帶橫向拼接縫的預(yù)制混凝土箱涵裝配式人行地下通道連接設(shè)計

郭少昱，蘆宇亭，魏 新

（哈爾濱市市政工程設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150070）

1 概述

預(yù)制混凝土箱涵裝配式地下通道是指在明挖、暗挖或蓋挖等施工條件下，將地下通道結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)段部分分節(jié)段在工廠預(yù)制，然后送到現(xiàn)場進(jìn)行拼裝的一種高效環(huán)保的施工技術(shù)。作為裝配式建筑的一種衍生形式，預(yù)制混凝土箱涵裝配式地下結(jié)構(gòu)在日本、美國等國家，以及歐洲等地區(qū)已獲得了大量應(yīng)用。我國的地下通道建設(shè)也引進(jìn)吸收了相關(guān)技術(shù)，并應(yīng)用于實際工程中。2010年由上海市政工程設(shè)計研究總院在世博園內(nèi)設(shè)計了國內(nèi)第一條預(yù)制拼裝施工工藝的綜合管廊。近些年來，預(yù)制拼裝技術(shù)在市政工程建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛。這一技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)、節(jié)約能源、減少施工污染、構(gòu)件質(zhì)量可靠、生產(chǎn)效率高、施工作業(yè)面小等諸多優(yōu)點；同時，工廠內(nèi)預(yù)制、現(xiàn)場安裝的施工方式對施工環(huán)境的要求也大大降低，既保證了冬季施工質(zhì)量，又延長了施工工期，非常適合嚴(yán)寒氣候下的施工[1]。

2 地下通道拼接縫設(shè)計方案

2.1 基本原則

預(yù)制混凝土箱涵裝配式結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，節(jié)間接縫處是預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)防水以及受力尤為薄弱的位置。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的核心是預(yù)制箱涵節(jié)間相互成一體化，接縫處的設(shè)計是影響預(yù)制混凝土箱涵裝配式地下通道結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的關(guān)鍵問題[2]。

無論是拼縫處的結(jié)構(gòu)形式還是防水構(gòu)造均需做加強處理。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)主要依靠關(guān)鍵節(jié)點以及拼接縫形成整體結(jié)構(gòu)，只有合理可靠的構(gòu)造措施才能確保結(jié)構(gòu)安全，使其具備和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相近的強度、剛度和延展性，以抵抗地震荷載、水壓力、土壓力、風(fēng)荷載。在確保滿足結(jié)構(gòu)受力合理、整體穩(wěn)定的前提下，節(jié)點連接處力的傳遞應(yīng)有可靠的路徑向下傳遞并要求盡量簡單且易于操作。

2.2 拼接縫形式

拼接縫形式可分為三類：

（1）預(yù)制段與現(xiàn)澆段拼接縫。

（2）橫向拼接縫。橫向拼接縫為預(yù)制箱涵節(jié)與節(jié)之間的連接位置，橫向拼接縫又分為兩種形式：

a.柔性承插式接頭（見圖1）。采用承插式連接、雙膠圈密封實現(xiàn)預(yù)制節(jié)段拼裝的接頭形式。接縫施工安裝方便、密封性能好，節(jié)段接縫允許一定的偏轉(zhuǎn)角度，對地基的不均勻沉降適應(yīng)性好。柔性承插式接頭分a型、b型兩種：a型接頭為矩形管廊本體配合弧形承插式接頭，利于密封圈與插口工作面的貼合，有效提高安裝質(zhì)量和防水效果，提高對節(jié)段間轉(zhuǎn)角變形的適應(yīng)能力；b型接頭為矩形箱涵本體配合矩形承插式接頭，模具制作較容易。

圖1 縱向拼接縫

b.橫向鎖緊承插式接頭。橫向鎖緊承插式接頭可分為搭接板連接型和錨栓連接型，利用搭接板或錨栓進(jìn)行機(jī)械式連接（見圖2、圖3）。

（3）縱向拼接縫（見圖4）?？v向拼接縫位于預(yù)制混凝土箱涵側(cè)壁處。

3 工程實例

3.1 項目概況

該工程為哈爾濱某地下過街通道工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計方案為現(xiàn)澆與預(yù)制拼裝相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。地道主體為預(yù)制裝配式箱涵結(jié)構(gòu)，出入口部位采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。樓梯段采用現(xiàn)澆形式，標(biāo)準(zhǔn)段采用預(yù)制混凝土箱涵裝配式單艙結(jié)構(gòu)形式（見圖5）。地道主體凈寬6 m，兩側(cè)側(cè)壁寬0.6 m。

