薛偉辰 王恒棟 胡翔

1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海200092

2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 200092

引言

綜合管廊是指建于城市地下，容納兩種及以上市政管線的構(gòu)筑物及其附屬設(shè)施［1］。推進(jìn)綜合管廊建設(shè)，有利于提高市政管線的安全性，降低城市管網(wǎng)的全壽命成本，增強(qiáng)城市綜合防災(zāi)、減災(zāi)能力。綜合管廊的建設(shè)水平和規(guī)模已成為衡量城市基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。近年來，國務(wù)院和住建部發(fā)布的一系列政策文件（國發(fā)〔2016〕8號、建城〔2017〕116號等）以及2019年的政府工作報告均要求：在全國大力推進(jìn)綜合管廊建設(shè)，并統(tǒng)籌納入各類市政管線，積極推廣多艙、大截面綜合管廊和預(yù)制拼裝綜合管廊。按規(guī)劃要求，今后我國城市新建道路配套的綜合管廊建設(shè)率要達(dá)到30%以上，其中預(yù)制混凝土綜合管廊的建設(shè)比例要達(dá)到15%。近3年，我國每年新建的綜合管廊均達(dá)到2000km左右。據(jù)估算，今后十年我國的綜合管廊建設(shè)規(guī)模將超過3萬km，需求巨大。

推進(jìn)土木建筑行業(yè)的工業(yè)化發(fā)展是實(shí)現(xiàn)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的重大發(fā)展戰(zhàn)略。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土綜合管廊相比，預(yù)制拼裝綜合管廊具有構(gòu)件質(zhì)量好、現(xiàn)場工期短（縮短工期近50%）、環(huán)境影響?。p少建筑垃圾80%）、大幅縮減基坑支護(hù)時間、降低支護(hù)要求、大量減少模板和支撐（減少70%以上）、節(jié)省人工等優(yōu)點(diǎn)，社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著［2，3］。因此，為了全面落實(shí)我國土木建筑行業(yè)工業(yè)化發(fā)展的國家戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)我國城市地下綜合管廊領(lǐng)域的工業(yè)化發(fā)展，切實(shí)提升我國綜合管廊的建設(shè)能力和水平，推廣應(yīng)用預(yù)制拼裝綜合管廊勢在必行。

自2004年以來，同濟(jì)大學(xué)和上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院等單位系統(tǒng)開展了預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)的技術(shù)研發(fā)與示范應(yīng)用，并逐步形成了包括整艙預(yù)制拼裝綜合管廊、疊合板式拼裝綜合管廊、預(yù)制板式拼裝綜合管廊、槽型預(yù)制拼裝綜合管廊等在內(nèi)的預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)技術(shù)體系［4］。為了更好地推廣應(yīng)用預(yù)制拼裝綜合管廊，并為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)，同濟(jì)大學(xué)和上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院在總結(jié)前期研究與應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，主編了中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CECS）標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》。目前，本標(biāo)準(zhǔn)的編制工作已基本完成，即將形成征求意見稿并廣泛征求意見。本文將結(jié)合主編單位的相關(guān)研究成果對本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容做一簡要的介紹。

1 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容及適用范圍

從已有的研究與應(yīng)用成果來看，目前針對整艙預(yù)制拼裝綜合管廊、疊合板式拼裝綜合管廊、預(yù)制板式拼裝綜合管廊和預(yù)制槽型拼裝綜合管廊的技術(shù)體系已較為成熟［4］。其中，《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015）已納入了有關(guān)整艙預(yù)制拼裝綜合管廊和單艙截面預(yù)制槽型拼裝綜合管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定，湖南省、陜西省和哈爾濱市均頒布了有關(guān)疊合板式拼裝綜合管廊的地方性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，編制組在預(yù)制板式拼裝綜合管廊方面也開展了系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)與示范應(yīng)用。此外，目前我國的綜合管廊仍主要采用明挖法施工。

鑒于此，本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍確定為城市市政用鋼筋混凝土綜合管廊中采用明挖法施工的整艙預(yù)制拼裝綜合管廊、疊合板式拼裝綜合管廊、預(yù)制板式拼裝綜合管廊、預(yù)制槽型拼裝綜合管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算主要技術(shù)規(guī)定

2.1 基本設(shè)計(jì)規(guī)定

在進(jìn)行預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)對其承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，并按乙類地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為100年，安全等級為一級。

