疊合裝配式綜合管廊廊體拆分技術(shù)研究

陳小文 姚東方 呂朝乾 聶浩宇

1. 中鐵四局集團建筑工程有限公司 安徽 合肥 230022；2. 美國科羅拉多大學(xué)波爾德分校 美國 科羅拉多州 波爾德 80303

疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系是根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點將廊體拆分成標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件，將經(jīng)工廠規(guī)?；庸こ尚偷寞B合板預(yù)制構(gòu)件運輸至施工現(xiàn)場，經(jīng)拼裝定位后澆筑混凝土形成一個完整廊體，即采用預(yù)制結(jié)合現(xiàn)澆的方式建設(shè)地下綜合管廊的一種新型結(jié)構(gòu)體系[1-5]。該結(jié)構(gòu)體系經(jīng)試驗研究理論分析證明其可靠性，經(jīng)工程實踐證明其實用性，能夠達到等同現(xiàn)澆的施工效果，施工速度快、效率高，節(jié)能環(huán)保，可操作性強，能有效保證工程質(zhì)量。

1 工程概況

?？谑惺菄沂着叵戮C合管廊建設(shè)試點城市之一，目前?？谡诩涌焱七M地下綜合管廊建設(shè)，其中標(biāo)準(zhǔn)段管廊占總體管廊建設(shè)的60%～70%。對標(biāo)準(zhǔn)段疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系拆分的研究，為管廊建設(shè)提供了技術(shù)支持，提高了生產(chǎn)效率，保障了工程質(zhì)量和工期。

椰海大道西延段管廊東起海榆中線，西至長天路段，里程樁號K7＋447.5～K10＋191.6，全長2 744.1 m，廊體結(jié)構(gòu)為單層雙倉。美安四橫路、美安一縱路可采用疊合裝配式結(jié)構(gòu)體系施工的里程樁號分別為K0＋240～K0＋380（140 m）、K1＋949～K2＋218（269 m）。

2 拆分關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 廊體結(jié)構(gòu)拆分總體設(shè)計

根據(jù)地下綜合管廊廊體結(jié)構(gòu)特點，將管廊拆分為4大構(gòu)件：疊合式雙層外墻板、疊合式雙層中隔墻板、疊合式單層頂板和底板。所有墻體均為雙層板，頂板為單層板。所有疊合板除局部節(jié)點外板厚均為80 mm，疊合板預(yù)制長度均為3 m。具體說明如下：

1）墻體下部與現(xiàn)澆底板連接區(qū)域內(nèi)板刮薄至60 mm，以實現(xiàn)節(jié)點連接；外墻迎水面頂部與頂板鋼筋連接區(qū)域內(nèi)板刮薄為60 mm，以實現(xiàn)節(jié)點連接；頂板與頂板連接區(qū)域內(nèi)，先拼裝的頂板在連接區(qū)域內(nèi)板厚刮薄至60 mm，以實現(xiàn)鋼筋搭接。

2）沿其管廊寬度方向的側(cè)邊設(shè)置的上翻導(dǎo)墻與疊合式雙層墻板連接，底板上翻導(dǎo)墻高度為加腋高度加外墻厚度，此處為彎矩零點附近；上翻導(dǎo)墻與疊合式雙層墻板連接處設(shè)置有止水鋼板。

3）疊合板內(nèi)每600 mm設(shè)置1道桁架筋，保證疊合板在連接和拼裝后滿足設(shè)計受剪性能要求。

4）疊合式單層頂板通過U形套箍與疊合式雙層墻板形成暗梁連接；在相鄰2節(jié)管廊的疊合式單層頂板之間和疊合式雙層墻板之間分別設(shè)置凹槽和拼縫，然后相鄰2節(jié)管廊分別通過設(shè)置在凹槽中的暗梁和拼縫處的暗柱連接，連接后的若干節(jié)管廊通過整體澆筑形成廊體（圖1）。

2.2 BIM建模和鋼筋碰撞檢查技術(shù)研究

1）通過Revit軟件建立BIM模型，對疊合裝配式綜合管廊進行排布，根據(jù)排布情況確定預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)量以及預(yù)制混凝土澆筑量（圖2）。

圖1 疊合裝配式三倉管廊截面

圖2 通過BIM技術(shù)進行疊合板排布

2）通過BIM模型，對疊合裝配式管廊進行鋼筋碰撞檢查，對結(jié)構(gòu)拆分進一步優(yōu)化（圖3）。

圖3 鋼筋碰撞檢查

2.3 節(jié)點鋼筋連接

預(yù)制結(jié)構(gòu)體最重要的環(huán)節(jié)是節(jié)點連接，而鋼筋連接是節(jié)點連接的重中之重，故而對節(jié)點處鋼筋連接形式的研究勢在必行。疊合裝配式管廊共分為6大節(jié)點：外墻板-底板、中隔墻-底板、外墻-頂板、中隔墻-頂板、墻板-墻板、頂板-頂板。其中墻體-底板采用預(yù)留插筋搭接錨固方式，墻體-頂板采用U形套箍連接方式，墻板-墻板連接后置鋼筋籠形成暗柱，頂板-頂板連接后置箍筋和角筋形成暗柱。

1）疊合式雙層外墻板由迎水面面板和背水面面板通過鋼筋骨架連接組成，迎水面面板相對于背水面面板的一面的上端和下端的板厚分別變薄形成凹槽，背水面面板標(biāo)高小于迎水面面板標(biāo)高。面板中豎向分布鋼筋呈倒U形布置，水平分布筋呈環(huán)形布置，中間用桁架筋連成整體。疊合式雙層中隔墻板與外墻板形式類似，由2塊面板組成，中間用桁架筋連成整體。疊合式單層頂板為單面板，其上下2層縱向分布筋和水平分布筋均為環(huán)形布置，中間用桁架筋連接（圖4）。

