CECS标准《预制拼装综合管廊结构设计规程》编制简介*

薛伟辰 王恒栋 胡翔

1.同济大学土木工程学院 上海200092

2.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 200092

引言

综合管廊是指建于城市地下，容纳两种及以上市政管线的构筑物及其附属设施［1］。推进综合管廊建设，有利于提高市政管线的安全性，降低城市管网的全寿命成本，增强城市综合防灾、减灾能力。综合管廊的建设水平和规模已成为衡量城市基础设施现代化水平的重要标志之一。近年来，国务院和住建部发布的一系列政策文件（国发〔2016〕8号、建城〔2017〕116号等）以及2019年的政府工作报告均要求：在全国大力推进综合管廊建设，并统筹纳入各类市政管线，积极推广多舱、大截面综合管廊和预制拼装综合管廊。按规划要求，今后我国城市新建道路配套的综合管廊建设率要达到30%以上，其中预制混凝土综合管廊的建设比例要达到15%。近3年，我国每年新建的综合管廊均达到2000km左右。据估算，今后十年我国的综合管廊建设规模将超过3万km，需求巨大。

推进土木建筑行业的工业化发展是实现我国产业结构转型升级的重大发展战略。与传统的现浇混凝土综合管廊相比，预制拼装综合管廊具有构件质量好、现场工期短（缩短工期近50%）、环境影响小（减少建筑垃圾80%）、大幅缩减基坑支护时间、降低支护要求、大量减少模板和支撑（减少70%以上）、节省人工等优点，社会、经济和环境效益显著［2，3］。因此，为了全面落实我国土木建筑行业工业化发展的国家战略，实现我国城市地下综合管廊领域的工业化发展，切实提升我国综合管廊的建设能力和水平，推广应用预制拼装综合管廊势在必行。

自2004年以来，同济大学和上海市政工程设计研究总院等单位系统开展了预制拼装综合管廊结构的技术研发与示范应用，并逐步形成了包括整舱预制拼装综合管廊、叠合板式拼装综合管廊、预制板式拼装综合管廊、槽型预制拼装综合管廊等在内的预制拼装综合管廊结构技术体系［4］。为了更好地推广应用预制拼装综合管廊，并为相关工程设计提供技术依据，同济大学和上海市政工程设计研究总院在总结前期研究与应用成果的基础上，主编了中国工程建设标准化协会（CECS）标准《预制拼装综合管廊结构设计规程》。目前，本标准的编制工作已基本完成，即将形成征求意见稿并广泛征求意见。本文将结合主编单位的相关研究成果对本标准的主要内容做一简要的介绍。

1 标准主要内容及适用范围

从已有的研究与应用成果来看，目前针对整舱预制拼装综合管廊、叠合板式拼装综合管廊、预制板式拼装综合管廊和预制槽型拼装综合管廊的技术体系已较为成熟［4］。其中，《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838—2015）已纳入了有关整舱预制拼装综合管廊和单舱截面预制槽型拼装综合管廊的结构设计规定，湖南省、陕西省和哈尔滨市均颁布了有关叠合板式拼装综合管廊的地方性技术标准，编制组在预制板式拼装综合管廊方面也开展了系统的技术研发与示范应用。此外，目前我国的综合管廊仍主要采用明挖法施工。

鉴于此，本标准的适用范围确定为城市市政用钢筋混凝土综合管廊中采用明挖法施工的整舱预制拼装综合管廊、叠合板式拼装综合管廊、预制板式拼装综合管廊、预制槽型拼装综合管廊的结构设计。

2 结构设计计算主要技术规定

2.1 基本设计规定

在进行预制拼装综合管廊结构设计时，应对其承载能力极限状态和正常使用极限状态进行计算，并按乙类地下结构进行抗震设计。预制拼装综合管廊结构的设计使用年限为100年，安全等级为一级。

预制拼装综合管廊结构的承载能力极限状态计算包括结构构件承载力计算和抗震承载力计算，必要时尚应进行结构的倾覆、滑移、漂浮验算。预制拼装综合管廊结构正常使用极限状态验算主要包括变形和受力裂缝宽度。结构构件正截面的受力裂缝控制等级为三级，最大裂缝宽度不应超过表1规定的最大裂缝宽度限值。对预应力混凝土构件，按荷载标准组合并考虑长期作用的影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过表1的规定；对二a类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。