預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)計(jì)算包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力計(jì)算和抗震承載力計(jì)算，必要時尚應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移、漂浮驗(yàn)算。預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算主要包括變形和受力裂縫寬度。結(jié)構(gòu)構(gòu)件正截面的受力裂縫控制等級為三級，最大裂縫寬度不應(yīng)超過表1規(guī)定的最大裂縫寬度限值。對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用的影響計(jì)算時，構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過表1的規(guī)定；對二a類環(huán)境的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，尚應(yīng)按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算，且構(gòu)件受拉邊緣混凝土的拉應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

整艙預(yù)制拼裝綜合管廊、疊合板式拼裝綜合管廊和預(yù)制板式拼裝綜合管廊的截面內(nèi)力計(jì)算模型采用閉合框架模型（圖1）。編制組的研究表明［5］，作用于結(jié)構(gòu)底板的基底反力分布需根據(jù)地基條件確定。對于地層較為堅(jiān)硬或經(jīng)加固處理的地基，基底反力可視為直線分布。對于未經(jīng)處理的柔軟地基，基底反力應(yīng)按彈性地基上的平面變形截條計(jì)算確定。

從編制組系統(tǒng)完成的試驗(yàn)與理論研究成果來看［1，6，7］，預(yù)制槽型拼裝綜合管廊的內(nèi)力計(jì)算模型應(yīng)考慮接頭的影響，可采用閉合框架—彈簧鉸模型（圖2）或局部剛度折減閉合框架模型（圖3）。當(dāng)采用閉合框架—彈簧鉸模型時，彈簧鉸的轉(zhuǎn)動剛度應(yīng)綜合考慮接頭構(gòu)造、拼裝方式、界面應(yīng)力等因素的影響，一般可通過試驗(yàn)確定。當(dāng)采用局部剛度折減閉合框架模型時，接頭上下壁厚范圍內(nèi)的截面抗彎剛度應(yīng)進(jìn)行折減，折減系數(shù)宜根據(jù)試驗(yàn)確定。

圖2 預(yù)制槽型拼裝綜合管廊閉合框架－彈簧鉸計(jì)算模型Fig.2 Closed frame-spring hinge model for precast concrete utility tunnel with U-shaped elements

圖3 預(yù)制槽型拼裝綜合管廊局部剛度折減閉合框架計(jì)算模型Fig.3 Closed frame model with semi-rigid connection for precast concrete utility tunnel with U-shaped elements

編制組系統(tǒng)完成的試驗(yàn)結(jié)果表明［8，9］，與設(shè)置角部加腋構(gòu)造的預(yù)制拼裝綜合管廊相比，不設(shè)置角部加腋構(gòu)造的預(yù)制拼裝綜合管廊，其承載力將降低15%～20%。因此，預(yù)制拼裝綜合管廊在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時，應(yīng)考慮角部加腋構(gòu)造的影響。當(dāng)不設(shè)置角部加腋時，應(yīng)取軸線位置的計(jì)算彎矩驗(yàn)算角部邊緣截面的抗彎承載力（圖4）。當(dāng)設(shè)置角部加腋時，應(yīng)將計(jì)算彎矩等高平移至角部邊緣截面，并按1∶3傾角確定有效抗彎截面，驗(yàn)算加腋區(qū)兩邊緣截面的抗彎承載力（圖5）。

圖4 不設(shè)加腋的角部正截面抗彎承載力計(jì)算簡圖Fig.4 Calculation diagram for the utility tunnel without hang corner

圖5 設(shè)置加腋的角部正截面抗彎承載力計(jì)算簡圖Fig.5 Calculation diagram for the utility tunnel with hang corner

2.3 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)

預(yù)制拼裝綜合管廊中預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)區(qū)分不同設(shè)計(jì)狀況。對于持久設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行承載力、變形、裂縫控制驗(yàn)算。對于地震設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行承載力驗(yàn)算。對于制作、運(yùn)輸和堆放、安裝等短暫設(shè)計(jì)狀況，預(yù)制構(gòu)件驗(yàn)算應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB 50666—2011）的有關(guān)規(guī)定。

已有研究表明，預(yù)制構(gòu)件的混凝土保護(hù)層厚度過大將導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂嚴(yán)重，甚至在受力過程中過早剝離脫落［10］。因此，本規(guī)程規(guī)定當(dāng)預(yù)制構(gòu)件中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度大于50mm時，宜對鋼筋的混凝土保護(hù)層采取有效的構(gòu)造措施。為了保證疊合板式拼裝綜合管廊的受力性能以及雙面疊合側(cè)壁的預(yù)制板中鋼筋具有足夠的保護(hù)層厚度［11］，本規(guī)程要求其迎水面預(yù)制板的厚度不宜小于70mm，非迎水面預(yù)制板的厚度不應(yīng)小于50mm。相應(yīng)的，側(cè)壁中間空腔后澆部分的截面厚度不宜小于150mm。