圖2 搭接板連接型

圖3 錨栓連接型

圖4 縱向拼接縫

圖5 地下通道標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

3.2 拼接縫的性能要求

預(yù)制混凝土箱涵裝配式地下通道不設(shè)置臨時施工縫，其連接部位包括縱向拼接縫、橫向拼接縫、現(xiàn)澆與預(yù)制拼接部位等，為易發(fā)生滲漏部位，應(yīng)進(jìn)行重點設(shè)防[3]（見圖6）。

圖6 拼接縫連接圖（單位：mm）

拼接縫的性能要求如下：

（1）預(yù)制拼裝地下過街通道拼接縫處防水采用預(yù)制成型彈性密封墊為主要防水措施，彈性密封墊的界面應(yīng)力不應(yīng)低于1.5 MPa。

（2）拼接縫處彈性密封墊應(yīng)沿環(huán)、縱面兜繞成框形。溝槽的截面尺寸應(yīng)與彈性密封墊的形式和尺寸相匹配。

（3）拼接縫處應(yīng)選用彈性橡膠與遇水膨脹橡膠制成的復(fù)合密封墊。彈性橡膠密封墊宜采用三元乙丙（EPDM）橡膠或氯?。–R）橡膠。

（4）預(yù)制段橡膠材料性能要求見表1。

表1 橡膠材料性能要求

施工時應(yīng)根據(jù)預(yù)制拼裝的要求嚴(yán)格控制墊層的平整度在±2 mm以內(nèi)，從而確保預(yù)制節(jié)段拼接縫平整。拼裝順序應(yīng)從一端開始向另一端依次拼裝[4]。

3.3 拼接縫設(shè)計

該工程存在三類拼接縫：

（1）縱向拼接縫。該工程采用縱向鎖緊承插式接頭。采用機(jī)械緊固、雙膠圈密封實現(xiàn)預(yù)制管廊拼裝的接頭形式。管廊節(jié)段之間采用承插式接頭，利用連接鋼筋實現(xiàn)縱向連接并鎖緊（見圖7、圖8）。

圖7 縱向拼接縫連接圖（單位：mm）

圖8 縱向拼接縫連接實物圖

（2）橫向拼接縫。橫向拼接縫位于預(yù)制混凝土箱涵側(cè)壁處，將箱涵分為兩個U形槽，上下對接形成一個箱涵整體。橫向拼接縫的產(chǎn)生是為了減小結(jié)構(gòu)體量，減輕吊裝壓力，便于施工現(xiàn)場預(yù)制拼裝。橫向拼接縫設(shè)置位置通常在距離箱涵頂端或底端的1/2處（見圖9、圖10）。

圖9 橫向拼接縫連接圖（單位：mm）

圖10 橫向拼接縫連接實物圖

（3）預(yù)制段與現(xiàn)澆段拼接縫。用于預(yù)制混凝土箱涵的標(biāo)準(zhǔn)段部分與現(xiàn)澆段部分的連接處。預(yù)制混凝土箱涵裝配式地下結(jié)構(gòu)主要適用于長條形結(jié)構(gòu)。受建筑外形、場地限制等條件制約，地下結(jié)構(gòu)不能完全得全預(yù)制化，則結(jié)構(gòu)分為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制箱涵式混凝土結(jié)構(gòu)。這兩部分銜接處的拼接縫需要特殊處理，以保證結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性[5]。圖11為用于現(xiàn)澆段后施工的情況。

圖11 預(yù)制段與現(xiàn)澆段拼接縫連接圖

該工程通過試驗與實際工程的應(yīng)用，優(yōu)化了拼接縫的設(shè)計方案。

4 結(jié) 語

根據(jù)實際工程的應(yīng)用結(jié)果，該項目具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。通過已建成的地下工程對比發(fā)現(xiàn)，預(yù)制混凝土箱涵裝配式地道結(jié)構(gòu)相較于現(xiàn)澆地道結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)造價增加了10%～12%，但由于其特殊的施工工藝和施工措施，大大提高了勞動效率，施工周期縮短約1/3，使得基坑支護(hù)、基坑降水、冬期施工等技術(shù)措施的成本大大降低，并有效延長了冬期施工工期，節(jié)約時間，預(yù)制混凝土箱涵裝配式地下工程具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

預(yù)制混凝土箱涵裝配式地下結(jié)構(gòu)的發(fā)展推動了我國建筑工業(yè)化的進(jìn)程，但要使預(yù)制混凝土箱涵裝配式地下結(jié)構(gòu)在我國廣泛使用，還需不斷深入探索，解決裝配式拼接縫處薄弱的問題，提出更可靠的節(jié)點連接形式。