2）中隔墻-頂板與外墻-頂板節(jié)點連接大致相似，節(jié)點連接各呈現(xiàn)T、Γ形，兩側(cè)頂板水平鋼筋呈環(huán)形布置，墻體豎向受力筋呈倒插U形布置，通過錨固實現(xiàn)節(jié)點連接，拼裝完成后，此節(jié)點處綁扎角筋和加腋筋（圖5）。

圖4 疊合板豎向剖面

圖5 上部節(jié)點連接

3）墻體與底板連接采用底板上預(yù)留插筋進行搭接錨固，節(jié)點呈L、丄形，其錨固長度取拆分設(shè)計長度，現(xiàn)澆底板上翻導(dǎo)墻高度為外墻墻厚加腋角高度（圖6）。

圖6 下部節(jié)點連接

4）墻板-墻板連接，在拼裝完成后，于墻體空腔內(nèi)放置成型的鋼筋籠形成暗柱，暗柱長邊尺寸不小于構(gòu)造暗柱的抗震錨固長度，短邊尺寸與管廊側(cè)壁現(xiàn)澆部分的厚度一致，以此增加節(jié)點剛度，拼裝縫處鑲嵌橡膠止水條以達到防水效果。頂板-頂板連接通過在連接區(qū)域內(nèi)凹槽后置箍筋和角筋形成暗梁，暗梁的長度根據(jù)拆分設(shè)計要求確定，高度為頂板水平筋排距；拼裝縫處鑲嵌橡膠止水條以達到防水效果（圖7）。

2.4 有限元模擬分析技術(shù)研究

圖7 橫向連接

建立ABAQUS損傷塑性模型，該模型當(dāng)中混凝土為單軸拉壓荷載作用下的本構(gòu)關(guān)系，同時為了讓混凝土單元更好地表現(xiàn)出塑性特性，設(shè)置了混凝土單元的拉伸損傷和壓縮損傷特性。本模型中的鋼筋采用了各向同性彈塑性材料模型，其在多軸應(yīng)力狀態(tài)下滿足Mises屈服準(zhǔn)則，在反復(fù)荷載作用下其強化準(zhǔn)則采用了隨動強化模型。拼縫面是預(yù)制結(jié)構(gòu)有別于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的重要特征之一，該拼縫面的處理關(guān)系到有限元模型能否反映預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的特點。拼縫面處的混凝土結(jié)構(gòu)單元在試件的受力全過程中主要起傳遞壓力、剪力和彎矩的作用?；诖?，疊合板預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆的疊合面采用在對應(yīng)接觸面上設(shè)置接觸單元進行模擬（表1）。

表1 有限元參數(shù)

由圖表分析（圖8、表2）可知：

1）有無加腋時，疊合裝配式管廊的極限承載力比現(xiàn)澆混凝土綜合管廊低10%～15%，故在拆分過程中需要適當(dāng)增大疊合裝配式管廊連接鋼筋的面積。

2）取消加腋將使其極限承載力降低約3%。此外，取消加腋將使得綜合管廊在開裂后的結(jié)構(gòu)剛度顯著降低，故在拆分過程中若取消加腋，則需要對節(jié)點進行優(yōu)化補強。

3 疊合裝配式管廊施工的先進性

1）實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化五大變革：手工—機械、工地—工廠、施工—總裝、農(nóng)民工—產(chǎn)業(yè)工人、技術(shù)工人—操作工人，產(chǎn)能大、自動化程度高，可同時供應(yīng)多條管廊拼裝施工，加快管廊施工進度，縮短工期。

2）減少現(xiàn)場支模和鋼筋綁扎作業(yè)量、現(xiàn)場現(xiàn)澆混凝土工程量，大幅度減少了施工現(xiàn)場的工人用量，縮短了工期，有利于文明施工和環(huán)境保護。

圖8 鋼筋混凝土應(yīng)力云圖

表2 極限承載力

3）與整體預(yù)制管廊相比，該體系不僅能夠滿足單倉、單層雙倉、雙層四倉等多種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)斷面形式，而且能實現(xiàn)非標(biāo)段管廊的預(yù)制裝配建設(shè)。

4）預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，提升了廊體外觀質(zhì)量，可以免裝修；安裝工程的埋件提前預(yù)埋，減少了后期安裝時的開槽工程量，加快了設(shè)備安裝的進度。

4 結(jié)語

疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系能夠起到方便施工、降低成本的效果，同時提高了管廊結(jié)構(gòu)的防水質(zhì)量、減少了安全風(fēng)險；管廊混凝土澆筑不依賴于模板，節(jié)約木工作業(yè)人員投入，縮短工期、降低成本，且連接簡單，運輸方便，組裝快捷，可大大提高過程中的施工效率；在實施時，可以免去模板支架作業(yè)，大大降低傳統(tǒng)支架在施工過程中的安全風(fēng)險和隱患，節(jié)能環(huán)保，符合綠色施工的理念；管廊內(nèi)受力主筋均預(yù)埋于預(yù)制構(gòu)件內(nèi)，減少現(xiàn)場鋼筋綁扎工作量，降低投入，縮短工期。本研究可以作為預(yù)制疊合板施工標(biāo)準(zhǔn)化案例，為以后其他預(yù)制疊合板施工提供參考，為國家預(yù)制裝配式管廊規(guī)范的編制提供有力依據(jù)。