产、吊装、运输能力的情况下，尽量减少预制管件的拼缝。

2 柔性承插式接头

(1)柔性承插接头

采用承插式连接、双胶圈密封实现预制节段拼装的接头型式。拼装方便、快捷，接缝的密封性能好，接头对位移或转角具有一定的适应性，如图1所示。

图1 插口工作面双胶圈接头

(2)约束方式

柔性承插接头，仅采用承插接头约束，没有附加其他约束措施，可适应相邻管节一定范围内的相对位移和转角。

(3)密封型式

采用插口工作面双胶圈的型式，两道胶圈均位于插口工作面上，实现防水双保险；并配合设置在两道胶圈之间的检测孔，实现施工安装过程中的可检验性，保障每个接头的橡胶圈均正确安装，接头具有可靠的密封性。运营阶段因过大的不均匀沉降导致接头漏水时，利用检测孔注入密封材料，密封材料固化后形成二次柔性防水，作为接头的防水补救措施，如表1所示。

表1 柔性承插式接头密封型式

(4)密封圈形状及材料

密封圈形状宜采用楔形，楔形橡胶圈的底边紧贴插口工作面，楔形胶圈与插口工作面的接触面积大于与承口的接触面积，并配合润滑膏等措施，保证承插安装时胶圈不偏移。通过控制承插口两个端面的间隙达到预设宽度，即表示安装到位。密封圈的材料推荐采用弹性橡胶，弹性橡胶圈耐久性较好，且弹性橡胶的硬度较大，可以避免橡胶圈在安装的过程中出现翻转和偏移的现象。

(5)工作面构造设计

采用插口工作面双胶圈的接头，承插口工作面宜设计双台阶及小角度坡面，可加大承口端部內缘和插口端部外缘之间的间隙，有利于承插安装时对准，提高安装效率。工作面双台阶构造，两道胶圈分别置于两个台阶，利于控制两道胶圈的位置和间距。

工作面宜设置不大于4°的小角度坡面[2]，如图2所示，有利于在承插安装过程中压缩弹性橡胶圈至预设压缩率。插口工作面双胶圈采用的弹性橡胶(氯丁橡胶或三元乙丙橡胶)硬度均较大(45°～65°)，在同样的顶推力作用下，小角度的坡面构造有利于提供更大的挤压力，利于安装就位。

工作面设置小角度坡面，有利于降低胶圈压缩率与位移和转角的敏感性。图2、图3分别表示工作面坡度为4°和工作面坡度为10°的接头。假设同时发生50mm位移，坡度为4°工作面间隙，由预设的20mm变化为23mm；坡度为10°工作面间隙，由预设20mm变化为29mm。由此可见，工作面角度越小，位移对胶圈压缩率的影响越小，如图3所示。

图2 工作面坡度为4°

图3 工作面坡度为10°

工作面预设间隙、接头长度由设计确定。工作面预设间隙一般为20mm，预设间隙的大小与管廊尺寸有关，如果管廊的尺寸越大，接头的尺寸公差也越大，需要选择大的工作面间隙和大的胶圈断面。承插口接头长度由胶圈宽度、胶圈间距、端面预设间隙确定，一般为150mm～200mm，如图4所示。

图4 插口工作面双胶圈接头细部尺寸

柔性承插接头按环向形状分为Ⅰ型、Ⅱ型。

Ⅰ型接头为矩形，仅在4个角做圆弧倒角。这种接头的模具制作比较简单，但胶圈套上插口工作面后，底边胶圈在重力作用下会出现下垂现象，胶圈伸长率出现不均匀，一般会采用胶把底边的胶圈粘在工作面上。

Ⅱ型接头为弧形接头，由4段大圆弧配合4段圆弧倒角组成，弧形的接头构造可增加胶圈与插口工作面的径向抱箍力，胶圈与工作面紧密贴合，提高接头的防水效果和适应变形能力。

3 纵向锁紧承插式接头

(1)纵向锁紧承插式接头

采用机械紧固、双胶圈密封实现预制管廊拼装的接头型式。管廊节段之间采用承插式接头，利用连接钢筋实现纵向连接并锁紧，如图5～图6所示。

图5 端面双胶圈接头

图6 插口工作面+端面双胶圈接头

(2)约束方式

纵向锁紧承插式接头采用承插接头约束，并辅以纵向机械紧固措施。与柔性承插接头相比，增加了纵向的锁紧措施，限制管节之间纵向的相对位移，由柔性变成了刚性。

(3)密封型式

采用双胶圈防水，按密封圈位置分为“端面双胶圈”和“插口工作面+端面双胶圈”。端面双胶圈的两道胶圈，分别在内外两个端面，插口工作面+端面双胶圈的两道胶圈，一道位于插口工作面上，另一道位于内侧的端面上，如表2所示。

表2 纵向锁紧承插式接头密封型式

(4)密封圈形状及材料

插口工作面上密封圈的要求同柔性承插接头。端面上密封圈的材料，一般采用矩形或梯形的遇水膨胀橡胶，或丁基腻子橡胶。由于端面发生相对位移将直接造成压缩率损失，因此，端面密封圈安需有较高的压缩率，理论压缩率一般取50%～60%。高压缩率可确保在出现一定程度的相对位移后，仍有一定的富余压缩率保证密封圈的密封性。对于端面密封圈，需配合纵向锁紧措施，限制管节之间的相对位移，保证密封圈的压缩率。

鉴于端面密封圈高压缩率的需要，宜选择硬度较小的材料，一般选择遇水膨胀橡胶密封圈，或丁基腻子橡胶复合密封圈。如果在变形过大、压缩率损失的情况下，这两种材料都有弥补的可能；一个是通过遇水膨胀来弥补，另一个是通过具有粘性的腻子与混凝土进行渗透咬合，保持密封效果。

