叠合式预制拼装混凝土综合管廊结构设计

2019-12-11黄碧钦赵群昌袁明德

广东土木与建筑 2019年11期

黄碧钦，赵群昌，袁明德

（深圳市市政设计研究院有限公司深圳518029）

0 引言

近几年，随着发展城市综合管廊建设的相关政策扶持，全国各地综合管廊建设呈现爆发式增长，在建及已运营使用的管廊大量增加。目前管廊的主要建造形式可归纳为：现浇钢筋混凝土、预制钢筋混凝土、预制钢结构等。现浇钢筋混凝土管廊较为传统常用［1］，但由于其现场湿作业量大，工程效率较低及不环保等缺点，正受到新型管廊的挑战。预制钢结构管廊对防腐、耐火等要求较高，适用条件有限。预制钢筋混凝土管廊具有施工质量好，速度快，环境影响小、大量减少模板和支撑、节省人工等突出优点，应用前景十分广阔［2］。目前，国家在大力倡导“绿色建造”，城市综合管廊建设也应该充分响应这个号召［3］。笔者所在的团队承接了“深圳市叠合式预制拼装混凝土综合管廊图集研究”的任务，经过相关研究，得出一些成果，现将设计过程中的构思与大家分享。

1 结构体系的提出

目前，工程中采用较多的预制拼装综合管廊形式主要包括整体预制拼装综合管廊（仅带纵向接头）、半整体预制拼装综合管廊（上下两段或左右两段拼接）、预制板式拼装综合管廊及叠合板式拼装综合管廊［4，5］。整体预制拼装综合管廊（俗称节段式）是整舱整体预制，吊装到施工现场，一节一节沿着管廊纵向拼接而成，如图1a 所示；半整体预制拼装综合管廊是由节段式演变而来，将综合管廊横断面分成上下两段或者左右两段，运输吊装到施工现场，再完成横向和纵向连接，俗称半节段式综合管廊，如图1b 所示；预制板式拼装综合管廊是将综合管廊断面离散成预制顶板、预制侧墙、预制底板，现场拼接后，浇捣顶板节点核心区混凝土而成，俗称节点现浇式综合管廊（见图1c）；叠合板式拼装综合管廊则是将顶板、侧墙、底板拆开考虑，侧墙双面叠合，顶板类似叠合楼板，底板现浇或叠合而成，俗称夹心板墙式综合管廊（见图1d）。

图1 预制拼装综合管廊常见形式Fig.1 Prefabricated Assembled Integrated Pipe Gallery Common Form

4 种类型的预制拼装管廊各有优缺点，各自适应不同的场地环境（见表1）。

表1 4 种类型的预制拼装综合管廊特点对比Tab.1 Performance Comparison of Four Types of Precast Assembly Utility Tunnel

根据表1 可知：节段式综合管廊适用范围有限，预制段长度短导致纵向拼缝多，不利于防水；半节段式综合管廊横向防水接口较多，纵向拼缝也较多；节点现浇式综合管廊横向防水接口较多，多舱拼装时底板构件较重；夹心板墙式拼装综合管廊作为我国目前运用最广泛的预制拼装综合管廊［4］，具有一定的优势和适用性，主要表现为预制构件轻巧，运输吊装方便；防水接口通过现浇处理，质量有保证；构件通用性强，适用类型多。但夹心板墙式的多个工程实例在实施过程中发现以下问题：一是现场钢筋绑扎工作量大，人工和工期性价比低；二是竖向构件双面叠合板中间混凝土浇筑施工难度大，不易振捣密实，若侧墙混凝土采用致密性混凝土，则工程造价高。鉴于此，《深圳市叠合式预制拼装混凝土综合管廊图集》（以下简称：《图集》）编制团队提出了叠合式预制拼装混凝土综合管廊技术（以下简称：叠合预制综合管廊）。它由全预制竖向构件、现浇底板（钢筋笼由预制厂加工）、叠合顶板（带闭合钢筋笼）组成，且纵横断面接口均通过钢筋笼插接，有效地改进了夹心板墙式管廊的缺点。该体系的竖向构件全预制，解决了双面叠合的混凝土浇捣问题；底板现浇部分实现了现场现浇结构体系的工业化［6］，即底板钢筋笼做成闭口形式，由工厂集中加工运输，现场吊装拼装后浇筑混凝土，有效解决钢筋现场绑扎及拼接碰撞问题，施工方便快捷，节省劳动力。

2 结构体系特点

叠合预制综合管廊根据竖向预制构件的形式，可分为2 种基本体系：一字型侧墙管廊体系和L 型侧墙管廊体系（见图2，以四舱为例）。一字型侧墙管廊体系的竖向构件包括一字型侧墙和一字型隔墙，它们通过底部支撑插入底板钢筋笼，而后现浇成整体。此外，一字型侧墙管廊体系底板外挑，可作为行之有效的抗浮措施，适用于高水位地区。L 型侧墙管廊体系的竖向构件包括L 型侧墙和T 型隔墙，它们均为自稳定构件，跟底板钢筋笼拼接后，即可现浇成整体，无需设置底部支撑。这两种体系竖向构件还可交叉组合，灵活拼接，通用性强。

