關(guān)于裝配式地下人行通道的設(shè)計(jì)研究

陳德勤

（貴陽市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

建設(shè)地下人行通道，可以提高城市地下空間利用率，同時(shí)還能，緩解交通壓力和保證人們的出行安全。近年來隨著裝配式建筑發(fā)展，預(yù)制裝配式地下通道逐步得到建設(shè)，能夠通過在工廠分節(jié)預(yù)制和現(xiàn)場拼接提高通道施工效率，并減少施工帶來的環(huán)境污染和影響。因此應(yīng)加強(qiáng)裝配式地下人行通道設(shè)計(jì)研究，保證工程建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展。

1 地下裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)分析

采用裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)需要完成混凝土箱涵的預(yù)制，要求設(shè)計(jì)的箱涵結(jié)構(gòu)科學(xué)、合理，可以保證地下結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定、可靠。從常見的地下裝配式結(jié)構(gòu)來看，主要包含節(jié)段裝配式和疊合裝配式兩類。采用前一種技術(shù)，需沿著通道長度方向按一定比例將箱涵劃分為多個(gè)節(jié)段。在工廠內(nèi)預(yù)制時(shí)，可以利用固定模具完成各節(jié)段制作。統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后，利用預(yù)應(yīng)力筋或螺栓對各節(jié)段進(jìn)行連接，達(dá)到100%的裝配率，減少人工投入和加快工期，應(yīng)用較為廣泛。采用疊合裝配式技術(shù)，需要將箱涵拆分成底板、墻板和頂板分別預(yù)制，然后運(yùn)輸至現(xiàn)場依次進(jìn)行底板鋼筋和墻板鋼筋綁扎，完成結(jié)構(gòu)支撐固定[1]。安裝頂板后，可以進(jìn)行混凝土澆筑，確保各構(gòu)件可以連接成整體，取得接近“現(xiàn)澆”的效果。該技術(shù)的應(yīng)用能夠使結(jié)構(gòu)擁有良好整體性，也能為構(gòu)件吊裝提供便利，并保證結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量佳，獲得較好截面適用性。

2 地下人行通道設(shè)計(jì)實(shí)踐研究

2.1 工程概況

某地下人行通道項(xiàng)目位于觀山湖區(qū)林城東路和長嶺北路交叉口，計(jì)劃成為該通道口人行過街、軌道乘坐和商業(yè)連通的人行流通樞紐。作為市政項(xiàng)目，工程所在城市大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施，推進(jìn)預(yù)制裝配式混凝土市政產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究，希望有效提高地下工程質(zhì)量和縮短工期，降低市政作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和減少人工需求，達(dá)到降本增效管理目標(biāo)。

2.2 通道設(shè)計(jì)方案

工程所在地區(qū)為喀斯特地貌，位于城市中心，周圍地下分布管線、構(gòu)筑物，環(huán)境復(fù)雜。項(xiàng)目面臨人工短缺和成本有限情況，與此同時(shí)考慮到此前并未有裝配式人行地下通道項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)通道斷面尺寸大，要求達(dá)到較高施工精度和防水性能要求，為降低施工難度和充分體現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)優(yōu)勢，決定采用明挖法+節(jié)段裝配式結(jié)構(gòu)，無須在現(xiàn)場開展大量現(xiàn)澆作業(yè)。此外，現(xiàn)場施工條件復(fù)雜，構(gòu)件運(yùn)輸?shù)跹b難度較大，需要加強(qiáng)單個(gè)預(yù)制構(gòu)件重量控制。通過將主體標(biāo)準(zhǔn)節(jié)從中部拆分為上、下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元，利用預(yù)應(yīng)力方式進(jìn)行各單元和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接，能夠降低施工難度，并減少圍擋占道時(shí)間和整體施工時(shí)間，從而有效減少工程周圍環(huán)境、交通受到的影響。

