李澤佳,陳位洪
(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣州510010)
在國(guó)內(nèi)市政工程建設(shè)中,由于傳統(tǒng)埋設(shè)管道占用道路下方地下空間較多。同時(shí)管道的埋設(shè)往往滯后于道路的建設(shè)。導(dǎo)致道路及相關(guān)工程完工后,頻繁開(kāi)挖現(xiàn)狀道路埋設(shè)市政管道。一方面影響道路的正常使用,另一方面也帶來(lái)噪音、揚(yáng)塵等環(huán)境污染。同時(shí)也引起群眾對(duì)城區(qū)建設(shè)使用環(huán)境的不滿。
部分早年建設(shè)的市政管道工程,在長(zhǎng)期高負(fù)荷使用下,出現(xiàn)故障。受限于現(xiàn)狀使用條件,無(wú)法徹底返修,影響市政工程服務(wù)水平。
有鑒于此,我國(guó)一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市,開(kāi)始借鑒國(guó)外先進(jìn)的市政管線建設(shè)和維護(hù)方式,嘗試進(jìn)行綜合管廊工程的建設(shè)。先行先試,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
綜合管廊,又稱為地下共同溝(或者地下綜合管溝),主要是在地下建設(shè)集約化管道,將多種市政管線(如電力、通訊、上下水等)集于一體,并且設(shè)置專門的吊裝口、檢修口和檢測(cè)控制系統(tǒng)[1]。
發(fā)展城市綜合管廊,可以集約利用城市建設(shè)用地,提高城市工程管線建設(shè)安全和標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)籌安排市政工程管道在綜合管廊內(nèi)的敷設(shè)[2]。保證城市綜合管廊工程建設(shè)做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全適用。
綜合管廊的市政道路鋪設(shè)與傳統(tǒng)鋪設(shè)方式相比初期投資較高,但是,由于涉及壽命長(zhǎng),運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低,兩者總體造價(jià)基本相當(dāng)[3]。
現(xiàn)階段,在國(guó)內(nèi)工程中,綜合管廊的預(yù)制技術(shù)主要為管廊主體結(jié)構(gòu)全預(yù)制。在預(yù)制構(gòu)件廠內(nèi),定制生產(chǎn)全預(yù)制管廊構(gòu)件,然后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng),在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施安裝。亦有相關(guān)工程案例,為減低運(yùn)輸費(fèi)用及運(yùn)輸難度,就近在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置預(yù)制構(gòu)件廠,就地制作、就地安裝,也取得了良好的工程經(jīng)濟(jì)效益及工程質(zhì)量。全預(yù)制綜合管廊安裝示意如圖1所示。
圖1 全預(yù)制綜合管廊安裝示意圖Fig.1 Full Prefabricated Integrated Pipe Gallery Installation Diagram
對(duì)比于現(xiàn)澆管廊結(jié)構(gòu),全預(yù)制裝配式綜合管廊結(jié)構(gòu),具有巨大的優(yōu)勢(shì)。
⑴以全預(yù)制構(gòu)件為主體的管廊結(jié)構(gòu),可采用更高強(qiáng)度的材料,減少截面尺寸、降低主體結(jié)構(gòu)材料的消耗和使用。
⑵全預(yù)制管廊結(jié)構(gòu)構(gòu)件具備良好的結(jié)構(gòu)質(zhì)量,主體結(jié)構(gòu)抗腐蝕能力強(qiáng),結(jié)構(gòu)使用壽命較一般現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)長(zhǎng)。
⑶全預(yù)制管廊可根據(jù)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化制作,不受外界自然環(huán)境的影響,可以在計(jì)劃生產(chǎn)期間保證管廊結(jié)構(gòu)的批量化生產(chǎn)。
⑷全預(yù)制管廊構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工,采用機(jī)械化更高的作業(yè)模式。可大幅度提高生產(chǎn)效率,減少施工作業(yè)時(shí)間及降低單位建設(shè)成本。