图2 叠合预制综合管廊基本体系Fig.2 Basic System of Composite Precast Concrete Uility Tunnel

这两种基本体系在构件拼装上具有以下共性：其一，所有竖向构件均带有预制腋角，且外墙构件带有预制耳朵，为叠合顶板提供支承，为顶板现浇提供侧模板。其二，底板闭合钢筋笼横向采用双缩口闭合设计，搭接处钢筋起落有规律，排布简单；纵向采用闭合扩张设计，一前一后内含搭接，钢筋连接不碰撞。其三，竖向预制构件及顶板带钢筋笼的叠合板，其外伸钢筋均做成闭合模式，锚固长度得到保证，连接可靠且拼接不冲突（两种体系拼装大样如图3 所示，以两舱为例）。而这两种体系在拼装上的最大区别就是预制中隔墙构件的纵向拼接，一字型侧墙管廊体系的一字型隔墙直接通过拼缝连接即可，无需设置预留钢筋搭接；L 型侧墙管廊体系的T 型隔墙构件，在竖向连接处拼缝连接，而在底板现浇带位置，则需设置闭合扩张的钢筋搭接，跟底板钢筋笼连接保持一致。

图3 叠合预制综合管廊拼装大样Fig.3 Assemble Details of Composite Precast Concrete Uility Tunnel

综上可见，叠合预制综合管廊体系竖向构件与水平构件连接巧妙简单，传力合理，稳定可靠，构件预制化强度高，施工现场基本可实现无模板和无钢筋绑扎工作量，且防水接口通过现浇混凝土解决，保证了整体连续性。

3 结构体系设计要点

预制装配式混凝土结构关键技术包括结构体系分析、节点连接以及运输吊装等，而对地下综合管廊而言，防水是地下工程的第一要务，只有确保工程不发生渗漏，才能够保证工程的正常使用和结构安全［7］。因此，针对叠合预制综合管廊体系，主要从结构体系分析、拼缝连接与防水、运输吊装3 个方面进行重点介绍。

3.1 结构体系分析

根据相关实验参考，预制装配式管廊与现浇整体式管廊受力时的受力性能差异不大［8］。叠合预制综合管廊结构形式简单，纵、横向拼缝均为湿式连接［9］，即通过后浇混凝土解决，基本实现等同现浇。所以，叠合预制综合管廊的截面内力计算模型，采用与现浇混凝土综合管廊结构相同的闭合框架模型，计算简图如图4 所示。

图4 计算简图Fig.4 Calculation Diagram

3.2 拼缝连接与防水

综合管廊的防水包括结构自防水和附加防水（含防水层、特殊节点构造防水措施）两部分，结构自防水为根本，附加防水进行补充和完善［10］。叠合预制综合管廊自防水主要考虑预制构件和拼缝现浇部分，预制构件由预制厂加工，质量有保证，自防水能力强，因此拼缝部分的密封性能则为首要考虑因素。

叠合预制综合管廊拼缝包括横向拼缝和纵向拼缝。横向拼缝为管廊横断面上的某一构件与其他构件的连接，如侧墙与底板的连接。横向拼缝主要采用凹凸槽连接，钢筋笼经过工厂加工成所需形式，现场直接错开插入并采取有效连接之后，浇筑混凝土即可。而凹凸槽的防水方式则有多种选择，《图集》编制团队提供了多种细部构造方式供使用者选取，如钢板、止水带、遇水膨胀止水条、注浆导管等。图5 中举例说明一字型管廊侧墙与底板的横向拼缝方式及拼缝处的一种防水方式，通过实验从中选优。

图5 横向拼缝及其防水措施Fig.5 Transverse Flat-fell Seam and Its Waterproof Measures

纵向拼缝为管廊沿着长度方向的连接，即相同预制段之间的连接，主要包括叠合板的V 字型切口连接连接、侧墙的凹凸槽连接以及中隔墙的拼缝连接。叠合预制综合管廊纵向拼缝间距为4.5 m，较整体预制拼装可减少一半以上，从根本上减少了漏水源。其次所有外部纵向连接均采用后浇混凝土连接，其纵向拼缝防水接口类同于后浇带防水（见图6）。

图6 纵向拼缝及其防水措施Fig.6 Longitudinal Flat-fell Seam and Its Waterproof Measures

此外，上述纵横向拼缝及其防水措施经过实施闭水实验，每一类型的拼缝构造及防水措施的闭水能力均能达到0.2 MPa，即可满足20 m 水头压力，适用于大部分工程项目。

3.3 运输吊装

装配式建筑受城市运输条件和吊装设备影响较大，预制构件的大小直接影响运输吊装的成本。合理的构件尺寸、重量以及拼装难易程度是预制拼装综合管廊在研究和方案阶段就要考虑的事情。叠合预制综合管廊构件尺寸较为统一，高度有2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m 四种类型，纵向预制长度除了一字型中隔墙最长达4.95 m 外，其余构件可达4.5 m。构件自重最大吨数为30 t，需要吊车最大吨位100 t，满足大部分市政道路运输条件及综合管廊吊装空间。

叠合预制综合管廊吊装安装共有4 个步骤，即吊装预制侧墙→吊装预制中隔墙→底板现浇，吊装预制叠合板→现浇叠合板。一字型侧墙管廊吊装安装（见图7）和L 型侧墙管廊吊装安装（见图8）最大区别在于一字型预制构件需提早预埋底部钢支撑，并在侧墙构件吊装到位之后，做好支撑连接后才可浇筑混凝土。L 型预制构件、T 型预制构件经过计算，满足自稳定，吊装完成后只需在提早预埋好的位置做好斜撑连接即可。