預制裝配式綜合管廊不均勻沉降與節間縱向張拉力相關性分析

黃 鶴 常 萍

（南寧學院土木與建筑工程學院， 廣西 南寧 530200）

0 引言

預制管廊是未來管廊建設的發展方向。如何計算合適的張力控制力直接決定了預制管廊的防水效果。本文通過工程實例建立了整體預制管廊模型，得出了管廊不均勻沉降引起的沉降差與截面轉角位移之間的關系，最后對管廊進行了有限元分析，以某城市某全預制雙倉管廊為例，計算了最大沉降差，導出了滿足結構防水要求的管廊間張拉力控制值。

1 混凝土澆筑

綜合管廊又稱公同溝，是集各種市政管線于一體的市政公用工程。由于地下管廊為狹長結構，為消除不均勻沉降引起的內力影響，應沿管廊長度間隔設置變形縫。管道的埋設容易造成拉鏈路，造成交通擁堵施工更為復雜。地下綜合管廊具有保證道路功能充分發揮、有效利用城市地下空間、保證管線安全、降低后期維護費用、各種管線可直接在地下綜合管廊內架設、增減、維修等優點改善城市環境，提高城市抗震防災能力。因此，地下管廊越來越受到政府的重視。

對于綜合管廊等帶狀工程，可沿施工線一側或周邊規劃大臨時用地或小臨時用地，在安全區域內利用窄條帶建立移動式預制生產設施。混凝土構件預制所需的設備、材料、工裝模塊等可直接運至本工程施工現場，材料就近切割、預制、養護，成品短途運輸至裝配現場，然后完成裝配操作。當某段走廊施工完成后，可將移動設備拆卸到下一個現場，節約成本，提高工作效率。混凝土配合比應符合 DL/t5330-2005《水工混凝土配合比設計規范》的要求，水泥、減水劑、引氣劑，宜采用初凝時間晚、終凝后早期強度增長快的早強劑等外加劑。考慮混凝土運輸距離，提高混凝土早期強度，減少拆模時間，縮短工期，解決冬季施工混凝土強度增長緩慢的問題，現場混凝土坍落度控制在 140～180mm【1】。

全預制管廊一般每隔30m設置一道變形縫倒角處節點采用縱向受拉精軋鋼筋連接。計算模型模擬了節點倒角處施加的縱向拉力所提供的預應力，在計算模型中采用摩擦接觸模擬混凝土與彈性墊圈的連接關系。第一段和最后一段管廊垂直和水平固定，并在管廊末端施加一定的豎向強迫位移模擬其不均勻沉降引起的不均勻沉降，可知在整個預制管廊模型兩端施加的各種約束條件中，固定端的情況是結構彎曲變形最不利的情況。因此，按最不利情況考慮邊界條件，管廊兩端固定，兩端分別設置位移荷載。

采用插入式振搗器振搗，移動距離不超過振搗器作用半徑的1.5倍，振搗器與側模的距離為5～10cm。振搗時，將振搗器插入下層混凝土中5-10cm，每振完一處后，緩慢吊起振搗器。振搗時應避免振搗模板、鋼筋等，每振搗部位必須振搗至混凝土密實，即混凝土停止下沉，無氣泡，表面平整、泌水。澆筑過程中，要安排各工種檢查鋼筋、支架、模板的變化情況，及時處理。為了得到不均勻沉降引起的不均勻沉降與張力控制應力之間的關系，應通過不均勻沉降計算結構的最大彎曲位移，然后通過計算得出彎曲位移極限值與滿足防水要求的張力之間的關系，從而得到縱向精軋螺紋鋼的張力控制應力值【2】。