⑸全預(yù)制管廊的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)可以保證預(yù)制構(gòu)件的尺寸精準(zhǔn)性,也可以保證全預(yù)制綜合管廊在安裝施工中的準(zhǔn)確性。提高工程質(zhì)量。
⑹全預(yù)制綜合管廊預(yù)制構(gòu)件制作中,不需要周轉(zhuǎn)施工材料、不需要使用大量的材料堆放場(chǎng)地。制作生產(chǎn)時(shí)間可以大幅度地降低。在一定的生產(chǎn)制作條件下,可以有效減少全預(yù)制綜合管廊的生產(chǎn)成本。
根據(jù)全預(yù)制管廊構(gòu)件規(guī)格和施工運(yùn)輸條件限制,當(dāng)前我國(guó)的城市綜合管廊鋼筋混凝土全預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)形式分為工廠化生產(chǎn)模式和移動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)預(yù)制模式。在工廠化生產(chǎn)模式中,根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同,有臺(tái)座法預(yù)制生產(chǎn)和流水線預(yù)制生產(chǎn)的區(qū)別。相關(guān)技術(shù)應(yīng)用在多項(xiàng)工程中已日臻成熟。
全預(yù)制綜合管廊項(xiàng)目受制于構(gòu)件的運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性、安全性。相對(duì)于綜合管廊大型的全預(yù)制構(gòu)件,工廠化的制作顯得十分臃腫。一般的預(yù)制場(chǎng)均遠(yuǎn)離市區(qū),據(jù)此產(chǎn)生大量的運(yùn)輸費(fèi)用及運(yùn)輸安全性考量。
基于上述情況,施工單位創(chuàng)造性地推出了移動(dòng)的生產(chǎn)形式。移動(dòng)生產(chǎn)形式類似于游牧。制作生產(chǎn)場(chǎng)地根據(jù)安裝生產(chǎn)要求,隨工程的施工移動(dòng)而移動(dòng)。類似于綜合管廊安裝這樣的長(zhǎng)條形工程,可以有機(jī)結(jié)合施工周邊的場(chǎng)地或中、小型臨時(shí)場(chǎng)地,建立可移動(dòng)的全預(yù)制管廊生產(chǎn)設(shè)施。將生產(chǎn)全預(yù)制管廊構(gòu)架所需要的設(shè)備、材料、模塊等直接運(yùn)到項(xiàng)目的施工現(xiàn)場(chǎng)周邊,現(xiàn)場(chǎng)下料、制作、根據(jù)需求養(yǎng)護(hù)、拆模、成品吊裝,最后將預(yù)制成品就近運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場(chǎng),完成安裝作業(yè)。然后待當(dāng)前區(qū)域的施工完成后,再分解生產(chǎn)裝備,隨工作進(jìn)度移動(dòng)到下一施工場(chǎng)地。周而復(fù)始,直至施工完成。如此考量,如能合理安排施工次序,可大幅降低全預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸費(fèi)用,降低成本,提高效率。
區(qū)別于現(xiàn)澆鋼筋混凝土管廊工程,預(yù)制綜合管廊施工中,應(yīng)特別注意主體結(jié)構(gòu)防水施工、構(gòu)件間的連接施工、預(yù)制構(gòu)件的制作施工、預(yù)制構(gòu)件的安裝施工。
綜合管廊防滲的原則是“以防為主,防、排、截、堵相結(jié)合,剛?cè)嵯酀?jì),因地制宜,綜合治理”。通過(guò)采用防水混凝土、合理的混凝土級(jí)配、優(yōu)質(zhì)的外加劑、合理的結(jié)構(gòu)分縫、科學(xué)的細(xì)部設(shè)計(jì)來(lái)解決綜合管廊鋼筋混凝土主體的防滲[4]。
根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求,全預(yù)制綜合管廊的防水等級(jí)為:二級(jí)。不允許漏水,但結(jié)構(gòu)表面可有少量濕漬。參考《地下工程防水技術(shù)規(guī)范:GB 50108-2008》表3.2.1,地下工程防水標(biāo)準(zhǔn)、地下綜合管廊工程防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí),總濕漬面積不應(yīng)大于總防水面積的1/1000,任意100 m2防水面積上的濕漬不超過(guò)1處,單個(gè)濕漬的最大面積不大于0.1 m2[5]。
