陳小文 姚東方 呂朝乾 聶浩宇

1. 中鐵四局集團(tuán)建筑工程有限公司 安徽 合肥 230022；2. 美國(guó)科羅拉多大學(xué)波爾德分校 美國(guó) 科羅拉多州 波爾德 80303

疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系是根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)將廊體拆分成標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件，將經(jīng)工廠規(guī)?；庸こ尚偷寞B合板預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)拼裝定位后澆筑混凝土形成一個(gè)完整廊體，即采用預(yù)制結(jié)合現(xiàn)澆的方式建設(shè)地下綜合管廊的一種新型結(jié)構(gòu)體系[1-5]。該結(jié)構(gòu)體系經(jīng)試驗(yàn)研究理論分析證明其可靠性，經(jīng)工程實(shí)踐證明其實(shí)用性，能夠達(dá)到等同現(xiàn)澆的施工效果，施工速度快、效率高，節(jié)能環(huán)保，可操作性強(qiáng)，能有效保證工程質(zhì)量。

1 工程概況

?？谑惺菄?guó)家首批地下綜合管廊建設(shè)試點(diǎn)城市之一，目前?？谡诩涌焱七M(jìn)地下綜合管廊建設(shè)，其中標(biāo)準(zhǔn)段管廊占總體管廊建設(shè)的60%～70%。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)段疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系拆分的研究，為管廊建設(shè)提供了技術(shù)支持，提高了生產(chǎn)效率，保障了工程質(zhì)量和工期。

椰海大道西延段管廊東起海榆中線，西至長(zhǎng)天路段，里程樁號(hào)K7＋447.5～K10＋191.6，全長(zhǎng)2 744.1 m，廊體結(jié)構(gòu)為單層雙倉(cāng)。美安四橫路、美安一縱路可采用疊合裝配式結(jié)構(gòu)體系施工的里程樁號(hào)分別為K0＋240～K0＋380（140 m）、K1＋949～K2＋218（269 m）。

2 拆分關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 廊體結(jié)構(gòu)拆分總體設(shè)計(jì)

根據(jù)地下綜合管廊廊體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將管廊拆分為4大構(gòu)件：疊合式雙層外墻板、疊合式雙層中隔墻板、疊合式單層頂板和底板。所有墻體均為雙層板，頂板為單層板。所有疊合板除局部節(jié)點(diǎn)外板厚均為80 mm，疊合板預(yù)制長(zhǎng)度均為3 m。具體說(shuō)明如下：

1）墻體下部與現(xiàn)澆底板連接區(qū)域內(nèi)板刮薄至60 mm，以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接；外墻迎水面頂部與頂板鋼筋連接區(qū)域內(nèi)板刮薄為60 mm，以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接；頂板與頂板連接區(qū)域內(nèi)，先拼裝的頂板在連接區(qū)域內(nèi)板厚刮薄至60 mm，以實(shí)現(xiàn)鋼筋搭接。

2）沿其管廊寬度方向的側(cè)邊設(shè)置的上翻導(dǎo)墻與疊合式雙層墻板連接，底板上翻導(dǎo)墻高度為加腋高度加外墻厚度，此處為彎矩零點(diǎn)附近；上翻導(dǎo)墻與疊合式雙層墻板連接處設(shè)置有止水鋼板。

3）疊合板內(nèi)每600 mm設(shè)置1道桁架筋，保證疊合板在連接和拼裝后滿足設(shè)計(jì)受剪性能要求。

4）疊合式單層頂板通過(guò)U形套箍與疊合式雙層墻板形成暗梁連接；在相鄰2節(jié)管廊的疊合式單層頂板之間和疊合式雙層墻板之間分別設(shè)置凹槽和拼縫，然后相鄰2節(jié)管廊分別通過(guò)設(shè)置在凹槽中的暗梁和拼縫處的暗柱連接，連接后的若干節(jié)管廊通過(guò)整體澆筑形成廊體（圖1）。

