疊合板式拼裝綜合管廊抗震性能與施工制作關鍵技術
——以宇輝集團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.同濟大學土木工程學院 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，各預制板之間通過后澆混凝土疊合層連接成整體的預制拼裝綜合管廊［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］。得益于板式預制構件在運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用最廣泛的預制拼裝綜合管廊結構型式［4－6］。宇輝集團與同濟大學在國內(nèi)較早開展了疊合板式拼裝綜合管廊結構抗震性能以及施工與制作關鍵技術研究，并開展了大量的工程應用。

1 疊合板式拼裝綜合管廊結構體系簡介

1.1 總體方案

宇輝集團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制板、下層后澆疊合層的構造，單面疊合頂板采用下層預制板、上層后澆疊合層的構造。雙面疊合側(cè)壁的內(nèi)、外側(cè)預制板之間通過桁架鋼筋連接，單面疊合底板和頂板的預制板中預埋了桁架鋼筋以增強預制板與后澆疊合層之間的整體性。

圖1 宇輝集團疊合板式拼裝綜合管廊結構示意Fig.1 YUHUI precast concrete utility tunnel composed of composite slabs

1.2 連接構造

疊合板式拼裝綜合管廊的連接構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造如圖2a所示，采用底板預留插筋的連接構造，并在壁板內(nèi)預留螺旋箍筋以增強粘結，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)的連接構造。

在縱向，疊合板式拼裝綜合管廊的連接構造主要包括側(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)壁縱向連接構造如圖3a所示，預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造如圖3b所示，預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造如圖3c所示，預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 橫向連接構造Fig.2 Details of connections in the transverse section

圖3 縱向連接構造Fig.3 Details of connections in the longitudinal direction

2 抗震性能試驗研究

針對本文介紹的疊合板式拼裝綜合管廊，同濟大學系統(tǒng)開展了節(jié)點與整體結構層次的足尺模型低周反復荷載試驗，對其抗震性能進行了較為系統(tǒng)的研究［7］。

2.1 節(jié)點抗震性能試驗研究

開展了6個中節(jié)點和8個邊節(jié)點足尺模型的低周往復荷載試驗［7］。試驗參數(shù)包括：節(jié)點位置（上部節(jié)點、下部節(jié)點）、腋角構造（有腋角、無腋角）、雙面疊合側(cè)壁與單面疊合頂板、底板的鋼筋連接構造（U型出筋、U型插筋、L型插筋）等。所有試件的預制構造與節(jié)點連接構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)點的破壞形態(tài)均為側(cè)壁端部受彎破壞。

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

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

2.2 整體結構抗震性能試驗研究

通過綜合管廊整體結構足尺模型的低周反復荷載試驗，對疊合板式拼裝綜合管廊的抗震性能進行了較為系統(tǒng)的研究［7］。圖6所示為疊合板式拼裝綜合管廊和相應的現(xiàn)澆綜合管廊整體結構的破壞形態(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的現(xiàn)澆綜合管廊整體結構的滯回曲線，可見：①疊合板式拼裝綜合管廊整體結構的滯回曲線與相應的現(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構的承載力略高于相應的現(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構的延性為3.0，與相應的現(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構能夠?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 整體結構滯回曲線Fig.7 Hysteresis loops of whole structure specimens

3 施工關鍵技術

3.1 構件安裝關鍵技術

從施工工藝的總體流程來看，疊合板式拼裝綜合管廊的構件安裝順序為單面疊合底板安裝、雙面疊合側(cè)壁安裝、單面疊合頂板安裝。各構件安裝的關鍵技術總結如下：

1.單面疊合底板安裝

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

在疊合底板安裝過程中，應注意采取以下技術措施保證安裝質(zhì)量和安裝精度：①應用測量工具按基準線放出施工段內(nèi)所有構件輪廓線于墊層上；②墊層上輪廓線內(nèi)應安放底板精平鐵板；③底板吊至安裝位置上部1m左右時，應校正底板的安裝大致位置后方可下落；④在構件輪廓線相鄰兩邊，安裝人員應采用直角安放對準架指揮吊車扶正底板；⑤底板下落，應配合水準儀調(diào)整底板上表面至設計標高，并墊平就位；⑥穿設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）可總結為：墊層上抄平放線→安裝側(cè)壁構件→安裝側(cè)壁構件→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綁扎→側(cè)壁操作口帶支?！鷺嫾g縫隙用與側(cè)壁混凝土同等級的水泥砂漿進行封堵→進入下道工序。