2.3 方案實(shí)施分析

2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照方案，通道裝配式部分長54m，包含27 節(jié)，分為上下兩個(gè)部件，需完成54 塊構(gòu)件預(yù)制，單個(gè)構(gòu)件尺寸為2m×8m×2.4m，重量約30t，混凝土量約11.88m3，總計(jì)預(yù)制混凝土641.52m3。如圖1所示，箱涵為單箱單室矩形框架結(jié)構(gòu)，采用C40 防水鋼筋混凝土，抗?jié)B等級達(dá)到P8 級，結(jié)構(gòu)凈寬×高為7m×3.8m，內(nèi)部通行凈高3m，側(cè)墻、頂?shù)装搴?.5m，結(jié)構(gòu)下部鋪設(shè)15cm 厚的C15 混凝土墊層。

圖1 箱涵結(jié)構(gòu)

箱涵尺寸較大，為提高構(gòu)件加工精度和澆筑質(zhì)量，同時(shí)縮短工期和節(jié)約成本，采用分體式預(yù)制方式，要求做好結(jié)構(gòu)接縫和防水設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)各方面性能優(yōu)良。采用裝配式建造方式，無須整體澆筑，能夠加強(qiáng)端口澆筑精度控制，為結(jié)構(gòu)防水處理和拼裝提供便利。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)雖然增加橫斷面連接和防水接縫，但單個(gè)構(gòu)件寬度較寬，可以減少整體縱向接縫數(shù)量，防止地下水侵入[3]。在現(xiàn)場澆筑時(shí)無須脫除內(nèi)膜，可縮短工期。而單件重量相對較輕，達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)化程度，為后續(xù)生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝提供便利。

2.3.2 連接設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)連接方面，需要做好分體構(gòu)件連接。從施工便利性角度進(jìn)行考量，要求在構(gòu)件預(yù)制階段完成定位銷孔預(yù)留。在下部構(gòu)件就位后，可以安裝定位銷。針對各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，配備4 個(gè)定位銷，確保結(jié)構(gòu)達(dá)到較高安裝精度。安裝上部構(gòu)件，可以通過定位銷精準(zhǔn)定位。在吊裝前，應(yīng)在上部構(gòu)件上安裝CPE 板，加強(qiáng)接縫防水處理。在結(jié)構(gòu)對正后，將PC 鋼棒由上至下穿過預(yù)留鋼板連接孔，張拉后使用鋼棒螺帽錨死。連接獲得標(biāo)準(zhǔn)節(jié)后，利用角部預(yù)留孔和預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行各節(jié)段張拉連接。運(yùn)用對角線張拉方式，能夠保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量合格。

2.3.3 防水設(shè)計(jì)

為保證結(jié)構(gòu)防水性能達(dá)到要求，針對上下構(gòu)件連接形成的橫向接縫，可以通過增設(shè)CPE 防水板和使用雙組份防水膠粘劑處理，確認(rèn)材料達(dá)到《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》要求，分別在結(jié)構(gòu)內(nèi)、外利用改性硅樹脂+環(huán)氧樹脂型膠粘劑加強(qiáng)防水密封處理。做好接縫清理后，可以涂抹底涂，安放和壓實(shí)止水膠條，確認(rèn)無脫落情況。在距離接縫2.5cm 位置粘貼美紋紙后，利用密封防水填料密封，做到填充均勻，不存在漏填問題。針對各節(jié)段連接形成的縱向接縫，需要設(shè)置2 道防水膠條，并設(shè)置2 道防水膠粘劑。在構(gòu)件安裝后，應(yīng)在防水槽位置安裝梯形防水膠條，做到牢固粘貼，壓縮量合理。針對同個(gè)密封面進(jìn)行檢查，確認(rèn)膠條彈性、硬度等接近。做好接縫清理和涂底后，應(yīng)安裝止水膠條，確認(rèn)無松動(dòng)、脫落等問題后，在底部連接位置按照2mm×4mm×5.2mm 規(guī)格粘貼防水填料。完成鋼棒張拉后，可以保證結(jié)構(gòu)緊固，然后重新清理和涂底，在接縫位置粘貼美紋紙和使用防水填料密封。