2.2 结构分析

整舱预制拼装综合管廊、叠合板式拼装综合管廊和预制板式拼装综合管廊的截面内力计算模型采用闭合框架模型（图1）。编制组的研究表明［5］，作用于结构底板的基底反力分布需根据地基条件确定。对于地层较为坚硬或经加固处理的地基，基底反力可视为直线分布。对于未经处理的柔软地基，基底反力应按弹性地基上的平面变形截条计算确定。

从编制组系统完成的试验与理论研究成果来看［1，6，7］，预制槽型拼装综合管廊的内力计算模型应考虑接头的影响，可采用闭合框架—弹簧铰模型（图2）或局部刚度折减闭合框架模型（图3）。当采用闭合框架—弹簧铰模型时，弹簧铰的转动刚度应综合考虑接头构造、拼装方式、界面应力等因素的影响，一般可通过试验确定。当采用局部刚度折减闭合框架模型时，接头上下壁厚范围内的截面抗弯刚度应进行折减，折减系数宜根据试验确定。

图2 预制槽型拼装综合管廊闭合框架－弹簧铰计算模型Fig.2 Closed frame-spring hinge model for precast concrete utility tunnel with U-shaped elements

图3 预制槽型拼装综合管廊局部刚度折减闭合框架计算模型Fig.3 Closed frame model with semi-rigid connection for precast concrete utility tunnel with U-shaped elements

编制组系统完成的试验结果表明［8，9］，与设置角部加腋构造的预制拼装综合管廊相比，不设置角部加腋构造的预制拼装综合管廊，其承载力将降低15%～20%。因此，预制拼装综合管廊在进行结构分析时，应考虑角部加腋构造的影响。当不设置角部加腋时，应取轴线位置的计算弯矩验算角部边缘截面的抗弯承载力（图4）。当设置角部加腋时，应将计算弯矩等高平移至角部边缘截面，并按1∶3倾角确定有效抗弯截面，验算加腋区两边缘截面的抗弯承载力（图5）。

图4 不设加腋的角部正截面抗弯承载力计算简图Fig.4 Calculation diagram for the utility tunnel without hang corner

图5 设置加腋的角部正截面抗弯承载力计算简图Fig.5 Calculation diagram for the utility tunnel with hang corner

2.3 预制构件设计

预制拼装综合管廊中预制构件的设计应区分不同设计状况。对于持久设计状况，应对预制构件进行承载力、变形、裂缝控制验算。对于地震设计状况，应对预制构件进行承载力验算。对于制作、运输和堆放、安装等短暂设计状况，预制构件验算应符合《混凝土结构工程施工规范》（GB 50666—2011）的有关规定。

已有研究表明，预制构件的混凝土保护层厚度过大将导致保护层混凝土开裂严重，甚至在受力过程中过早剥离脱落［10］。因此，本规程规定当预制构件中钢筋的混凝土保护层厚度大于50mm时，宜对钢筋的混凝土保护层采取有效的构造措施。为了保证叠合板式拼装综合管廊的受力性能以及双面叠合侧壁的预制板中钢筋具有足够的保护层厚度［11］，本规程要求其迎水面预制板的厚度不宜小于70mm，非迎水面预制板的厚度不应小于50mm。相应的，侧壁中间空腔后浇部分的截面厚度不宜小于150mm。

2.4 连接设计

预制拼装综合管廊各预制构件的连接构造应根据实际情况合理确定。其中，预制板式拼装综合管廊结构中，侧壁与底板的横向拼缝接头处的竖向钢筋连接宜根据受力特点、施工工艺等要求选用套筒灌浆连接、浆锚搭接连接等连接方式［12］。

对于预制拼装综合管廊的预制构件连接接头均应进行正截面受弯承载力计算和拼缝受剪承载力计算。其中：

（1）叠合板式拼装综合管廊和预制板式拼装综合管廊侧壁横向接头拼缝处的正截面承载力计算应满足现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）中的有关规定，且接头拼缝处的正截面承载力不应小于相应的现浇正截面承载力的1.1倍；

图6 预制槽型拼装综合管廊接头受弯承载力计算简图Fig.6 Calculation diagram for loading capacity of precast concrete utility tunnel with U-shaped elements