2 箱涵養護與拆模

2.1 預制裝配式箱涵的施工

箱涵全長根據路基實際情況計算確定，然后根據箱涵的斜交角、跨徑及翼墻與箱身連接部分確定過渡段長度。根據計算確定標準涵節數（長度為LS）n和非標準涵節長度ln；l=LT ln LS ln LT當翼墻總重較小時，將貿易墻分為三部分，左側梯形部分，右梯形部分和中環部分包括涵身，中環部分與過渡段涵身連接形成過渡段，當翼墻總重較大時，翼墻梯形部分可進一步分為兩個較小的部分，翼墻與墻體的連接可采用預埋鋼板連接。預制箱涵為快裝箱涵結構形式，斷面尺寸及規格孔徑×凈高（m）為2.0x2.0、2.0x2.5、2.5x2.0、2.5x2.5、3.0x2.5或3.5x2.5；箱涵頂底板厚度（m）為0.28、0.30、0.34、0.34、0.38或0.40；邊墻厚度（m）為0.28、0.28、0.28、0.28、0.30或0.30；邊墻厚度（m）為0.28、0.28、0.30或0.30；加腋（m）為0.05x0.05，涵頂填土高度（m）為0.14.0。主涵采用舌槽縫連接；過渡涵段采用平縫連接；涵段接縫采用上下舌槽形式；舌槽傾角尺寸為 5cmx15cm，舌槽傾角位于蓋板中心；當壁厚變化，立縫尺寸相應變化，斜縫尺寸不變；斜縫采用吸水膨脹橡膠止水帶，或采用橡膠止水帶；立縫采用聚乙烯泡沫板和雙組分聚硫密封膠。

2.2 箱涵預制成型

綜合管廊在混凝土澆筑完畢并初凝后，進行高溫蒸汽養護。蒸汽養護采用定制蒸汽養護罩，在綜合管廊上用蒸汽養護罩覆蓋模具，并對蒸汽養護罩底部進行密封，防止蒸汽養護過程中漏汽。為保護環境，蒸汽養護設施采用蒸汽電鍋爐進行蒸汽養護。

蒸汽固化過程分為四個階段：靜態停止、加熱、恒溫和冷卻。靜態停機時，環境溫度不低于5℃，加熱速度控制在15℃/h以內。恒溫：當溫度達到60℃時，恒溫蒸4小時即可停止蒸。冷卻：綜合管廊在蒸汽養護棚內的冷卻速度在10℃/h以內，只有當綜合管廊表面溫度與環境溫度之差不大于5℃時，才能將綜合管廊從蒸汽養護罩上拆除。蒸汽養護過程中安排專人有效控制溫度和時間的升降并做好詳細記錄。首先，綜合管廊澆筑完畢停2小時后，綜合管廊在澆筑完畢后已初步設置，經檢查無異常。蒸汽養護蓋及設備移至預制生產區，已初步設置的綜合管廊用蒸汽養護蓋嚴格密封。檢查蒸養設備和蒸養罩的密封情況，調試蒸養設備。所有準備工作就緒后，蒸汽養護設備開始升溫。升溫后，啟動蒸汽養護設備，升溫速度應控制在15℃/h以內，嚴禁升溫過快或過慢，影響綜合管廊的抗壓強度和性能。當溫度達到60℃時，開始恒溫蒸汽養護，4小時后停止蒸汽養護。恒溫蒸汽養護后，在蒸汽養護棚內對綜合管廊進行冷卻養護。冷卻速度嚴格控制在10℃/h以內，待綜合管廊表面溫度與外界環境溫度之間降至不超過 5℃時，方可拆除蒸汽養護蓋，然后移至自然養護棚進行自然養護【3】。

2.3 管廊拆模

當綜合管廊蒸汽養護達到設計強度的50%并停止蒸汽養護1小時后，蒸汽養護罩內外溫差不大于 5℃。拆模順序為從內到外從上到下在拆卸過程中應按順序逐步拆除模具。模板拆除后，用龍門吊將預制好的綜合管廊及底模拆除，運至指定的成品自然養護棚進行澆水自然養護。拆模過程中，嚴禁用撬棍敲擊或撬動模板下的模板。當自然養護達到設計強度的75%后，將綜合管廊移出自然養護棚并翻轉。

預制管廊可以大大提高施工效率，減少施工對周圍環境的影響，是今后管廊建設的發展方向預制管廊為全斷面預制縱斷面長度根據運輸和起重能力確定。插座用于縱向連接在圓周方向粘貼單圈或雙環吸水，膨脹橡膠作為結構防水彈性墊片在區間結構轉角處施加縱向預應力使彈性墊片達到一定的界面應力以滿足結構防水要求。