一般在國(guó)內(nèi)的綜合管廊工程中,常規(guī)的防水做法為:在表面刷聚氨酯防水涂料,然后抹水泥砂漿隔離層,再在水泥砂漿隔離層上貼防水卷材外包,并在綜合管廊兩側(cè)再抹一層水泥砂漿保護(hù)層,在管溝頂部敷設(shè)鋼筋網(wǎng),澆筑10 cm的細(xì)石子混凝土保護(hù)層[6]。
綜合管廊的防水涂層在施工前應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作:首先確?;炷两Y(jié)構(gòu)表面的干凈及平整。然后保證無(wú)浮漿及積水。同時(shí),防水涂層施工應(yīng)盡量避免在下雨天及大風(fēng)、烈日、暴曬等一系列的不良天氣條件下施工。防水涂層在固化前如果發(fā)生降雨也不得搶前施工。
預(yù)制管廊接縫處采用2道橡膠圈止水,內(nèi)外縫雙組份聚硫密封膠止水,外側(cè)采用卷材防水(防止植物根莖刺穿或鼠咬需要),共5道或6道防水。
據(jù)規(guī)范的相關(guān)要求。綜合管廊拼縫防水應(yīng)采用預(yù)制成型的彈性密封墊為主要防水措施,彈性密封墊的界面應(yīng)力不低于1.5 MPa[7]。
預(yù)制綜合管廊接縫處防水做法示意如圖2所示。
圖2 預(yù)制綜合管廊接縫處防水做法示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Waterproofing of Prefabricated Integrated Pipe Joints
預(yù)制綜合管廊構(gòu)件間的連接可靠性決定了整個(gè)工程的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。故無(wú)論總設(shè)計(jì)還是施工,均應(yīng)選取可靠的連接方式,以保證工程質(zhì)量的順利實(shí)現(xiàn)。
橫向和縱向接頭對(duì)荷載傳遞路徑至關(guān)重要,影響到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的合理性[8]。全預(yù)制拼裝綜合管廊的連接方式是綜合管廊接口防水密封可靠的主要因素之一,綜合管廊的拼裝連接應(yīng)保證:
⑴全預(yù)制綜合管廊在設(shè)計(jì)使用周期過(guò)程中接口密封性的可靠;
⑵全預(yù)制綜合管廊的連接方式必需滿足施工單位采用的施工工藝的要求,可用于開(kāi)挖施工工藝,也可適用于非開(kāi)挖頂進(jìn)施工;
⑶連接方式簡(jiǎn)單,便于制造,成本可控。
帶縱向鎖緊裝置的連接為縱向串接方式。
帶縱向鎖緊裝置的連接是把每節(jié)管廊連接成整體,在綜合管廊四角預(yù)留穿筋孔道,管節(jié)安裝時(shí)穿入高強(qiáng)PC鋼棒或無(wú)粘接鋼絞線,經(jīng)張拉鎖緊管節(jié)串聯(lián)成有一定鋼度的整體管廊,用以抗御基礎(chǔ)不均勻沉降(見(jiàn)圖3)。
圖3 縱向串接方式Fig.3 Vertical Serial Connection
柔性承插式接口連接方式,是管廊插口段插入承口進(jìn)行連接,不需要PC鋼棒或鋼絞線張拉鎖緊,靠承插口之間橡膠圈壓縮變形讓管節(jié)串聯(lián)成一個(gè)整體,由于各管節(jié)之間柔性連接,這種方式最抗御基礎(chǔ)不均勻沉降,承插口位移和轉(zhuǎn)角均可更大(見(jiàn)圖4)。
圖4 柔性承插式接口連接Fig.4 Flexible Socket Interface
膠接接頭+預(yù)應(yīng)力張拉連接,是在兩節(jié)端面之間涂抹一層10~20 mm厚高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠,用預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉把管節(jié)串聯(lián)成一個(gè)整體管廊,用以抗御基礎(chǔ)不均勻沉降。高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠固化后即牢牢的粘接相鄰管廊,并可以起到管節(jié)接口的密封(見(jiàn)圖5)。
圖5 膠接接頭+預(yù)應(yīng)力張拉連接Fig.5 Adhesive Joint+prestressed Tension
膠接預(yù)應(yīng)力接頭對(duì)橡膠止水帶質(zhì)量和耐久性要求相對(duì)較低,全生命周期保障度較好,對(duì)小半徑平、豎曲線段實(shí)施難度較大,安裝工序較復(fù)雜;對(duì)于大斷面、復(fù)雜斷面形式預(yù)制管廊可優(yōu)先考慮采用[9]。
