預(yù)制裝配式綜合管廊不均勻沉降與節(jié)間縱向張拉力相關(guān)性分析

黃 鶴 常 萍

（南寧學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院， 廣西 南寧 530200）

0 引言

預(yù)制管廊是未來管廊建設(shè)的發(fā)展方向。如何計算合適的張力控制力直接決定了預(yù)制管廊的防水效果。本文通過工程實例建立了整體預(yù)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(zhuǎn)角位移之間的關(guān)系，最后對管廊進(jìn)行了有限元分析，以某城市某全預(yù)制雙倉管廊為例，計算了最大沉降差，導(dǎo)出了滿足結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，為消除不均勻沉降引起的內(nèi)力影響，應(yīng)沿管廊長度間隔設(shè)置變形縫。管道的埋設(shè)容易造成拉鏈路，造成交通擁堵施工更為復(fù)雜。地下綜合管廊具有保證道路功能充分發(fā)揮、有效利用城市地下空間、保證管線安全、降低后期維護(hù)費(fèi)用、各種管線可直接在地下綜合管廊內(nèi)架設(shè)、增減、維修等優(yōu)點改善城市環(huán)境，提高城市抗震防災(zāi)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(cè)或周邊規(guī)劃大臨時用地或小臨時用地，在安全區(qū)域內(nèi)利用窄條帶建立移動式預(yù)制生產(chǎn)設(shè)施。混凝土構(gòu)件預(yù)制所需的設(shè)備、材料、工裝模塊等可直接運(yùn)至本工程施工現(xiàn)場，材料就近切割、預(yù)制、養(yǎng)護(hù)，成品短途運(yùn)輸至裝配現(xiàn)場，然后完成裝配操作。當(dāng)某段走廊施工完成后，可將移動設(shè)備拆卸到下一個現(xiàn)場，節(jié)約成本，提高工作效率?；炷僚浜媳葢?yīng)符合 DL/t5330-2005《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)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(qiáng)度增長快的早強(qiáng)劑等外加劑?？紤]混凝土運(yùn)輸距離，提高混凝土早期強(qiáng)度，減少拆模時間，縮短工期，解決冬季施工混凝土強(qiáng)度增長緩慢的問題，現(xiàn)場混凝土坍落度控制在 140～180mm【1】。

全預(yù)制管廊一般每隔30m設(shè)置一道變形縫倒角處節(jié)點采用縱向受拉精軋鋼筋連接。計算模型模擬了節(jié)點倒角處施加的縱向拉力所提供的預(yù)應(yīng)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(guān)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(qiáng)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(yù)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(jié)構(gòu)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(shè)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(cè)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(yīng)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(yīng)力之間的關(guān)系，應(yīng)通過不均勻沉降計算結(jié)構(gòu)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(guān)系，從而得到縱向精軋螺紋鋼的張力控制應(yīng)力值【2】。

2 箱涵養(yǎng)護(hù)與拆模

2.1 預(yù)制裝配式箱涵的施工

箱涵全長根據(jù)路基實際情況計算確定，然后根據(jù)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(jù)計算確定標(biāo)準(zhǔn)涵節(jié)數(shù)（長度為LS）n和非標(biāo)準(zhǔn)涵節(jié)長度ln；l=LT ln LS ln LT當(dāng)翼墻總重較小時，將貿(mào)易墻分為三部分，左側(cè)梯形部分，右梯形部分和中環(huán)部分包括涵身，中環(huán)部分與過渡段涵身連接形成過渡段，當(dāng)翼墻總重較大時，翼墻梯形部分可進(jìn)一步分為兩個較小的部分，翼墻與墻體的連接可采用預(yù)埋鋼板連接。預(yù)制箱涵為快裝箱涵結(jié)構(gòu)形式，斷面尺寸及規(guī)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?shù)装搴穸龋╩）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(dāng)壁厚變化，立縫尺寸相應(yīng)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(yù)制成型

綜合管廊在混凝土澆筑完畢并初凝后，進(jìn)行高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)。蒸汽養(yǎng)護(hù)采用定制蒸汽養(yǎng)護(hù)罩，在綜合管廊上用蒸汽養(yǎng)護(hù)罩覆蓋模具，并對蒸汽養(yǎng)護(hù)罩底部進(jìn)行密封，防止蒸汽養(yǎng)護(hù)過程中漏汽。為保護(hù)環(huán)境，蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)施采用蒸汽電鍋爐進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)。

