疊合板式拼裝綜合管廊抗震性能與施工制作關(guān)鍵技術(shù)
——以宇輝集團(tuán)疊合板式拼裝綜合管廊為例

閆紅纓 薛偉辰 胡翔 劉文清

1.黑龍江宇輝新型建筑材料有限公司 哈爾濱150025

2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海200092

引言

疊合板式拼裝綜合管廊是指側(cè)壁（包括外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁）采用雙面疊合板、頂板采用單面疊合板、底板采用單面疊合板或現(xiàn)澆板，各預(yù)制板之間通過后澆混凝土疊合層連接成整體的預(yù)制拼裝綜合管廊［1，2］。疊合板式拼裝綜合管廊具有較好的整體性和防水性能［3］。得益于板式預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸和拼裝方面的便利性，疊合板式拼裝綜合管廊適用于多艙、大截面綜合管廊。疊合板式拼裝綜合管廊是目前在我國應(yīng)用最廣泛的預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)型式［4－6］。宇輝集團(tuán)與同濟(jì)大學(xué)在國內(nèi)較早開展了疊合板式拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)抗震性能以及施工與制作關(guān)鍵技術(shù)研究，并開展了大量的工程應(yīng)用。

1 疊合板式拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)體系簡介

1.1 總體方案

宇輝集團(tuán)疊合板式拼裝綜合管廊由雙面疊合側(cè)壁（包括外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁）、單面疊合頂板和底板組成，如圖1所示。其中，單面疊合底板采用上層預(yù)制板、下層后澆疊合層的構(gòu)造，單面疊合頂板采用下層預(yù)制板、上層后澆疊合層的構(gòu)造。雙面疊合側(cè)壁的內(nèi)、外側(cè)預(yù)制板之間通過桁架鋼筋連接，單面疊合底板和頂板的預(yù)制板中預(yù)埋了桁架鋼筋以增強(qiáng)預(yù)制板與后澆疊合層之間的整體性。

圖1 宇輝集團(tuán)疊合板式拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)示意Fig.1 YUHUI precast concrete utility tunnel composed of composite slabs

1.2 連接構(gòu)造

疊合板式拼裝綜合管廊的連接構(gòu)造主要包括橫向和縱向兩方面。在橫向，疊合板式拼裝綜合管廊的連接構(gòu)造主要包括側(cè)壁與底板以及側(cè)壁與頂板之間的連接：

（1）雙面疊合側(cè)壁與疊合底板的連接構(gòu)造如圖2a所示，采用底板預(yù)留插筋的連接構(gòu)造，并在壁板內(nèi)預(yù)留螺旋箍筋以增強(qiáng)粘結(jié)，連接鋼筋有L型鋼筋與U型鋼筋兩種形式。采用插筋的連接構(gòu)造可避免施工階段側(cè)壁端部的出筋，有效降低施工難度。

（2）雙面疊合側(cè)壁與疊合頂板的連接構(gòu)造如圖2b所示，采用墻體頂部外露U型出筋與疊合頂板U型出筋形成銷接環(huán)的連接構(gòu)造。

在縱向，疊合板式拼裝綜合管廊的連接構(gòu)造主要包括側(cè)壁與側(cè)壁、底板與底板以及頂板與頂板之間的縱向連接：

（1）雙面疊合側(cè)壁縱向連接構(gòu)造如圖3a所示，預(yù)制墻體之間采用銷接連接，銷接箍筋直徑及間距同墻體水平筋，銷接縱筋直徑同墻體縱筋。

（2）疊合底板縱向連接構(gòu)造如圖3b所示，預(yù)制底板分布筋之間采用銷接連接，銷接縱筋直徑同底板受力鋼筋。

（3）疊合頂板縱向連接構(gòu)造如圖3c所示，預(yù)制頂板分布筋之間采用銷接連接，銷接縱筋直徑同頂板受力鋼筋。

圖2 橫向連接構(gòu)造Fig.2 Details of connections in the transverse section

圖3 縱向連接構(gòu)造Fig.3 Details of connections in the longitudinal direction

2 抗震性能試驗(yàn)研究

針對本文介紹的疊合板式拼裝綜合管廊，同濟(jì)大學(xué)系統(tǒng)開展了節(jié)點(diǎn)與整體結(jié)構(gòu)層次的足尺模型低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，對其抗震性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究［7］。

