□ 江懷雁

1 引言

給排水、電、氣和通信管網(wǎng)是現(xiàn)代城市的生命線工程，新城區(qū)建設和舊城區(qū)改造均離不開此類市政基礎(chǔ)設施。市政工作井按材料種類可分為砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種類型，鋼筋混凝土工作井目前主要采用整體現(xiàn)澆的方式建造，施工效率較低、建造周期長、對地面交通影響大、模板重復利用率低、人工成本高、噪聲和粉塵污染大等主要缺點。如將施工方法改進為工廠預制、再現(xiàn)場拼裝，將很好地克服上述缺點，預制件的混凝土質(zhì)量更有保證，可取得良好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。但預制拼裝式混凝土結(jié)構(gòu)也有其不足之處，如拼接接口或接縫易成為受力和抗?jié)B漏的薄弱部位、整體性下降等。如將預制廠的開?！獫仓B(yǎng)護、預制件的吊運—堆放—拼裝的成本及占用工時計入，那么預制拼裝式工作井的優(yōu)勢將不會那么明顯。因此，研究市政鋼筋混凝土工作井的預制拼裝方案，盡可能降低預制拼裝式工作井的造價，方可充分發(fā)揮出工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢。

筆者前期研究表明，從受力的角度而言，箱式市政工作井預制拼裝化具有較好的可行性[1]?，F(xiàn)有文獻[2-11]對市政工作井這類中小型地下淺埋混凝土中厚壁箱式結(jié)構(gòu)的預制拼裝方案缺少綜合比較分析研究。本文以電力直線工作井為例，對箱式混凝土市政工作井進行多種預制拼裝方案的概念設計和較全面的對比分析，以尋求相對較優(yōu)的方案，并對接口形式和構(gòu)造進行概念設計。

2 預制拼裝方案設計

箱式工作井預制拼裝方案即箱體分割方案，通過對整體現(xiàn)澆井體進行合理地分割，使分割后的預制單元（預制件）盡量滿足以下要求：一是類型數(shù)少，易于標準化，模具簡單，重復利用率高；二是易于產(chǎn)業(yè)化，以實現(xiàn)工廠批量預制生產(chǎn)；三是預制件自重輕，吊裝噸位小，對現(xiàn)場吊裝設備要求低，降低拼接難度；四是拼裝接口長度短，盡量減少受力薄弱部位和漏水點；五是現(xiàn)場工作量小，所需人工數(shù)量少等。但這些要求之間存在一定矛盾，如當滿足接口長度短的要求時，往往會帶來預制單元體量大、自重大、吊裝難度大等問題；當單元形狀為一字形或“L”形時，雖可滿足類型數(shù)少、自重適中、預制難度小、堆放空間小的要求，但拼裝接口總長度長、現(xiàn)場拼接工作量大的問題會突顯出來，因此方案設計時需在各要求之間取得平衡。

圖1為南寧五象新區(qū)1號路某常用規(guī)格的電力直線工作井，該工作井的外輪廓尺寸為長6.5m×寬1.8m×高2.4m，原設計頂、底板厚250mm，側(cè)壁和端板厚為200mm，頂部人孔920mm×920mm×2個，端孔為920mm×920mm。針對此工作井，本文設計6種預制拼裝方案進行比較，各方案的拼裝接口布置、預制拼裝件組裝方式如圖2所示。圖2中，除方案5和方案6外，其余方案縱向水平接口沿厚度方向的形狀一律采用外低內(nèi)高的階梯形，以抵擋井外地下水的滲入，并使板件相互咬合，防止發(fā)生滑動。

圖1 電力直線工作井施工現(xiàn)場

3 預制拼裝方案比選

為便于比較，將該電力直線工作井的井壁厚度統(tǒng)一調(diào)整為200mm，鋼筋混凝土容重取25kN/m3。分別采用以上6種預制拼裝方案進行分割，預制拼裝件分割尺寸示意圖詳見圖3，綜合性能比較詳見表1。