在选择遇水膨胀橡胶时，建议选用低体积膨胀率的材料。端面密封圈产生的密封效果，主要以弹性压缩为主，遇水膨胀仅作为补充，所以建议选择低体积膨胀率的胶圈，如PZ-150、PZ-250的遇水膨胀橡胶[5]。另外，高体积膨胀率的胶条，在反复浸水之后的物理性能指标下降明显，不利于胶条的耐久性。

(5)工作面构造设计

为了控制密封圈的位置，一般需在承口端面设置密封圈槽。工作面上设有密封圈的，需在工作面上设置单台阶构造，利于控制密封圈的位置。

承插口工作面宜设置约4°～6°的坡面[2]，可选择比柔性承插口要求更大的坡面角度。一方面，拼装时纵向锁紧措施可提供足够大的顶推力，另一方面，锁紧措施限制了远期节段间的相对位移。

(6)纵向锁紧措施

一般采用两种型式：钢绞线(配套锚具锚固)、钢棒(配套高强螺母锚固)。纵向锁紧钢筋的规格和数量，根据所需的锁紧力计算确定。每个预制节段均设置连接箱，连接箱尺寸根据纵向锁紧钢筋的种类，按张拉设备的尺寸和操作空间确定。为了保证操作空间，一般连接箱的纵向长度不小于400mm。

4 胶接预应力接头

(1)胶接预应力接头

采用结构胶粘剂和预应力实现预制节段拼装的接头型式，节段拼装后整体性好、刚度大，如图7所示。

图7 胶接预应力接头

(2)约束方式

胶接预应力接头为刚性接头，相邻预制节段之间，设置剪力键、剪力槽，工厂匹配预制，拼装时匹配面之间涂结构胶，并施加纵向预应力形成刚性整体。

(3)密封型式

采用匹配预制实现拼接面完全匹配，并进行全断面均匀涂抹结构胶粘剂，拼缝实现完全封闭。该密封型式，采用耐久性能好的结构用胶粘剂，一般用于预应力混凝土桥梁预制节段拼装的结构胶粘剂均能满足100年设计使用年限的要求，保障了拼缝的耐久性能。

(4)匹配面构造设计

匹配面应设置剪力键、剪力槽，便于拼装时对齐匹配，同时满足匹配面抗剪受力的构造要求。剪力键可参考《装配式混凝土结构技术规程》[4]第6.5.6条进行设计。匹配面构造设计相对于柔性承插式接头、纵向锁紧承插式接头的构造更为简单，且采用匹配预制工艺对模具及制作的难度要求较低，预制效率较高。

(5)拼装施工流程

预制节段拼装的一般拼装流程如下：首节就位→下节段试拼→匹配面涂胶→张拉临时预应力→逐段拼装至相邻变形缝→张拉永久预应力→拆除临时预应力→底板压浆→施工变形缝湿浇段→拼装完成。

5 接头闭水试验

图集推荐的承插式接头均设有两道密封圈，并在其间预留检测孔。检测孔在管廊内壁设置不宜少于4个，布置于上下左右内壁中点处。安装期间，使用上下两个检测孔，即可满足密封性检验的需要；位于左右两侧的预留孔，便于后期补救防水使用；可分段打入密封浆液或排除积水及空气，保证补救防水的效果。

胶接预应力接头的闭水试验，应设置试验段检测胶接缝的密封性，可参照《给水排水管道工程施工及验收规范》[3]的有关规定进行预制管廊的严密性试验。

6 结语

本文介绍的柔性承插式接头、纵向锁紧承插式接头、胶接预应力接头，是目前国内应用较多、效果较好的预制混凝土综合管廊连接工艺。预制管廊的接头型式直接影响制作难度、施工工期、运营效果、耐久性能、工程造价等方面，归纳出如下结论为预制综合管廊工程提供参考。

(1)制作难度。预制管廊制作的主要难度，在于模具制作及精度的控制。由于柔性承插接头的接头构造复杂，且承口和插口的预制精度需要在较小的公差范围内，模具的精度和刚度要求最高。纵向锁紧承插式接头，由于端面橡胶圈加入，降低了模具的制作难度。胶接预应力接头采用匹配预制，模具构造最简单，制作难度最低。

(2)施工工期。采用柔性承插接头的预制管廊拼装时，仅需实施承插安装，接头密封进行检测通过后即安装成功，安装效率最高。纵向锁紧承插式接头仅比柔性承插接头增加实施锁紧措施，但安装效率相对较高。胶接预应力接头虽然制作难度较小，但现场安装工序较复杂，对施工控制要求较高，比其他两种连接工艺工期长，但比现浇施工可节约近一倍的施工工期。

(3)运营效果。柔性承插接头对不均匀沉降有较好的适应能力，接头产生一定变形后仍能保证不漏水。纵向锁紧承插接头及胶接预应力接头均为刚性接头，需分段设置变形缝适应不均匀沉降，以适应地基变形。因此，采用纵向锁紧承插接头或胶接预应力接头，应注意变形缝的施工质量，避免成为防水薄弱点。

(4)耐久性能。柔性承插接头和纵向锁紧，采用橡胶密封圈，密封圈橡胶材料的选择及产品质量直接影响接头的耐久性。胶接预应力接头，采用结构胶及预应力实现节段拼接，耐久性能好。

(5)工程造价。预制管廊工程造价的主要影响因素，有模具及制作、运输、吊装等。国标图集《预制混凝土综合管廊》对预制管廊的尺寸进行模数化的规范，有利于降低预制生产成本，将推动预制管廊的规模化和标准化发展，提高我国综合管廊建设水平。