地下綜合管廊工程變形縫的設(shè)置與應(yīng)用

吳 騫

（上海建工五建集團(tuán)有限公司，上海 200063）

0 引言

管廊變形縫處的防水工程是管廊防水工程的重、難點(diǎn)，變形縫處極易產(chǎn)生滲漏水情況，施工質(zhì)量也難以保證，容易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。關(guān)于地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻變形縫的處理方法，GB 50108-2008《地下工程防水設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦了外側(cè)采用背貼式橡膠止水帶、中間設(shè)置中埋式鋼邊橡膠止水帶，側(cè)墻上沿豎直方向預(yù)埋有多根填充有牛油的無(wú)縫鋼管。但受制于牛油自身?xiàng)l件的限制，一旦發(fā)生沉降不能及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，造成變形縫的泄漏。

1 工程概況

本溪市威寧大街地下綜合管廊工程，位于太子河新城地區(qū)，管廊為東西走向貫穿太子河新城，西起沈本產(chǎn)業(yè)大道，東止于太子河梁家大橋，建設(shè)總長(zhǎng)度約 6.22 km。

本工程綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段采用平行三艙布置形式，分別為電力艙、綜合艙、燃?xì)馀?；電力艙凈?3.55 m，凈寬 1.8 m，綜合艙凈高 3.55 m，凈寬 4.3 m 燃?xì)馀搩舾?3.55 m，凈寬 1.6 m。管廊標(biāo)準(zhǔn)段平面效果圖如圖 1 所示。

圖1 管廊標(biāo)準(zhǔn)段平面效果圖

2 采用先進(jìn)管廊變形縫節(jié)點(diǎn)的三維 BIM 模擬設(shè)計(jì)技術(shù)

本次威寧大街地下綜合管廊入廊管線種類(lèi)較多，管道斷面尺寸較大。根據(jù)規(guī)劃要求，本次建設(shè)范圍位于道路北側(cè)預(yù)留的綠化控制帶內(nèi)，綠化控制帶寬度為 10 m。為減小基坑寬度，降低施工過(guò)程中對(duì)綠線以外用地的臨時(shí)侵占，管廊斷面采用燃?xì)馀撆c電力艙上下重疊布置的方案。該斷面雖然有效縮短了管廊的寬度，但是直接增加了管廊通風(fēng)口、投料口、引出口等主要節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)難度。特別是下層電力艙，如何確保電力艙通風(fēng)效果、為電纜進(jìn)出提供可靠的通道是本次管廊設(shè)計(jì)中主要難點(diǎn)之一。

上述節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中引入了先進(jìn)的三維 BIM 設(shè)計(jì)技術(shù)。對(duì)于設(shè)計(jì)人員提出的各種節(jié)點(diǎn)方案，通過(guò)采用三維設(shè)計(jì)技術(shù)，逐個(gè)排除各方案中實(shí)施性較差的方案，并將可行的方案進(jìn)行優(yōu)化組合，確保各節(jié)點(diǎn)人流、物流通道的通暢以及管線交叉方案合理可行，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖 2）。

圖2 管廊三維 BIM 設(shè)計(jì)展示圖

3 變形縫應(yīng)用與構(gòu)造節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

3.1 變形縫的應(yīng)用分析

3.1.1 變形縫設(shè)計(jì)考慮因素

1）釋放溫度應(yīng)力。當(dāng)構(gòu)筑物長(zhǎng)度超過(guò)一定限度時(shí)，為了避免因?yàn)闇囟茸兓a(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂，需要設(shè)置變形縫。

2）避免不均勻沉降導(dǎo)致的開(kāi)裂。地下結(jié)構(gòu)施工完成后，由于地基土的再固結(jié)或者不均勻沉降，構(gòu)筑物內(nèi)部將產(chǎn)生附加應(yīng)力，使構(gòu)筑物產(chǎn)生豎向錯(cuò)動(dòng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，此時(shí)需要設(shè)置變形縫緩解這一問(wèn)題。

3）緩解地震引起的開(kāi)裂。由于地震作用力下，構(gòu)筑物內(nèi)部可能存在相互擠壓、拉伸、沉降造成破壞開(kāi)裂，變形縫的設(shè)置可以緩解這一現(xiàn)象。