上述3種全預(yù)制拼裝方式均為國(guó)內(nèi)較常用的預(yù)制拼裝形式。施工中,均應(yīng)合理安排好現(xiàn)場(chǎng)施工組織次序、優(yōu)化工期。保證整個(gè)預(yù)制管廊工程流轉(zhuǎn)正常,順利推進(jìn)。
全預(yù)制綜合管廊構(gòu)件的制作一般分為兩類。一類為臥式整體澆筑、另一類為立式整體澆筑。兩種澆筑形式各有利弊,分別適用于不同的全預(yù)制構(gòu)件截面制作需求。
臥式整體澆筑(見(jiàn)圖6):⑴安裝面均由模具成型,精度高;⑵底板頂面產(chǎn)生的蜂窩狀缺陷,澆筑完后通過(guò)人工抹平確保構(gòu)件質(zhì)量。
圖6 臥式整體澆筑示意圖Fig.6 Horizontal Integral Pouring
立式整體澆筑方式(見(jiàn)圖7):⑴縮短了豎向模板的高度,降低模具的損壞率,保證混凝土的澆筑質(zhì)量;⑵位于澆筑頂面位置的承插口部容易形成的蜂窩狀缺陷可通過(guò)人工抹平;⑶此種方式適用于橫斷面比較大的構(gòu)件,例如管廊的特殊節(jié)點(diǎn)部。
圖7 立式整體澆筑Fig.7 Vertical Integral Pouring
兩種全預(yù)制構(gòu)件分別配套推拉式澆筑管廊模具或內(nèi)??刹鹧b臥式澆筑模具。施工中,應(yīng)結(jié)構(gòu)自身技術(shù)特點(diǎn)及構(gòu)件斷面類型,采用匹配的施工制作工藝。以滿足不同管廊的技術(shù)要求。
安裝預(yù)制構(gòu)件時(shí),一般采用龍門吊或汽車吊作為吊裝機(jī)械。兩種吊裝形式均能滿足吊裝要求。
其中汽車吊吊裝工藝順序如下:機(jī)械就位→警戒布置→預(yù)制管廊吊裝→吊裝下溝槽定位→摘勾,收臂。
汽車吊吊裝工藝要求如下:
⑴汽車吊支腿下應(yīng)墊放鋼板以分散吊裝荷載,確保地基承載力滿足吊裝要求;
⑵管廊溝槽應(yīng)有穩(wěn)固可靠的支護(hù)系統(tǒng),避免吊裝時(shí)地面超載引起溝槽邊坡整體失穩(wěn);
⑶吊機(jī)主臂旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不應(yīng)存在房屋、樹(shù)木、高壓線等影響吊裝的物體。
龍門吊吊裝工藝順序如下:吊裝前龍門吊及吊具的檢查及維護(hù)→構(gòu)件運(yùn)輸,進(jìn)入基坑吊裝范圍→現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員在墊層頂面測(cè)放管廊軸線和構(gòu)件中→在插口面凹槽處粘貼好楔形密封條,掛鉤,起吊→以構(gòu)件的中心線對(duì)準(zhǔn)墊層頂面中軸線,定位→手拉葫蘆輔助就位。
龍門吊吊裝工藝要求如下:
⑴在管廊兩側(cè)各約1 m位置夯實(shí)基礎(chǔ),鋪設(shè)枕木和軌道,安裝龍門吊,軌道基礎(chǔ)應(yīng)滿足吊裝荷載要求;
⑵修筑施工便道,使運(yùn)輸預(yù)制管廊的車輛進(jìn)入龍門吊吊裝范圍。由于荷載較重,為確保安全,要求進(jìn)入基坑的坡道碾壓密實(shí),且平面曲線半徑不小于60 m,坡度不大于10°。
隨著國(guó)內(nèi)的光纖應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,光纖技術(shù)已大范圍地運(yùn)用于傳感技術(shù)領(lǐng)域,組成了現(xiàn)在的光纖應(yīng)用傳感技術(shù)。這種新穎的技術(shù)目前已大量運(yùn)用于現(xiàn)在的傳輸領(lǐng)域,依托光纖技術(shù)進(jìn)行高速的信息傳輸。基于光纖技術(shù)應(yīng)用的傳輸頻率、波長(zhǎng)、波寬等光纖物理因素的實(shí)現(xiàn)來(lái)信息的傳輸變化。基于其高效率、精準(zhǔn)度的屬性,光纖應(yīng)用技術(shù)也慢慢應(yīng)用到全預(yù)制綜合管廊結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)之中。這種新穎的健康監(jiān)測(cè)技術(shù),具有十分高的技術(shù)含量,可以在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中十分準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)出全預(yù)制綜合管廊的實(shí)際負(fù)荷量。