2.1 節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究

開展了6個(gè)中節(jié)點(diǎn)和8個(gè)邊節(jié)點(diǎn)足尺模型的低周往復(fù)荷載試驗(yàn)［7］。試驗(yàn)參數(shù)包括：節(jié)點(diǎn)位置（上部節(jié)點(diǎn)、下部節(jié)點(diǎn)）、腋角構(gòu)造（有腋角、無腋角）、雙面疊合側(cè)壁與單面疊合頂板、底板的鋼筋連接構(gòu)造（U型出筋、U型插筋、L型插筋）等。所有試件的預(yù)制構(gòu)造與節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造均與工程原型保持一致。試件的典型破壞形態(tài)如圖4所示，邊節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)均為頂、底板端部或側(cè)壁端部受彎破壞，中節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)均為側(cè)壁端部受彎破壞。

圖4 節(jié)點(diǎn)典型破壞形態(tài)Fig.4 Typical failure models of the connection specimens

圖5 所示為節(jié)點(diǎn)試件典型的滯回曲線，可見：①疊合板式拼裝綜合管廊節(jié)點(diǎn)的滯回曲線與相應(yīng)的現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相近，均具有較好的耗能能力；②疊合板式拼裝綜合管廊節(jié)點(diǎn)的承載力與相應(yīng)的現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相近；③疊合板式拼裝綜合管廊邊節(jié)點(diǎn)的延性在2.18～3.20（與相應(yīng)的現(xiàn)澆邊節(jié)點(diǎn)相差－17.6%～59.9%）、中節(jié)點(diǎn)的延性在4.50～7.52（與相應(yīng)的現(xiàn)澆中節(jié)點(diǎn)相差－7.8%～35.6%）。總體而言，疊合板式拼裝綜合管廊節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)等同的抗震性能。

2.2 整體結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究

通過綜合管廊整體結(jié)構(gòu)足尺模型的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，對疊合板式拼裝綜合管廊的抗震性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究［7］。圖6所示為疊合板式拼裝綜合管廊和相應(yīng)的現(xiàn)澆綜合管廊整體結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)，二者均發(fā)生側(cè)壁端部受彎破壞，具體表現(xiàn)為側(cè)壁端部的外側(cè)混凝土保護(hù)層大面積剝落、縱筋屈服或拉斷。

圖7 所示為疊合板式拼裝綜合管廊和相應(yīng)的現(xiàn)澆綜合管廊整體結(jié)構(gòu)的滯回曲線，可見：①疊合板式拼裝綜合管廊整體結(jié)構(gòu)的滯回曲線與相應(yīng)的現(xiàn)澆綜合管廊相近，二者均較飽滿，表現(xiàn)出具有較好的耗能能力；②疊合板式拼裝綜合管廊整體結(jié)構(gòu)的承載力略高于相應(yīng)的現(xiàn)澆綜合管廊，二者相差在1%～12%；③疊合板式拼裝綜合管廊整體結(jié)構(gòu)的延性為3.0，與相應(yīng)的現(xiàn)澆綜合管廊相近?？傮w而言，疊合板式拼裝綜合管廊整體結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)澆綜合管廊等同的抗震性能。

圖5 節(jié)點(diǎn)典型滯回曲線Fig.5 Typical hysteresis loops of the connection specimens

圖6 整體試件破壞形態(tài)Fig.6 Failure models of whole structure specimens

圖7 整體結(jié)構(gòu)滯回曲線Fig.7 Hysteresis loops of whole structure specimens

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 構(gòu)件安裝關(guān)鍵技術(shù)

從施工工藝的總體流程來看，疊合板式拼裝綜合管廊的構(gòu)件安裝順序?yàn)閱蚊姣B合底板安裝、雙面疊合側(cè)壁安裝、單面疊合頂板安裝。各構(gòu)件安裝的關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)如下：

1.單面疊合底板安裝

疊合底板的安裝流程（圖8a）可總結(jié)為：墊層上底板定位放線→墊層上安放底板精平鐵板→應(yīng)用溜繩配合吊車吊放底板構(gòu)件→由于直角安放對準(zhǔn)架安裝底板構(gòu)件于墊層上→應(yīng)用精平裝置器配合水準(zhǔn)儀超平底板上表面→穿設(shè)底板構(gòu)件間連接鋼筋并綁扎（不宜過長，搭接穿設(shè)）→進(jìn)入下道工序。