蒸汽固化過程分為四個階段：靜態(tài)停止、加熱、恒溫和冷卻。靜態(tài)停機(jī)時，環(huán)境溫度不低于5℃，加熱速度控制在15℃/h以內(nèi)。恒溫：當(dāng)溫度達(dá)到60℃時，恒溫蒸4小時即可停止蒸。冷卻：綜合管廊在蒸汽養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)的冷卻速度在10℃/h以內(nèi)，只有當(dāng)綜合管廊表面溫度與環(huán)境溫度之差不大于5℃時，才能將綜合管廊從蒸汽養(yǎng)護(hù)罩上拆除。蒸汽養(yǎng)護(hù)過程中安排專人有效控制溫度和時間的升降并做好詳細(xì)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(shè)置，經(jīng)檢查無異常。蒸汽養(yǎng)護(hù)蓋及設(shè)備移至預(yù)制生產(chǎn)區(qū)，已初步設(shè)置的綜合管廊用蒸汽養(yǎng)護(hù)蓋嚴(yán)格密封。檢查蒸養(yǎng)設(shè)備和蒸養(yǎng)罩的密封情況，調(diào)試蒸養(yǎng)設(shè)備。所有準(zhǔn)備工作就緒后，蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備開始升溫。升溫后，啟動蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備，升溫速度應(yīng)控制在15℃/h以內(nèi)，嚴(yán)禁升溫過快或過慢，影響綜合管廊的抗壓強(qiáng)度和性能。當(dāng)溫度達(dá)到60℃時，開始恒溫蒸汽養(yǎng)護(hù)，4小時后停止蒸汽養(yǎng)護(hù)。恒溫蒸汽養(yǎng)護(hù)后，在蒸汽養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)對綜合管廊進(jìn)行冷卻養(yǎng)護(hù)。冷卻速度嚴(yán)格控制在10℃/h以內(nèi)，待綜合管廊表面溫度與外界環(huán)境溫度之間降至不超過 5℃時，方可拆除蒸汽養(yǎng)護(hù)蓋，然后移至自然養(yǎng)護(hù)棚進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)【3】。

2.3 管廊拆模

當(dāng)綜合管廊蒸汽養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的50%并停止蒸汽養(yǎng)護(hù)1小時后，蒸汽養(yǎng)護(hù)罩內(nèi)外溫差不大于 5℃。拆模順序為從內(nèi)到外從上到下在拆卸過程中應(yīng)按順序逐步拆除模具。模板拆除后，用龍門吊將預(yù)制好的綜合管廊及底模拆除，運(yùn)至指定的成品自然養(yǎng)護(hù)棚進(jìn)行澆水自然養(yǎng)護(hù)。拆模過程中，嚴(yán)禁用撬棍敲擊或撬動模板下的模板。當(dāng)自然養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后，將綜合管廊移出自然養(yǎng)護(hù)棚并翻轉(zhuǎn)。

預(yù)制管廊可以大大提高施工效率，減少施工對周圍環(huán)境的影響，是今后管廊建設(shè)的發(fā)展方向預(yù)制管廊為全斷面預(yù)制縱斷面長度根據(jù)運(yùn)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(huán)吸水，膨脹橡膠作為結(jié)構(gòu)防水彈性墊片在區(qū)間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處施加縱向預(yù)應(yīng)力使彈性墊片達(dá)到一定的界面應(yīng)力以滿足結(jié)構(gòu)防水要求。

3 不均勻沉降

建立了預(yù)制管廊的整體模型。管廊結(jié)構(gòu)不均勻沉降引起的沉降差，采用管廊兩端豎向強(qiáng)迫位移的形式。計算了各管廊段的豎向位移，并通過幾何關(guān)系推導(dǎo)出各管廊段的傾角θ。

對30m管廊兩端進(jìn)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(jié)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(tǒng)計結(jié)果【4】。

通過建立兩個預(yù)制管廊的實體模型，研究了彎曲位移對橡膠界面應(yīng)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(yù)應(yīng)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(qiáng)迫位移。位移是截面之間的相對位移。試驗計算表明，當(dāng)截面間相對位移為0時，彈性墊圈的界面應(yīng)力僅為1，5MPa的拉力為132kn。此時管廊若稍有轉(zhuǎn)動，就不能滿足結(jié)構(gòu)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(yīng)力與相對位移的關(guān)系。

當(dāng)防水橡膠的最小界面應(yīng)力為1.5mpa時，各級拉力對應(yīng)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(yīng)在生產(chǎn)廠家的指導(dǎo)下提前進(jìn)行現(xiàn)場試驗確定混合比，用刷子在對接接頭兩側(cè)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(fù)擠壓使密封膠和粘結(jié)界面更加濕潤。將槍嘴插入待密封的對接接頭內(nèi)，按設(shè)計深度將雙組分聚硫膠均勻、密實地注入變形接頭內(nèi)，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(nèi)部致密，無斷端，粘結(jié)牢固，無脫膠、破裂、滲水現(xiàn)象。箱涵安裝完畢后，在箱涵重疊縫隙處進(jìn)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(fèi)或注膠不到位。箱涵內(nèi)外墻四周搭接處設(shè)虹吸口，完成搭接縫注膠【5】。

止水的位置要準(zhǔn)確。安裝時止水片要拉直、平鋪，尤其要保證止水片位于兩節(jié)箱涵的中心位置，止水接合處要嚴(yán)密。

止水片不能隨意打孔，派專人調(diào)整。要注意觀察和調(diào)整止水片在安裝過程中移位、碰撞、錯位。施工前做好技術(shù)交底工作，同時制訂嚴(yán)格的約束機(jī)制，嚴(yán)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(chǎn)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(jù)總結(jié)出的理論體系，對雙倉管廊工程進(jìn)行了驗證計算。管廊自重按標(biāo)準(zhǔn)斷面及設(shè)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(yīng)力p=134.7kpa。計算結(jié)果表明，在土層厚度變化較大的地段，管廊結(jié)構(gòu)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(jīng)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(jié)

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