在當(dāng)前已竣工及在建工程中,光纖應(yīng)用技術(shù)的操作十分方便。在制作全預(yù)制綜合管廊的構(gòu)件時(shí),將相關(guān)的光纖傳感器植入主體結(jié)構(gòu)中。根據(jù)設(shè)計(jì)需求,合理、科學(xué)地鋪設(shè)埋置點(diǎn),進(jìn)而組成一整個(gè)完整的綜合管廊健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。施工完成后,綜合管廊的健康監(jiān)測(cè)中心就可以根據(jù)感應(yīng)器傳回的數(shù)據(jù),得出主體結(jié)構(gòu)關(guān)于受力、結(jié)構(gòu)裂縫等后期檢測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)中心就可以對(duì)綜合管廊的實(shí)際健康情況作出全方位的準(zhǔn)確的判斷。全方位地了解結(jié)構(gòu)是否存在質(zhì)量情況及結(jié)構(gòu)損傷,及時(shí)解決問(wèn)題。
綜上所述,光纖技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用十分先進(jìn)。但是由于光纖應(yīng)用技術(shù)設(shè)備的造價(jià)相對(duì)高昂,在實(shí)際應(yīng)用中受限于經(jīng)濟(jì)效益,推廣并不十分廣泛。
結(jié)合我國(guó)的工程實(shí)際情況,有一種新興發(fā)展而成的壓電傳感健康監(jiān)測(cè)方法。壓電傳感健康監(jiān)測(cè)方法的技術(shù)關(guān)鍵在于壓電傳感器及壓電傳感器上發(fā)生的壓電效應(yīng)。壓電傳感器上發(fā)生的壓電效應(yīng)是由于壓電介質(zhì)在外力外下發(fā)生變形,繼而產(chǎn)生一定量的電位變化,進(jìn)而產(chǎn)生電信號(hào)。電信后隨后通過(guò)網(wǎng)絡(luò),傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)壓電傳感器上的電位差的變化,定位出結(jié)構(gòu)的受力位置及分析出受力情況。整個(gè)數(shù)據(jù)分析過(guò)程均依賴于電腦分析,人工介入程度低,準(zhǔn)確率高。同時(shí),亦十分依賴于壓電傳感器的靈敏度。該壓電傳感器的網(wǎng)絡(luò)布置亦如光纖感應(yīng)器一樣,依據(jù)構(gòu)件的分布進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布置,務(wù)必要形成一個(gè)完成的數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)形成后,可以十分智能地監(jiān)測(cè)出結(jié)構(gòu)的健康情況。哪怕是極其細(xì)微的結(jié)構(gòu)裂縫及形變,都可以十分靈敏的監(jiān)測(cè)到。
同時(shí),該技術(shù)對(duì)一些發(fā)展中的形變、裂縫、應(yīng)力亦可十分便捷地感應(yīng)到,從而反饋給數(shù)據(jù)中心。正是由于這種技術(shù)的良好的發(fā)展?jié)摿?,該技術(shù)必將在綜合管廊監(jiān)測(cè)中占有重要的地位。
綜合管廊壓電傳感健康監(jiān)測(cè)技術(shù),目前在使用過(guò)程中仍然存在不少的缺陷和技術(shù)問(wèn)題。比如壓電傳感器重的壓電材質(zhì)的使用就是一個(gè)關(guān)鍵。因?yàn)樵陂L(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)使用中,壓電材質(zhì)需抵抗腐蝕及維持良好的性能。性能不能隨時(shí)間的推移而發(fā)生下降。如性能下降勢(shì)必影響監(jiān)測(cè)的精度及監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。所以,一些較為核心的技術(shù)難題,還需要相關(guān)的研發(fā)和完善,才能將該項(xiàng)技術(shù)十分成熟地應(yīng)用于綜合管廊健康監(jiān)測(cè)之中。
預(yù)制綜合管廊在工廠生產(chǎn),機(jī)械化、自動(dòng)化程度高,生產(chǎn)條件好,工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。其產(chǎn)生的噪音、粉塵有治理措施,不會(huì)影響周邊環(huán)境[10]。
預(yù)制綜合管廊工程作為我們現(xiàn)階段的重點(diǎn)工程。應(yīng)特別注意施工中的各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)及監(jiān)測(cè)要點(diǎn)。總結(jié)已有的工程經(jīng)驗(yàn),為未來(lái)的各項(xiàng)工程打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)儲(chǔ)備。不管是施工還是監(jiān)測(cè),均應(yīng)做到科學(xué)合理,以期保證工程的順利展開(kāi)。