2.2 BIM建模和鋼筋碰撞檢查技術(shù)研究

1）通過(guò)Revit軟件建立BIM模型，對(duì)疊合裝配式綜合管廊進(jìn)行排布，根據(jù)排布情況確定預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)量以及預(yù)制混凝土澆筑量（圖2）。

圖1 疊合裝配式三倉(cāng)管廊截面

圖2 通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行疊合板排布

2）通過(guò)BIM模型，對(duì)疊合裝配式管廊進(jìn)行鋼筋碰撞檢查，對(duì)結(jié)構(gòu)拆分進(jìn)一步優(yōu)化（圖3）。

圖3 鋼筋碰撞檢查

2.3 節(jié)點(diǎn)鋼筋連接

預(yù)制結(jié)構(gòu)體最重要的環(huán)節(jié)是節(jié)點(diǎn)連接，而鋼筋連接是節(jié)點(diǎn)連接的重中之重，故而對(duì)節(jié)點(diǎn)處鋼筋連接形式的研究勢(shì)在必行。疊合裝配式管廊共分為6大節(jié)點(diǎn)：外墻板-底板、中隔墻-底板、外墻-頂板、中隔墻-頂板、墻板-墻板、頂板-頂板。其中墻體-底板采用預(yù)留插筋搭接錨固方式，墻體-頂板采用U形套箍連接方式，墻板-墻板連接后置鋼筋籠形成暗柱，頂板-頂板連接后置箍筋和角筋形成暗柱。

1）疊合式雙層外墻板由迎水面面板和背水面面板通過(guò)鋼筋骨架連接組成，迎水面面板相對(duì)于背水面面板的一面的上端和下端的板厚分別變薄形成凹槽，背水面面板標(biāo)高小于迎水面面板標(biāo)高。面板中豎向分布鋼筋呈倒U形布置，水平分布筋呈環(huán)形布置，中間用桁架筋連成整體。疊合式雙層中隔墻板與外墻板形式類似，由2塊面板組成，中間用桁架筋連成整體。疊合式單層頂板為單面板，其上下2層縱向分布筋和水平分布筋均為環(huán)形布置，中間用桁架筋連接（圖4）。

2）中隔墻-頂板與外墻-頂板節(jié)點(diǎn)連接大致相似，節(jié)點(diǎn)連接各呈現(xiàn)T、Γ形，兩側(cè)頂板水平鋼筋呈環(huán)形布置，墻體豎向受力筋呈倒插U形布置，通過(guò)錨固實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接，拼裝完成后，此節(jié)點(diǎn)處綁扎角筋和加腋筋（圖5）。

圖4 疊合板豎向剖面

圖5 上部節(jié)點(diǎn)連接

3）墻體與底板連接采用底板上預(yù)留插筋進(jìn)行搭接錨固，節(jié)點(diǎn)呈L、丄形，其錨固長(zhǎng)度取拆分設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，現(xiàn)澆底板上翻導(dǎo)墻高度為外墻墻厚加腋角高度（圖6）。

圖6 下部節(jié)點(diǎn)連接

4）墻板-墻板連接，在拼裝完成后，于墻體空腔內(nèi)放置成型的鋼筋籠形成暗柱，暗柱長(zhǎng)邊尺寸不小于構(gòu)造暗柱的抗震錨固長(zhǎng)度，短邊尺寸與管廊側(cè)壁現(xiàn)澆部分的厚度一致，以此增加節(jié)點(diǎn)剛度，拼裝縫處鑲嵌橡膠止水條以達(dá)到防水效果。頂板-頂板連接通過(guò)在連接區(qū)域內(nèi)凹槽后置箍筋和角筋形成暗梁，暗梁的長(zhǎng)度根據(jù)拆分設(shè)計(jì)要求確定，高度為頂板水平筋排距；拼裝縫處鑲嵌橡膠止水條以達(dá)到防水效果（圖7）。