3 不均勻沉降

建立了預制管廊的整體模型。管廊結構不均勻沉降引起的沉降差，采用管廊兩端豎向強迫位移的形式。計算了各管廊段的豎向位移，并通過幾何關系推導出各管廊段的傾角θ。

對30m管廊兩端進行豎向和水平固定計算，分別模擬沉降差為25mm、50mm、75mm和 100mm時端部管廊的工況，計算出沉降差下管廊的最大彎曲位移。沉降差為50mm工況的計算結果，可以得到管廊各段的豎向位移和彎曲位移，取最大值匯總統計結果【4】。

通過建立兩個預制管廊的實體模型，研究了彎曲位移對橡膠界面應力的影響。管廊斷面布置、精軋鋼筋、防水橡膠彈性墊。第一段管廊固定，兩段管廊采用預應力精軋鋼筋連接。管廊第二段一端最大彎曲位移為 0～4mm，為強迫位移。位移是截面之間的相對位移。試驗計算表明，當截面間相對位移為0時，彈性墊圈的界面應力僅為1，5MPa的拉力為132kn。此時管廊若稍有轉動，就不能滿足結構防水要求。以132kn為拉力臨界值，分別施加1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍和1.5倍的拉力，得到了不同拉力水平下防水橡膠界面應力與相對位移的關系。

當防水橡膠的最小界面應力為1.5mpa時，各級拉力對應的接頭相對位移為接頭的允許相對角位移。

4 涂注膠施工方法

綜合管廊安裝前，用手將承插口粘接，分別粘貼10mm厚和80mm高聚乙烯泡沫板，完成高聚乙烯泡沫板施工雙組分聚硫膠粘劑的配制和混合使用，應在生產廠家的指導下提前進行現場試驗確定混合比，用刷子在對接接頭兩側均勻刷底漆。20-30分鐘后，用刮刀在涂膠表面涂上5毫米厚、30毫米高的雙組分聚硫膠反復擠壓使密封膠和粘結界面更加濕潤。將槍嘴插入待密封的對接接頭內，按設計深度將雙組分聚硫膠均勻、密實地注入變形接頭內，然后用帶弧度的專用整形工具刮整形。所述成形接合面為新月形。固化膠體表面光滑平整，無氣泡，膠體內部致密，無斷端，粘結牢固，無脫膠、破裂、滲水現象。箱涵安裝完畢后，在箱涵重疊縫隙處進行灌漿或填充防水材料，但縫隙僅為5mm左右，底板與墊層的連接處不能直接涂抹。直接注膠很容易造成膠料浪費或注膠不到位。箱涵內外墻四周搭接處設虹吸口，完成搭接縫注膠【5】。

止水的位置要準確。安裝時止水片要拉直、平鋪，尤其要保證止水片位于兩節箱涵的中心位置，止水接合處要嚴密。

止水片不能隨意打孔，派專人調整。要注意觀察和調整止水片在安裝過程中移位、碰撞、錯位。施工前做好技術交底工作，同時制訂嚴格的約束機制，嚴防操作人員在止水片上打孔、釘釘子。確保止水片接縫密實、止水片平整、位置正確。

止水片的接頭處理。止水橡皮的接頭是一個比較薄弱的部位，連接不好將產生漏水，止水片接頭采用熱壓硫化膠接。在箱涵的搭接處涂抹止水片專用膠水，將自粘止水片粘貼在箱涵搭接縫處、止水片兩端粘貼長度要長出15cm與墊層完全粘貼。

根據總結出的理論體系，對雙倉管廊工程進行了驗證計算。管廊自重按標準斷面及設備計算，重力荷載f=447kN/m，管廊表土按2.5m計算，土重按19.5kN/m'，基底應力p=134.7kpa。計算結果表明，在土層厚度變化較大的地段，管廊結構一端沉降量為80mm，另一端沉降量為23mm。該段管廊最大沉降差為 57mm。經插值計算，管廊最大彎曲位移為 1.57mm，拉力至少為166.5kn。

5 總結

采用預制拼裝法施工綜合管廊，還存在許多問題。由于預制構件的形狀和材料不同，預制構件的工裝模塊有很大的差異。從拼裝構件形狀來看，目前有現澆底板及預制板拼裝、雙側對稱L形預制構件拼裝、U形預制構件及預制屋面拼裝、整體預制管涵節段拼裝、預應力屋面節段及預應力基礎節段拼裝等。在預制管件選材方面，綜合管廊工程除采用鋼筋混凝土預制構件外，還采用了大口徑塑鋼纏繞管。