（2）预制槽型拼装综合管廊结构的横向和纵向接头采用预应力筋连接构造或螺栓连接构造时，其接头拼缝处的正截面受弯承载力计算简图如图6所示，并按：

式中：M为接头弯矩设计值（kN·m）；fpy为预应力筋或螺栓的抗拉强度设计值（N／mm2）；Ap为预应力筋或螺栓的截面面积（mm2）；h为构件截面高度（mm）；x为构件混凝土受压区截面高度（mm）；α1为系数（当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0，当混凝土强度等级为C80时，取0.92，期间按线性内插法确定）。

（3）叠合板式拼装综合管廊、预制板式拼装综合管廊的侧壁横向接头拼缝处受剪承载力设计值应按：

式中：Vu为预制拼装综合管廊侧壁水平拼缝处剪力设计值（kN）；As为预制拼装综合管廊侧壁水平拼缝处垂直穿过拼缝面的竖向钢筋总面积（mm2）；fy为垂直穿过拼缝面的竖向钢筋抗拉强度设计值（N／mm2）；N为与拼缝处剪力设计值相对应的垂直于水平拼缝面的轴向力设计值（kN，压力时取正，拉力时取负；当大于0.6fcbh0时，取0.6fcbh0，此处，fc为混凝土轴心抗压强度设计值，b为侧壁纵向分段长度，h0为侧壁截面有效高度）。

（4）预制槽型拼装综合管廊侧壁横向接头拼缝处受剪承载力设计值应按：

式中：μ为界面的摩擦系数；σpe为拼缝面压应力（mm）；Aj为拼缝面面积（mm）；Ap为预应力筋的截面面积（mm2）；fc为预制构件混凝土轴心抗压强度设计值（N／mm2）；fpy为预应力筋的抗拉强度设计值（N／mm2）。

此外，预制槽型拼装综合管廊尚应对横向接头拼缝的外缘张开量进行验算。

3 结构防水设计主要技术规定

编制组完成的一系列防水性能试验结果表明［13，14］：预制拼装综合管廊主体结构具有很好的防水性能，其防水设计应重点关注拼缝防水性能方面；通过采用合理的拼缝防水构造和控制指标，可有效保证预制拼装综合管廊拼缝具有良好的防水性能。基于上述结论，本规程重点对各类预制拼装综合管廊的拼缝防水构造做了规定。主要内容如下：

（1）整舱预制拼装综合管廊和预制槽型拼装综合管廊的拼缝应采用不少于两道橡胶密封条或防水胶条加强防水，并宜预留检测孔。

（2）叠合板式拼装综合管廊的双面叠合侧壁与底板拼缝防水构造应符合《地下工程防水技术规范》（GB 50108—2011）和《城市综合管廊防水工程技术规程》（T／CECS 562—2018）中有关地下结构和综合管廊结构施工缝防水构造的相关规定。

（3）预制板式拼装综合管廊的预制侧壁与顶板和底板拼缝宜根据连接构造采用设置钢板止水带或橡胶密封条的防水构造，并应符合《地下工程防水技术规范》（GB 50108—2011）和《城市综合管廊防水工程技术规程》（T／CECS 562—2018）中有关地下结构和综合管廊结构施工缝防水构造的相关规定。

预制拼装综合管廊拼缝防水应采用预制成型弹性密封垫为主要防水措施，弹性密封垫的界面应力不应低于1.5MPa。弹性密封垫应沿环、纵面兜绕成框型。沟槽形式、截面尺寸应与弹性密封垫的形式和尺寸相匹配。

对于有预留检测孔的预制拼装综合管廊，应在拼装后采用注水或充气加压的方法对每条拼缝进行密闭性检测。如拼缝防水构造中采用的是遇水膨胀胶圈，不宜采用注水的方式检漏。

4 结语

预制拼装综合管廊具有构件质量好、现场工期短、环境影响小、大幅缩减基坑支护时间、降低支护要求、大量减少模板和支撑、节省人工等优点，社会、经济和环境效益显著。大力发展预制拼装综合管廊是推进我国土木建筑行业工业化发展、实现我国产业结构转型升级的重要内容之一。自2004年以来，同济大学和上海市政工程设计研究总院等单位系统开展了预制拼装综合管廊结构的技术研发与示范应用。在此基础上，相关单位承担了中国工程建设标准化协会（CECS）标准《预制拼装综合管廊结构设计规程》的编制任务。本文结合主编单位的研究成果，介绍了标准中结构设计计算和结构防水设计的主要技术规定。本标准的编制将为我国预制拼装综合管廊结构的设计提供依据。