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

②側(cè)壁安裝就位后，應復核標高、軸線，并安裝固定斜撐。雙斜撐長桿位置設置于側(cè)壁2／3處，支撐與水平線夾角在55°～65°之間，每塊墻板設置不少于2個支撐；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)壁后澆帶應采用工具式模板，并采用預埋螺栓固定，模板間縫隙用膠帶粘貼，避免澆筑混凝土時漏漿。

3.單面疊合頂板安裝

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

在疊合頂板安裝過程中，一般通過以下技術措施保證安裝質(zhì)量和安裝精度：①雙面疊合側(cè)壁安裝完成后，按設計位置支設頂板支撐專用三角架支撐，每塊預制板支撐不少于4個且其步距不大于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件接觸處50mm范圍內(nèi)粘貼防漏漿膠帶，腋角模板隨頂板構件安裝進行相鄰頂板構件間和頂板構件的安裝；③頂板吊裝就位，過程中應采用支撐上的微調(diào)器調(diào)節(jié)標高，確保達到設計標高要求；④安裝完畢后，用鼓風機清理后澆帶及頂板構件上雜物。

3.2 后澆疊合層施工關鍵技術

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免振自密實混凝土，并要求坍落度達到260±20mm、擴展度達到700±50mm，具體技術要求見表1。

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

在后澆疊合層自密實混凝土澆筑過程中，底板通過預制板上預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，待混凝土自密實后，在進行后續(xù)澆筑。澆筑側(cè)壁的后澆疊合層時，一般按500mm高度控制依次進行澆筑。完成側(cè)壁后澆疊合層澆筑后，再進行頂板后澆疊合層的澆筑。后澆疊合層澆筑過程中，預留同條件養(yǎng)護試塊，支撐在頂板同條件試塊強度達到設計強度的100%時才能拆除。

4 構件制作關鍵技術

4.1 鋼筋工程

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

4.2 構件成型技術

疊合板式拼裝綜合管廊預制構件的模具應充分考慮腋角構造。構件制作設備應通過PMS生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行統(tǒng)籌控制，應采用劃線機進行底模具上自動劃線，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，混凝土布料機進行混凝土自動布料，通過低噪振動臺進行構件振搗，構件振搗密實后，底模具系統(tǒng)自動行走至立體養(yǎng)護窯間通過抓鉤堆垛機進入立體養(yǎng)護窯進行自動養(yǎng)護，構件混凝土強度達到設計強度的75%后自動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)護側(cè)壁的一側(cè)預制板再經(jīng)過翻轉(zhuǎn)機工序加工養(yǎng)護而成。

5 工程應用情況簡介

自2015年以來，宇輝集團疊合板式拼裝綜合管廊已廣泛應用于哈爾濱、廈門、合肥、泰州等地的綜合管廊建設，總建設里程超過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，標準段及引出節(jié)點處均采用了疊合板式拼裝綜合管廊，最大橫截面尺寸達到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準段及引出節(jié)點處均有應用，標準段的最大截面尺寸達到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，在標準段和引出節(jié)點處均采用了疊合板式拼裝綜合管廊，標準段的最大截面尺寸達到4.1m（寬）×3.85m（高），采用的是單艙橫截面型式。

6 結語

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)點以及綜合管廊整體結構的低周反復荷載試驗結果表明，疊合板式拼裝綜合管廊具有良好的抗震性能。

3.通過合理確定預制構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)模推廣應用提供參考。