圖2 6種預制拼裝方案示意圖

圖3 直線形工作井實例：6種預制拼裝方案的預制件分割尺寸示意圖

表1 6種預制拼裝方案的綜合性能比較一覽表

表1中，空間效應和整體性對用鋼量有直接影響：空間效應和整體性越強，內(nèi)力相對越小，所需配筋量也越少。接口總長度關(guān)系到拼裝時需處理的接口總量及薄弱部位的長度，可表征拼裝速度、人工成本和防水性、抗?jié)B性、耐久性的水平。對6種拼裝方案的優(yōu)缺點做如下綜述。

3.1 方案1

優(yōu)點：單塊預制件自重較輕，吊裝設備噸位要求小，生產(chǎn)模具簡單、體量小，運輸和堆放時占地少，空間利用率高；缺點：接口長度較長，預制件的類型數(shù)較多，拼裝總件數(shù)多，整體性差，用鋼量大，在車—土—水壓力共同作用下縱向水平接口外側(cè)有張開趨勢，對抗?jié)B性和耐久性不利。

3.2 方案2

優(yōu)點：預制件類型數(shù)少，接口總長度短，拼裝復雜程度小，箱體整體性好，用鋼量少，由于無縱向水平接口，在車—土—水壓力共同作用下不存在水平接口外側(cè)張開的薄弱環(huán)節(jié)，但該方案不足是預制件自重大，對吊裝設備的起吊噸位要求較高。當需要控制預制件單體自重時，可減小縱向長度，但接口長度會相應增加。

3.3 方案3

該方案以“瓶+蓋”的組合方式，其優(yōu)點是縱向水平接口位于箱體上部位置，水壓力最大的下部無縱向水平接口，可減少滲水的可能性，而且拼裝難度小，拼裝速度快，但預制件類型數(shù)和總塊數(shù)、單件預制件自重、接口總長度、箱體整體性，在車—土—水壓力共同作用下縱向水平接口開閉性等指標均無優(yōu)勢。

3.4 方案4

該方案是現(xiàn)澆與預制拼裝相結(jié)合的方案，相當于在現(xiàn)澆底板上扣上一個“蓋子”，預制件類型數(shù)和總件數(shù)最少，單片預制件的自重較方案2輕，并具有整體性較好、用鋼量適中、拼裝難度小、拼裝速度快等優(yōu)點；與其他方案相比，該方案底板上無接口，可最大程度保證底板的抗?jié)B性。不足是需在現(xiàn)場澆筑底板，施工工期和人工成本稍有增加，而且縱向水平接口位于水壓較大的箱體底部位置，在井側(cè)水、土壓力作用下該接口有張開趨勢。從受力而言，現(xiàn)澆底板為板類構(gòu)件，當其厚度較薄時，由于剛度小，對地基不均勻變形的抵抗能力較弱，因此對地基條件要求較高；當?shù)鼗^軟弱時，在拼裝不同位置的Π形預制件時，底板可能容易開裂，需要通過增加板厚和配筋加以解決，但會增加造價；對此，可在底板兩側(cè)邊增加適當高度的反邊（或反梁），則可利用板件的空間效應增加底板剛度，而不需增加板厚和配筋。值得注意的是，底板雖需現(xiàn)澆，但僅需側(cè)模板，模板用量很少，并可重復利用，施工總體比較簡便。

3.5 方案5

該方案能夠控制單片預制件的自重，是各方案中的最輕者，可降低對吊裝和運輸設備的要求，但預制件總數(shù)增多，類型數(shù)也不少，接口總長度達各方案的最大值，箱體整體性、拼裝難度和荷載作用水平接口開閉性也無優(yōu)勢，由于側(cè)壁高度中間設置水平接口，并位于同一直線上，在非均勻的水、土壓力作用下，箱體上、下半部分容易發(fā)生水平錯動，出現(xiàn)裂縫。總體來看，該方案的缺點多于優(yōu)點。

3.6 方案6

該方案的特點與方案5相近，僅側(cè)壁的水平接口相互錯開，起咬合作用，可防止上半部分與下半部分在側(cè)向土壓力和水壓力梯度作用下出現(xiàn)水平錯動而發(fā)生水平剪切撕裂，但因此也增加了一種預制件類型，總體上略優(yōu)于方案5。