在疊合底板安裝過程中，應(yīng)注意采取以下技術(shù)措施保證安裝質(zhì)量和安裝精度：①應(yīng)用測量工具按基準(zhǔn)線放出施工段內(nèi)所有構(gòu)件輪廓線于墊層上；②墊層上輪廓線內(nèi)應(yīng)安放底板精平鐵板；③底板吊至安裝位置上部1m左右時(shí)，應(yīng)校正底板的安裝大致位置后方可下落；④在構(gòu)件輪廓線相鄰兩邊，安裝人員應(yīng)采用直角安放對準(zhǔn)架指揮吊車扶正底板；⑤底板下落，應(yīng)配合水準(zhǔn)儀調(diào)整底板上表面至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并墊平就位；⑥穿設(shè)底板間連接鋼筋并綁扎。

圖8 疊合板式拼裝綜合管廊安裝示意圖Fig.8 Erection of the precast concrete utility tunnel composed of composite slabs

2.雙面疊合側(cè)壁安裝

雙面疊合側(cè)壁的安裝流程（圖8b）可總結(jié)為：墊層上抄平放線→安裝側(cè)壁構(gòu)件→安裝側(cè)壁構(gòu)件→安裝斜撐→通過斜撐調(diào)整側(cè)壁軸線及垂直度→側(cè)壁間、側(cè)壁與底板間連接鋼筋穿設(shè)綁扎→側(cè)壁操作口帶支?！鷺?gòu)件間縫隙用與側(cè)壁混凝土同等級的水泥砂漿進(jìn)行封堵→進(jìn)入下道工序。

為了保證雙面疊合側(cè)壁的安裝質(zhì)量和安裝精度，一般應(yīng)采取以下技術(shù)保證措施：①側(cè)壁起吊時(shí)應(yīng)垂直平穩(wěn)，吊索與水平線夾角不小于60°；

②側(cè)壁安裝就位后，應(yīng)復(fù)核標(biāo)高、軸線，并安裝固定斜撐。雙斜撐長桿位置設(shè)置于側(cè)壁2／3處，支撐與水平線夾角在55°～65°之間，每塊墻板設(shè)置不少于2個(gè)支撐；③在先就位的側(cè)壁連接鋼筋位置上安放連接箍筋，然后穿設(shè)豎向連接縱筋，綁扎連接箍筋于連接縱筋上，并使連接箍筋退入先就位的側(cè)壁內(nèi)，再安裝相鄰側(cè)壁；④側(cè)壁后澆帶應(yīng)采用工具式模板，并采用預(yù)埋螺栓固定，模板間縫隙用膠帶粘貼，避免澆筑混凝土?xí)r漏漿。

3.單面疊合頂板安裝

疊合頂板的安裝流程（圖8c）可總結(jié)為：按線支設(shè)頂板下鋼支撐→頂板鋼筋構(gòu)件安裝→安放、綁扎頂板鋼筋→預(yù)埋線管連接→澆筑頂板構(gòu)件上混凝土。

在疊合頂板安裝過程中，一般通過以下技術(shù)措施保證安裝質(zhì)量和安裝精度：①雙面疊合側(cè)壁安裝完成后，按設(shè)計(jì)位置支設(shè)頂板支撐專用三角架支撐，每塊預(yù)制板支撐不少于4個(gè)且其步距不大于2m；②在雙面疊合側(cè)壁上部安裝腋角模板，注意在安裝前將模板與構(gòu)件接觸處50mm范圍內(nèi)粘貼防漏漿膠帶，腋角模板隨頂板構(gòu)件安裝進(jìn)行相鄰頂板構(gòu)件間和頂板構(gòu)件的安裝；③頂板吊裝就位，過程中應(yīng)采用支撐上的微調(diào)器調(diào)節(jié)標(biāo)高，確保達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高要求；④安裝完畢后，用鼓風(fēng)機(jī)清理后澆帶及頂板構(gòu)件上雜物。

3.2 后澆疊合層施工關(guān)鍵技術(shù)

由于疊合板式拼裝綜合管廊的后澆空腔狹窄，且配筋較密，為使后澆疊合層混凝土能夠充分密實(shí)地填充后澆空間，工程中一般要求后澆疊合層采用C40P6免振自密實(shí)混凝土，并要求坍落度達(dá)到260±20mm、擴(kuò)展度達(dá)到700±50mm，具體技術(shù)要求見表1。

表1 自密實(shí)混凝土拌合物的自密實(shí)性能及要求Tab.1 Requirements of the self-compacting concrete

