黃國蘇

(廈門市市政工程設(shè)計院有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

預(yù)制混凝土綜合管廊，在生產(chǎn)質(zhì)量、文明施工、施工工期、防水效果、社會效益等方面有突出的優(yōu)勢，在城市綜合管廊工程建設(shè)中受到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建質(zhì)函〔2016〕89號文“關(guān)于印發(fā)《2016年國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計編制工作計劃》的通知”要求，由廈門市市政工程設(shè)計院有限公司、中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院有限公司，同有關(guān)單位新編國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集《預(yù)制混凝土綜合管廊》[1](圖集編號18GL204，已于2018年7月1日實施)。以期促進(jìn)預(yù)制混凝土綜合管廊設(shè)計、施工的規(guī)范化程度，進(jìn)一步推動預(yù)制混凝土綜合管廊技術(shù)的實踐和發(fā)展。本文擬介紹國標(biāo)圖集《預(yù)制混凝土綜合管廊》中納入的當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛、效果較好的幾種預(yù)制管廊連接工藝。

1 預(yù)制管廊切分形式

預(yù)制混凝土綜合管廊的切分形式，由綜合管廊的斷面尺寸、入廊管線類型、預(yù)制場地條件、模具設(shè)備類型、吊裝及運輸設(shè)備、施工工藝等條件綜合確定。

預(yù)制管廊的切分形式主要有：僅縱向切片、縱橫向切片、其他(如盾構(gòu)管片等)，國標(biāo)圖集《預(yù)制混凝土綜合管廊》中納入僅縱向切片的形式。預(yù)制管件切分得越小，雖然在制作、吊裝和運輸?shù)确矫嬗欣?，但增加的拼縫，對預(yù)制管廊的結(jié)構(gòu)受力、防水效果、耐久性等方面帶來不利的影響。因此，預(yù)制管件的尺寸及重量，在滿足生產(chǎn)、吊裝、運輸能力的情況下，盡量減少預(yù)制管件的拼縫。

2 柔性承插式接頭

(1)柔性承插接頭

采用承插式連接、雙膠圈密封實現(xiàn)預(yù)制節(jié)段拼裝的接頭型式。拼裝方便、快捷，接縫的密封性能好，接頭對位移或轉(zhuǎn)角具有一定的適應(yīng)性，如圖1所示。

圖1 插口工作面雙膠圈接頭

(2)約束方式

柔性承插接頭，僅采用承插接頭約束，沒有附加其他約束措施，可適應(yīng)相鄰管節(jié)一定范圍內(nèi)的相對位移和轉(zhuǎn)角。

(3)密封型式

采用插口工作面雙膠圈的型式，兩道膠圈均位于插口工作面上，實現(xiàn)防水雙保險；并配合設(shè)置在兩道膠圈之間的檢測孔，實現(xiàn)施工安裝過程中的可檢驗性，保障每個接頭的橡膠圈均正確安裝，接頭具有可靠的密封性。運營階段因過大的不均勻沉降導(dǎo)致接頭漏水時，利用檢測孔注入密封材料，密封材料固化后形成二次柔性防水，作為接頭的防水補(bǔ)救措施，如表1所示。

表1 柔性承插式接頭密封型式

(4)密封圈形狀及材料

密封圈形狀宜采用楔形，楔形橡膠圈的底邊緊貼插口工作面，楔形膠圈與插口工作面的接觸面積大于與承口的接觸面積，并配合潤滑膏等措施，保證承插安裝時膠圈不偏移。通過控制承插口兩個端面的間隙達(dá)到預(yù)設(shè)寬度，即表示安裝到位。密封圈的材料推薦采用彈性橡膠，彈性橡膠圈耐久性較好，且彈性橡膠的硬度較大，可以避免橡膠圈在安裝的過程中出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和偏移的現(xiàn)象。

(5)工作面構(gòu)造設(shè)計

采用插口工作面雙膠圈的接頭，承插口工作面宜設(shè)計雙臺階及小角度坡面，可加大承口端部內(nèi)緣和插口端部外緣之間的間隙，有利于承插安裝時對準(zhǔn)，提高安裝效率。工作面雙臺階構(gòu)造，兩道膠圈分別置于兩個臺階，利于控制兩道膠圈的位置和間距。