2.4 有限元模擬分析技術(shù)研究

圖7 橫向連接

建立ABAQUS損傷塑性模型，該模型當(dāng)中混凝土為單軸拉壓荷載作用下的本構(gòu)關(guān)系，同時(shí)為了讓混凝土單元更好地表現(xiàn)出塑性特性，設(shè)置了混凝土單元的拉伸損傷和壓縮損傷特性。本模型中的鋼筋采用了各向同性彈塑性材料模型，其在多軸應(yīng)力狀態(tài)下滿足Mises屈服準(zhǔn)則，在反復(fù)荷載作用下其強(qiáng)化準(zhǔn)則采用了隨動(dòng)強(qiáng)化模型。拼縫面是預(yù)制結(jié)構(gòu)有別于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的重要特征之一，該拼縫面的處理關(guān)系到有限元模型能否反映預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。拼縫面處的混凝土結(jié)構(gòu)單元在試件的受力全過(guò)程中主要起傳遞壓力、剪力和彎矩的作用?；诖耍B合板預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆的疊合面采用在對(duì)應(yīng)接觸面上設(shè)置接觸單元進(jìn)行模擬（表1）。

表1 有限元參數(shù)

由圖表分析（圖8、表2）可知：

1）有無(wú)加腋時(shí)，疊合裝配式管廊的極限承載力比現(xiàn)澆混凝土綜合管廊低10%～15%，故在拆分過(guò)程中需要適當(dāng)增大疊合裝配式管廊連接鋼筋的面積。

2）取消加腋將使其極限承載力降低約3%。此外，取消加腋將使得綜合管廊在開(kāi)裂后的結(jié)構(gòu)剛度顯著降低，故在拆分過(guò)程中若取消加腋，則需要對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)強(qiáng)。

3 疊合裝配式管廊施工的先進(jìn)性

1）實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化五大變革：手工—機(jī)械、工地—工廠、施工—總裝、農(nóng)民工—產(chǎn)業(yè)工人、技術(shù)工人—操作工人，產(chǎn)能大、自動(dòng)化程度高，可同時(shí)供應(yīng)多條管廊拼裝施工，加快管廊施工進(jìn)度，縮短工期。

2）減少現(xiàn)場(chǎng)支模和鋼筋綁扎作業(yè)量、現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆混凝土工程量，大幅度減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的工人用量，縮短了工期，有利于文明施工和環(huán)境保護(hù)。

圖8 鋼筋混凝土應(yīng)力云圖

表2 極限承載力

3）與整體預(yù)制管廊相比，該體系不僅能夠滿足單倉(cāng)、單層雙倉(cāng)、雙層四倉(cāng)等多種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)斷面形式，而且能實(shí)現(xiàn)非標(biāo)段管廊的預(yù)制裝配建設(shè)。

4）預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，提升了廊體外觀質(zhì)量，可以免裝修；安裝工程的埋件提前預(yù)埋，減少了后期安裝時(shí)的開(kāi)槽工程量，加快了設(shè)備安裝的進(jìn)度。

4 結(jié)語(yǔ)

疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系能夠起到方便施工、降低成本的效果，同時(shí)提高了管廊結(jié)構(gòu)的防水質(zhì)量、減少了安全風(fēng)險(xiǎn)；管廊混凝土澆筑不依賴于模板，節(jié)約木工作業(yè)人員投入，縮短工期、降低成本，且連接簡(jiǎn)單，運(yùn)輸方便，組裝快捷，可大大提高過(guò)程中的施工效率；在實(shí)施時(shí)，可以免去模板支架作業(yè)，大大降低傳統(tǒng)支架在施工過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，節(jié)能環(huán)保，符合綠色施工的理念；管廊內(nèi)受力主筋均預(yù)埋于預(yù)制構(gòu)件內(nèi)，減少現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎工作量，降低投入，縮短工期。本研究可以作為預(yù)制疊合板施工標(biāo)準(zhǔn)化案例，為以后其他預(yù)制疊合板施工提供參考，為國(guó)家預(yù)制裝配式管廊規(guī)范的編制提供有力依據(jù)。