3.1.2 變形縫間距設(shè)置

根據(jù) GB 50838-2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》第 8.6.1 條，綜合管廊變形縫設(shè)置間距不宜＞30 m。

綜合考慮以往地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本工程的變形縫間距根據(jù)線路中節(jié)點(diǎn)設(shè)置及溶洞位置考慮，一般取為 25～30 m。

3.2 變形縫構(gòu)造節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

3.2.1 變形縫防水構(gòu)造設(shè)計(jì)優(yōu)化

變形縫防水為防水工程中的重點(diǎn)。根據(jù) GB 50108 -2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，本工程除了全包防水外，另設(shè)附加防水加強(qiáng)層及中埋式鋼邊止水帶，止水帶斜向布置：可以使?jié)B水路徑變長(zhǎng)，有效防止?jié)B漏水（見(jiàn)圖 3、圖 4）。

圖3 埋式止水帶與外貼防水層復(fù)合使用（單位：mm）

圖4 底板變形縫節(jié)點(diǎn)圖（單位：mm）

3.2.2 預(yù)埋鋼筋套管設(shè)計(jì)優(yōu)化

把變形縫處變?yōu)轭?lèi)似鉸接節(jié)點(diǎn)，釋放了彎矩內(nèi)力的同時(shí)，承擔(dān)部分剪力?？刂乒芾鹊呢Q向沉降在一定范圍內(nèi)，不至于造成較大的沉降差，導(dǎo)致變形縫的滲漏（見(jiàn)圖 5）。

圖5 預(yù)埋鋼筋套管設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

4 變形縫關(guān)鍵技術(shù)研究

管廊變形縫處結(jié)構(gòu)完全斷開(kāi)，采用背貼式止水帶、中埋式止水帶、閉孔泡沫板、無(wú)縫鋼管內(nèi)套鋼筋、抗微生物雙組份聚硫密封膏、黏聚合物改性瀝青防水卷材、聚氯乙烯（PVC）耐根穿刺防水卷材等施工措施進(jìn)行地下綜合管廊變形縫的施工。

4.1 變形縫止水帶施工技術(shù)

在變形縫處墊層混凝土施工完成后，在墊層上通鋪一層 3 mm 自粘改性瀝青防水卷材，然后再通鋪一層，寬度為 1 m 的加強(qiáng)層，變形縫左右 200 mm 為空鋪，澆筑 50 mm 細(xì)石混凝土作為保護(hù)層。底板施工時(shí)在鋼筋綁扎完成后在保護(hù)層上平鋪一條背貼式止水帶，止水帶上放聚乙烯發(fā)泡填縫板，結(jié)構(gòu)壁厚中間放中埋式鋼邊橡膠止水帶，底板鋼邊止水帶兩側(cè)上傾角 15°～20°，側(cè)墻止水鋼板與中埋式鋼邊橡膠止水帶采用鉚釘連接，在二者中間添加 1.5 mm 厚丁基橡膠膩?zhàn)颖∑?，接縫處為 50 mm 寬，在鋼邊止水帶上放聚乙烯發(fā)泡填縫板至結(jié)構(gòu)面 50 mm，上面放 50 mm×50 mm 抗微生物雙組份聚硫密封膏。側(cè)墻做法與底板基本相同，結(jié)構(gòu)完成后進(jìn)行卷材防水，然后側(cè)墻采用 60 mm 厚聚苯乙烯泡沫板作為保護(hù)層，頂板結(jié)構(gòu)完成后做防水卷材施工，在卷材上在附加一層聚氯乙烯（PVC）耐根穿刺防水卷材，在側(cè)墻處向下搭接 500 mm，然后采用 50 mm 厚 C 20 細(xì)石混凝土作為保護(hù)層施工（見(jiàn)圖 6、7）［1-4］。

圖6 變形縫背貼式橡膠止水帶

圖7 變形縫中埋式橡膠止水帶

4.2 變形縫預(yù)埋鋼筋套管內(nèi)填充牛油技術(shù)