2.3.4 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

為確認(rèn)分體結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)的可靠性，需要做好結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。利用預(yù)應(yīng)力筋或螺栓進(jìn)行接頭連接，在接縫位置接頭需要達(dá)到的受彎承載力滿足式（1）：

式中：M-設(shè)計(jì)的接頭彎矩；fpy和Ap-預(yù)應(yīng)力筋或螺栓設(shè)計(jì)的抗拉強(qiáng)度和截面面積；h-構(gòu)件截面高；x-受壓截面高；a1-混凝土強(qiáng)度系數(shù)，不超C50 時(shí)為1，達(dá)到C80 時(shí)為0.94；fc-構(gòu)件設(shè)計(jì)強(qiáng)度，b-接頭強(qiáng)度系數(shù)，根據(jù)線性內(nèi)插法確定。根據(jù)項(xiàng)目情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，在拼縫連接時(shí)采用15.7φ5 鋼絞線，設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)為1320N/mm2，極限值為1860N/mm2。通過分析可知M 為73.09kN·m，能夠通過彎矩驗(yàn)算。而裝配式通道結(jié)構(gòu)按荷載效應(yīng)組合，需確認(rèn)長期受力作用下拼縫接頭位置的外緣張開量能否達(dá)到要求，滿足式（2）：

式中：Δ-外緣張開量；Δmax-其最大限值，通常取2mm；Mk-接縫截面彎矩標(biāo)準(zhǔn)值；K-旋轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)；h-接縫截面高。通過分析確定張開量達(dá)到0.88mm，同樣可以滿足要求。根據(jù)相關(guān)數(shù)值可知，結(jié)構(gòu)張拉控制力達(dá)到1395N/mm2，預(yù)應(yīng)力和錨具等各部分結(jié)構(gòu)損失約達(dá)420MPa，通過對局部受壓區(qū)進(jìn)行校核，為達(dá)到局部承載力要求，在結(jié)構(gòu)張拉連接時(shí)要求控制力不超1815MPa。

2.4 項(xiàng)目實(shí)施效果

在項(xiàng)目實(shí)施期間，通過加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量把控，將精度誤差控制在5mm 內(nèi)，保證現(xiàn)場構(gòu)件安裝施工順利開展。通過工業(yè)化生產(chǎn)保證通道主體結(jié)構(gòu)達(dá)到較高質(zhì)量，同時(shí)減少現(xiàn)場施工帶來的污染，能夠體現(xiàn)工程質(zhì)量可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，滿足國家提出的低碳、節(jié)能減排等要求，保證項(xiàng)目順利實(shí)施。通過生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)尺寸的裝配式構(gòu)件，初步測算結(jié)構(gòu)施工可以將工期縮短66.7%，減少88%現(xiàn)場施工人員，降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，節(jié)約大量的建安費(fèi)。用于緩減道路地下人行通道建設(shè)，實(shí)現(xiàn)路口立體化改造，可以減少給城市交通帶來的影響，獲得良好社會(huì)反響。

3 結(jié)論

裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)運(yùn)用具有節(jié)能環(huán)保、高效、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢，在市政建設(shè)中勢必成為未來發(fā)展趨勢。實(shí)際在建設(shè)地下人行通道過程中，需要結(jié)合施工條件做好技術(shù)選擇，編制科學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，保證結(jié)構(gòu)連接、防水等各部分設(shè)計(jì)合理性，為后續(xù)施工提供便利，確保預(yù)制混凝土箱涵結(jié)構(gòu)質(zhì)量合格、穩(wěn)定，具有良好防水效果，通過降低綜合成本帶來一定效益的同時(shí)，為工程可持續(xù)發(fā)展提供保障。