在后澆疊合層自密實(shí)混凝土澆筑過程中，底板通過預(yù)制板上預(yù)留的返漿孔觀察澆筑狀態(tài)并控制澆筑速度。完成底板澆筑后，停止一定時(shí)間，再繼續(xù)澆筑側(cè)壁疊合層至側(cè)壁下部腋角頂面以上100mm處，并靜停1h，待混凝土自密實(shí)后，在進(jìn)行后續(xù)澆筑。澆筑側(cè)壁的后澆疊合層時(shí)，一般按500mm高度控制依次進(jìn)行澆筑。完成側(cè)壁后澆疊合層澆筑后，再進(jìn)行頂板后澆疊合層的澆筑。后澆疊合層澆筑過程中，預(yù)留同條件養(yǎng)護(hù)試塊，支撐在頂板同條件試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%時(shí)才能拆除。

4 構(gòu)件制作關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鋼筋工程

疊合板式拼裝綜合管廊中采用的鋼筋籠，其鋼筋下料精度應(yīng)控制長度誤差不超過±3mm。鋼筋加工過程中，應(yīng)采用角磨機(jī)切割的鋼筋通過套絲機(jī)進(jìn)行套絲，然后使用數(shù)控鋼筋彎箍機(jī)彎箍后應(yīng)用直螺紋套筒進(jìn)行連接，在鋼筋綁扎架上通過數(shù)控全自動(dòng)桁架焊接生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)的鋼筋桁架組裝成管廊構(gòu)件鋼筋骨架。

4.2 構(gòu)件成型技術(shù)

疊合板式拼裝綜合管廊預(yù)制構(gòu)件的模具應(yīng)充分考慮腋角構(gòu)造。構(gòu)件制作設(shè)備應(yīng)通過PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌控制，應(yīng)采用劃線機(jī)進(jìn)行底模具上自動(dòng)劃線，底模具線上安裝側(cè)模具，人工粗校側(cè)模具誤差，安裝鋼筋籠，精校側(cè)模具誤差，混凝土布料機(jī)進(jìn)行混凝土自動(dòng)布料，通過低噪振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行構(gòu)件振搗，構(gòu)件振搗密實(shí)后，底模具系統(tǒng)自動(dòng)行走至立體養(yǎng)護(hù)窯間通過抓鉤堆垛機(jī)進(jìn)入立體養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行自動(dòng)養(yǎng)護(hù)，構(gòu)件混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后自動(dòng)出窯成疊合底板和頂板，疊合板式拼裝綜合管廊的側(cè)壁是通過一次養(yǎng)護(hù)側(cè)壁的一側(cè)預(yù)制板再經(jīng)過翻轉(zhuǎn)機(jī)工序加工養(yǎng)護(hù)而成。

5 工程應(yīng)用情況簡介

自2015年以來，宇輝集團(tuán)疊合板式拼裝綜合管廊已廣泛應(yīng)用于哈爾濱、廈門、合肥、泰州等地的綜合管廊建設(shè)，總建設(shè)里程超過25km。代表性工程包括：

（1）哈爾濱市地下綜合管廊一期和二期工程，標(biāo)準(zhǔn)段及引出節(jié)點(diǎn)處均采用了疊合板式拼裝綜合管廊，最大橫截面尺寸達(dá)到13.4m（寬）×4.4m（高），最多采用了4艙橫截面型式。

（2）廈門市地下綜合管廊工程，疊合板式拼裝綜合管廊在標(biāo)準(zhǔn)段及引出節(jié)點(diǎn)處均有應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)段的最大截面尺寸達(dá)到8.7m（寬）×2.8m（高），均采用了3艙橫截面型式。

（3）泰州市地下綜合管廊工程，在標(biāo)準(zhǔn)段和引出節(jié)點(diǎn)處均采用了疊合板式拼裝綜合管廊，標(biāo)準(zhǔn)段的最大截面尺寸達(dá)到4.1m（寬）×3.85m（高），采用的是單艙橫截面型式。

6 結(jié)語

1.疊合板式拼裝綜合管廊由雙面疊合側(cè)壁（包括外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁）、單面疊合頂板和底板組成，具有較好的整體性和防水性能，適用于多艙、大截面綜合管廊。

2.針對雙面疊合側(cè)壁與單面疊合頂板和底板連接節(jié)點(diǎn)以及綜合管廊整體結(jié)構(gòu)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，疊合板式拼裝綜合管廊具有良好的抗震性能。

3.通過合理確定預(yù)制構(gòu)件的安裝工藝流程和尺寸控制要求，研發(fā)專用的工裝系統(tǒng)，研制具有良好工作性能的后澆疊合層自密實(shí)混凝土，能夠有效保證疊合板式拼裝綜合管廊施工效率和質(zhì)量。

本文的相關(guān)內(nèi)容可為今后我國疊合板式拼裝綜合管廊的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供參考。