側(cè)墻預(yù)埋Φ32×3.5 無(wú)縫鋼管L=300（單側(cè)），橫向以中線為準(zhǔn)左右 50 mm 各一根，豎向間距 400 mm，鋼管內(nèi)填滿牛油，采用長(zhǎng) 600 mm 直徑為 22 鋼筋伸入鋼管內(nèi) 250 mm。

將側(cè)墻所需的無(wú)縫鋼管、橫梁及鋼管內(nèi)填滿牛油備用；根據(jù)側(cè)墻上左、右兩排所需的無(wú)縫鋼管的位置特點(diǎn)，在空地將每?jī)筛殉錆M牛油的無(wú)縫鋼管與一根充滿牛油的橫梁進(jìn)行焊接，每?jī)筛錆M牛油的橫梁用一根充滿牛油的鋼管進(jìn)行焊接，并在端部橫梁焊接預(yù)留鋼管，使無(wú)縫鋼管、橫梁及鋼管處于三項(xiàng)連通狀態(tài)，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)備用；預(yù)埋止水鋼板，將預(yù)埋止水鋼板按設(shè)計(jì)位置與構(gòu)件結(jié)構(gòu)鋼筋焊牢，然后支模板，進(jìn)行第一階段混凝土澆筑。

第一階段混凝土澆筑結(jié)束后，將預(yù)制好的內(nèi)充牛油的處于三項(xiàng)連通狀態(tài)的無(wú)縫鋼管、橫梁和鋼管按照施工要求放在指定位置，開(kāi)始第二階段的澆筑；進(jìn)行混凝土的養(yǎng)護(hù)，待達(dá)到一定的強(qiáng)度后，進(jìn)行下一步的施工工序；當(dāng)墻體一側(cè)出現(xiàn)沉降時(shí)，將離發(fā)生沉降位置較近一側(cè)的預(yù)留鋼管的鋼筋綁帶打開(kāi)，并連接電泵，通過(guò)電泵的能量將預(yù)留鋼管內(nèi)的牛油補(bǔ)償?shù)桨l(fā)生沉降位置處的無(wú)縫鋼管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)補(bǔ)償牛油，從而保證鋼筋的伸縮，進(jìn)而減小進(jìn)一步的沉降；混凝土澆筑完成后管廊在變形縫處側(cè)墻有受力作用但是不固定，能有效地控制結(jié)構(gòu)變形縫處沉降形成裂縫等問(wèn)題（見(jiàn)圖 8）。

圖8 側(cè)墻無(wú)縫鋼管連接效果圖

5 結(jié)語(yǔ)

本次采用先進(jìn)管廊變形縫節(jié)點(diǎn)的三維 BIM 模擬技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)施工外貼式、中埋式多道止水設(shè)施，同時(shí)利用閉孔泡沫板、無(wú)縫鋼管內(nèi)套鋼筋并填充牛油等措施，并放置有鋼筋，使變形縫變成類(lèi)似于鉸接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可以釋放彎矩內(nèi)力并提供部分剪力；將兩根無(wú)縫鋼管用一根橫梁進(jìn)行連接，并用鋼管將所有橫梁進(jìn)行連通，使無(wú)縫鋼管、橫梁及鋼管處于連通狀態(tài)，同時(shí)均充滿牛油，可以實(shí)現(xiàn)鋼筋的伸縮，從而控制了管廊側(cè)墻的豎向變形量，使管廊的豎向沉降控制在一定范圍內(nèi)，不至于造成較大的沉降差，造成變形縫的滲漏；將塑料管兩端連接電泵。當(dāng)一側(cè)墻體發(fā)生沉降時(shí)，通過(guò)電泵提供動(dòng)力，將塑料管內(nèi)的牛油充入到發(fā)生沉降位置處的無(wú)縫鋼管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償式供給，以達(dá)到主動(dòng)控制的目的。

通過(guò)變形縫的優(yōu)化設(shè)計(jì)降低了重載交通下巖溶地區(qū)地下管廊的沉降敏感性，確保了工程的良好工作狀態(tài)，解決了地下綜合管廊工程變形縫處防水問(wèn)題以及結(jié)構(gòu)差異沉降引起結(jié)構(gòu)裂縫等施工難點(diǎn)，滿足了管廊施工主體結(jié)構(gòu)沉降及防水需求。Q