由上述分析可知，方案1、5、6的優(yōu)勢不太明顯，方案2、3、4在吊裝設備噸位滿足的前提下，方案2各方面優(yōu)勢較為明顯；當?shù)跹b設備噸位較低，且地基條件滿足要求時可選用方案4。應注意的是，方案2須保證底板接口的抗?jié)B性；方案4可將預制件拼裝與底板混凝土澆筑緊密配合，利用預制件自重壓緊底板未完全硬化的混凝土增強兩者間的黏結(jié)力，并通過柔性防水構(gòu)造措施保證底部縱向水平接口的抗?jié)B性能。

4 拼裝接口構(gòu)造設計

地下工作井的拼裝接口應滿足抗?jié)B性好、承載力高、傳力效率高、耐久性好和制作難度低、拼裝便捷等多項要求，需從連接方式和接口形狀兩方面進行設計。在連接方式上，目前有干接、濕接和膠接3種類型可供選擇。其中，膠接接口以抗拉強度高于混凝土的環(huán)氧樹脂膠為接口黏結(jié)材料，通過施加預應力將預制件拼裝成整體，環(huán)氧樹脂膠具有找平、填縫、緩沖、均勻傳力、防水的作用，因此膠接在承載力、整體性、傳力性能、抗?jié)B性和施工便利性等各方面無明顯短板，綜合性能最優(yōu)。地下淺埋預制市政工作井因同時承受汽車荷載、土壓力和水壓力，對承載力和防水性能要求較高，以膠接最為合適。

圖4 預制件接口構(gòu)造詳圖

接口形狀對相鄰預制件之間剪力的傳遞能力、接口的抗剪承載力具有控制作用，采用圖4（a）、（b）所示的齒狀剪力鍵接口形狀較為合理。由于市政工作井長度較短（一般在10m以內(nèi)），預應力損失大，故施加預應力的作用有限。盡管如此，由于膠接預制件仍需通過縱向通長鋼筋連成整體，因此筆者建議沿井體縱向采用環(huán)氧涂層預應力螺紋鋼筋作為縱向通長鋼筋（見圖4a、b），兩端通過螺母加墊片的螺紋錨具施加初始預應力，待工作井拼裝完畢后再補張拉一次，使接口膠體結(jié)合緊密，提高整體性，再在孔道內(nèi)灌漿，使預應力螺紋鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生黏結(jié)力，以保護鋼筋不易銹蝕，并保證在預應力被混凝土和膠體的收縮徐變抵消而損失殆盡后，該縱向通長預應力鋼筋仍可作為接口抗裂鋼筋發(fā)揮重要作用，同時起一定的抗彎和抗剪作用。井體寬度和高度方向因尺寸較小，預應力效果不明顯，加之預制件厚度有限，不建議設置預應力鋼筋，相應的縱向水平接縫依靠預制件自重和覆土壓力保持閉合狀態(tài)。環(huán)向接口的剪力鍵加強鋼筋構(gòu)造詳見圖4（c）。

5 結(jié)語

本文針對市政管線地下箱式工作井設計6種預制拼裝方案，以實際電力工作井為例，對比分析各方案的綜合性能，并對接口構(gòu)造進行概念設計，得到以下結(jié)論：

（1）在吊裝設備滿足起重噸位要求的前提下，箱形預制件拼裝方案在拼裝難度、拼裝工作量、防水抗?jié)B性、整體性、經(jīng)濟性等各方面性能優(yōu)勢較明顯，可作為較優(yōu)方案推薦使用，其次是現(xiàn)澆底板+Π形頂板—側(cè)板預制件方案，但對地基條件要求較高，且需要現(xiàn)場澆筑作業(yè)。

（2）環(huán)向和縱向水平拼裝接口建議采用帶剪力鍵的膠接形式，并沿工作井縱向均勻布置通長的環(huán)氧涂層預應力螺紋鋼筋，通過螺母+墊片錨具施加預應力，并在拼裝施工過程中反復張拉；待預應力筋張拉完畢后，宜在孔道內(nèi)灌漿，以保護鋼筋并發(fā)揮抗裂和提高整體性的作用。