工作面宜設(shè)置不大于4°的小角度坡面[2]，如圖2所示，有利于在承插安裝過程中壓縮彈性橡膠圈至預(yù)設(shè)壓縮率。插口工作面雙膠圈采用的彈性橡膠(氯丁橡膠或三元乙丙橡膠)硬度均較大(45°～65°)，在同樣的頂推力作用下，小角度的坡面構(gòu)造有利于提供更大的擠壓力，利于安裝就位。

工作面設(shè)置小角度坡面，有利于降低膠圈壓縮率與位移和轉(zhuǎn)角的敏感性。圖2、圖3分別表示工作面坡度為4°和工作面坡度為10°的接頭。假設(shè)同時發(fā)生50mm位移，坡度為4°工作面間隙，由預(yù)設(shè)的20mm變化為23mm；坡度為10°工作面間隙，由預(yù)設(shè)20mm變化為29mm。由此可見，工作面角度越小，位移對膠圈壓縮率的影響越小，如圖3所示。

圖2 工作面坡度為4°

圖3 工作面坡度為10°

工作面預(yù)設(shè)間隙、接頭長度由設(shè)計確定。工作面預(yù)設(shè)間隙一般為20mm，預(yù)設(shè)間隙的大小與管廊尺寸有關(guān)，如果管廊的尺寸越大，接頭的尺寸公差也越大，需要選擇大的工作面間隙和大的膠圈斷面。承插口接頭長度由膠圈寬度、膠圈間距、端面預(yù)設(shè)間隙確定，一般為150mm～200mm，如圖4所示。

圖4 插口工作面雙膠圈接頭細(xì)部尺寸

柔性承插接頭按環(huán)向形狀分為Ⅰ型、Ⅱ型。

Ⅰ型接頭為矩形，僅在4個角做圓弧倒角。這種接頭的模具制作比較簡單，但膠圈套上插口工作面后，底邊膠圈在重力作用下會出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，膠圈伸長率出現(xiàn)不均勻，一般會采用膠把底邊的膠圈粘在工作面上。

Ⅱ型接頭為弧形接頭，由4段大圓弧配合4段圓弧倒角組成，弧形的接頭構(gòu)造可增加膠圈與插口工作面的徑向抱箍力，膠圈與工作面緊密貼合，提高接頭的防水效果和適應(yīng)變形能力。

3 縱向鎖緊承插式接頭

(1)縱向鎖緊承插式接頭

采用機(jī)械緊固、雙膠圈密封實現(xiàn)預(yù)制管廊拼裝的接頭型式。管廊節(jié)段之間采用承插式接頭，利用連接鋼筋實現(xiàn)縱向連接并鎖緊，如圖5～圖6所示。

圖5 端面雙膠圈接頭

圖6 插口工作面+端面雙膠圈接頭

(2)約束方式

縱向鎖緊承插式接頭采用承插接頭約束，并輔以縱向機(jī)械緊固措施。與柔性承插接頭相比，增加了縱向的鎖緊措施，限制管節(jié)之間縱向的相對位移，由柔性變成了剛性。

(3)密封型式

采用雙膠圈防水，按密封圈位置分為“端面雙膠圈”和“插口工作面+端面雙膠圈”。端面雙膠圈的兩道膠圈，分別在內(nèi)外兩個端面，插口工作面+端面雙膠圈的兩道膠圈，一道位于插口工作面上，另一道位于內(nèi)側(cè)的端面上，如表2所示。

表2 縱向鎖緊承插式接頭密封型式

(4)密封圈形狀及材料

插口工作面上密封圈的要求同柔性承插接頭。端面上密封圈的材料，一般采用矩形或梯形的遇水膨脹橡膠，或丁基膩子橡膠。由于端面發(fā)生相對位移將直接造成壓縮率損失，因此，端面密封圈安需有較高的壓縮率，理論壓縮率一般取50%～60%。高壓縮率可確保在出現(xiàn)一定程度的相對位移后，仍有一定的富余壓縮率保證密封圈的密封性。對于端面密封圈，需配合縱向鎖緊措施，限制管節(jié)之間的相對位移，保證密封圈的壓縮率。

鑒于端面密封圈高壓縮率的需要，宜選擇硬度較小的材料，一般選擇遇水膨脹橡膠密封圈，或丁基膩子橡膠復(fù)合密封圈。如果在變形過大、壓縮率損失的情況下，這兩種材料都有彌補(bǔ)的可能；一個是通過遇水膨脹來彌補(bǔ)，另一個是通過具有粘性的膩子與混凝土進(jìn)行滲透咬合，保持密封效果。

在選擇遇水膨脹橡膠時，建議選用低體積膨脹率的材料。端面密封圈產(chǎn)生的密封效果，主要以彈性壓縮為主，遇水膨脹僅作為補(bǔ)充，所以建議選擇低體積膨脹率的膠圈，如PZ-150、PZ-250的遇水膨脹橡膠[5]。另外，高體積膨脹率的膠條，在反復(fù)浸水之后的物理性能指標(biāo)下降明顯，不利于膠條的耐久性。

(5)工作面構(gòu)造設(shè)計

為了控制密封圈的位置，一般需在承口端面設(shè)置密封圈槽。工作面上設(shè)有密封圈的，需在工作面上設(shè)置單臺階構(gòu)造，利于控制密封圈的位置。

承插口工作面宜設(shè)置約4°～6°的坡面[2]，可選擇比柔性承插口要求更大的坡面角度。一方面，拼裝時縱向鎖緊措施可提供足夠大的頂推力，另一方面，鎖緊措施限制了遠(yuǎn)期節(jié)段間的相對位移。

(6)縱向鎖緊措施

一般采用兩種型式：鋼絞線(配套錨具錨固)、鋼棒(配套高強(qiáng)螺母錨固)?？v向鎖緊鋼筋的規(guī)格和數(shù)量，根據(jù)所需的鎖緊力計算確定。每個預(yù)制節(jié)段均設(shè)置連接箱，連接箱尺寸根據(jù)縱向鎖緊鋼筋的種類，按張拉設(shè)備的尺寸和操作空間確定。為了保證操作空間，一般連接箱的縱向長度不小于400mm。

4 膠接預(yù)應(yīng)力接頭

(1)膠接預(yù)應(yīng)力接頭

采用結(jié)構(gòu)膠粘劑和預(yù)應(yīng)力實現(xiàn)預(yù)制節(jié)段拼裝的接頭型式，節(jié)段拼裝后整體性好、剛度大，如圖7所示。

圖7 膠接預(yù)應(yīng)力接頭

(2)約束方式

膠接預(yù)應(yīng)力接頭為剛性接頭，相鄰預(yù)制節(jié)段之間，設(shè)置剪力鍵、剪力槽，工廠匹配預(yù)制，拼裝時匹配面之間涂結(jié)構(gòu)膠，并施加縱向預(yù)應(yīng)力形成剛性整體。

(3)密封型式

采用匹配預(yù)制實現(xiàn)拼接面完全匹配，并進(jìn)行全斷面均勻涂抹結(jié)構(gòu)膠粘劑，拼縫實現(xiàn)完全封閉。該密封型式，采用耐久性能好的結(jié)構(gòu)用膠粘劑，一般用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段拼裝的結(jié)構(gòu)膠粘劑均能滿足100年設(shè)計使用年限的要求，保障了拼縫的耐久性能。

(4)匹配面構(gòu)造設(shè)計

匹配面應(yīng)設(shè)置剪力鍵、剪力槽，便于拼裝時對齊匹配，同時滿足匹配面抗剪受力的構(gòu)造要求。剪力鍵可參考《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[4]第6.5.6條進(jìn)行設(shè)計。匹配面構(gòu)造設(shè)計相對于柔性承插式接頭、縱向鎖緊承插式接頭的構(gòu)造更為簡單，且采用匹配預(yù)制工藝對模具及制作的難度要求較低，預(yù)制效率較高。

(5)拼裝施工流程

預(yù)制節(jié)段拼裝的一般拼裝流程如下：首節(jié)就位→下節(jié)段試拼→匹配面涂膠→張拉臨時預(yù)應(yīng)力→逐段拼裝至相鄰變形縫→張拉永久預(yù)應(yīng)力→拆除臨時預(yù)應(yīng)力→底板壓漿→施工變形縫濕澆段→拼裝完成。

5 接頭閉水試驗

圖集推薦的承插式接頭均設(shè)有兩道密封圈，并在其間預(yù)留檢測孔。檢測孔在管廊內(nèi)壁設(shè)置不宜少于4個，布置于上下左右內(nèi)壁中點處。安裝期間，使用上下兩個檢測孔，即可滿足密封性檢驗的需要；位于左右兩側(cè)的預(yù)留孔，便于后期補(bǔ)救防水使用；可分段打入密封漿液或排除積水及空氣，保證補(bǔ)救防水的效果。

膠接預(yù)應(yīng)力接頭的閉水試驗，應(yīng)設(shè)置試驗段檢測膠接縫的密封性，可參照《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》[3]的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行預(yù)制管廊的嚴(yán)密性試驗。

6 結(jié)語

本文介紹的柔性承插式接頭、縱向鎖緊承插式接頭、膠接預(yù)應(yīng)力接頭，是目前國內(nèi)應(yīng)用較多、效果較好的預(yù)制混凝土綜合管廊連接工藝。預(yù)制管廊的接頭型式直接影響制作難度、施工工期、運營效果、耐久性能、工程造價等方面，歸納出如下結(jié)論為預(yù)制綜合管廊工程提供參考。

(1)制作難度。預(yù)制管廊制作的主要難度，在于模具制作及精度的控制。由于柔性承插接頭的接頭構(gòu)造復(fù)雜，且承口和插口的預(yù)制精度需要在較小的公差范圍內(nèi)，模具的精度和剛度要求最高?？v向鎖緊承插式接頭，由于端面橡膠圈加入，降低了模具的制作難度。膠接預(yù)應(yīng)力接頭采用匹配預(yù)制，模具構(gòu)造最簡單，制作難度最低。

(2)施工工期。采用柔性承插接頭的預(yù)制管廊拼裝時，僅需實施承插安裝，接頭密封進(jìn)行檢測通過后即安裝成功，安裝效率最高。縱向鎖緊承插式接頭僅比柔性承插接頭增加實施鎖緊措施，但安裝效率相對較高。膠接預(yù)應(yīng)力接頭雖然制作難度較小，但現(xiàn)場安裝工序較復(fù)雜，對施工控制要求較高，比其他兩種連接工藝工期長，但比現(xiàn)澆施工可節(jié)約近一倍的施工工期。

(3)運營效果。柔性承插接頭對不均勻沉降有較好的適應(yīng)能力，接頭產(chǎn)生一定變形后仍能保證不漏水?？v向鎖緊承插接頭及膠接預(yù)應(yīng)力接頭均為剛性接頭，需分段設(shè)置變形縫適應(yīng)不均勻沉降，以適應(yīng)地基變形。因此，采用縱向鎖緊承插接頭或膠接預(yù)應(yīng)力接頭，應(yīng)注意變形縫的施工質(zhì)量，避免成為防水薄弱點。

(4)耐久性能。柔性承插接頭和縱向鎖緊，采用橡膠密封圈，密封圈橡膠材料的選擇及產(chǎn)品質(zhì)量直接影響接頭的耐久性。膠接預(yù)應(yīng)力接頭，采用結(jié)構(gòu)膠及預(yù)應(yīng)力實現(xiàn)節(jié)段拼接，耐久性能好。

(5)工程造價。預(yù)制管廊工程造價的主要影響因素，有模具及制作、運輸、吊裝等。國標(biāo)圖集《預(yù)制混凝土綜合管廊》對預(yù)制管廊的尺寸進(jìn)行模數(shù)化的規(guī)范，有利于降低預(yù)制生產(chǎn)成本，將推動預(yù)制管廊的規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，提高我國綜合管廊建設(shè)水平。