2.4 連接設(shè)計(jì)

預(yù)制拼裝綜合管廊各預(yù)制構(gòu)件的連接構(gòu)造應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理確定。其中，預(yù)制板式拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)中，側(cè)壁與底板的橫向拼縫接頭處的豎向鋼筋連接宜根據(jù)受力特點(diǎn)、施工工藝等要求選用套筒灌漿連接、漿錨搭接連接等連接方式［12］。

對于預(yù)制拼裝綜合管廊的預(yù)制構(gòu)件連接接頭均應(yīng)進(jìn)行正截面受彎承載力計(jì)算和拼縫受剪承載力計(jì)算。其中：

（1）疊合板式拼裝綜合管廊和預(yù)制板式拼裝綜合管廊側(cè)壁橫向接頭拼縫處的正截面承載力計(jì)算應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）中的有關(guān)規(guī)定，且接頭拼縫處的正截面承載力不應(yīng)小于相應(yīng)的現(xiàn)澆正截面承載力的1.1倍；

圖6 預(yù)制槽型拼裝綜合管廊接頭受彎承載力計(jì)算簡圖Fig.6 Calculation diagram for loading capacity of precast concrete utility tunnel with U-shaped elements

（2）預(yù)制槽型拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)的橫向和縱向接頭采用預(yù)應(yīng)力筋連接構(gòu)造或螺栓連接構(gòu)造時，其接頭拼縫處的正截面受彎承載力計(jì)算簡圖如圖6所示，并按：

式中：M為接頭彎矩設(shè)計(jì)值（kN·m）；fpy為預(yù)應(yīng)力筋或螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N／mm2）；Ap為預(yù)應(yīng)力筋或螺栓的截面面積（mm2）；h為構(gòu)件截面高度（mm）；x為構(gòu)件混凝土受壓區(qū)截面高度（mm）；α1為系數(shù)（當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級不超過C50時，取1.0，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級為C80時，取0.92，期間按線性內(nèi)插法確定）。

（3）疊合板式拼裝綜合管廊、預(yù)制板式拼裝綜合管廊的側(cè)壁橫向接頭拼縫處受剪承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按：

式中：Vu為預(yù)制拼裝綜合管廊側(cè)壁水平拼縫處剪力設(shè)計(jì)值（kN）；As為預(yù)制拼裝綜合管廊側(cè)壁水平拼縫處垂直穿過拼縫面的豎向鋼筋總面積（mm2）；fy為垂直穿過拼縫面的豎向鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N／mm2）；N為與拼縫處剪力設(shè)計(jì)值相對應(yīng)的垂直于水平拼縫面的軸向力設(shè)計(jì)值（kN，壓力時取正，拉力時取負(fù)；當(dāng)大于0.6fcbh0時，取0.6fcbh0，此處，fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，b為側(cè)壁縱向分段長度，h0為側(cè)壁截面有效高度）。

（4）預(yù)制槽型拼裝綜合管廊側(cè)壁橫向接頭拼縫處受剪承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按：

式中：μ為界面的摩擦系數(shù)；σpe為拼縫面壓應(yīng)力（mm）；Aj為拼縫面面積（mm）；Ap為預(yù)應(yīng)力筋的截面面積（mm2）；fc為預(yù)制構(gòu)件混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N／mm2）；fpy為預(yù)應(yīng)力筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N／mm2）。

此外，預(yù)制槽型拼裝綜合管廊尚應(yīng)對橫向接頭拼縫的外緣張開量進(jìn)行驗(yàn)算。

3 結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)主要技術(shù)規(guī)定

編制組完成的一系列防水性能試驗(yàn)結(jié)果表明［13，14］：預(yù)制拼裝綜合管廊主體結(jié)構(gòu)具有很好的防水性能，其防水設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注拼縫防水性能方面；通過采用合理的拼縫防水構(gòu)造和控制指標(biāo)，可有效保證預(yù)制拼裝綜合管廊拼縫具有良好的防水性能?；谏鲜鼋Y(jié)論，本規(guī)程重點(diǎn)對各類預(yù)制拼裝綜合管廊的拼縫防水構(gòu)造做了規(guī)定。主要內(nèi)容如下：

（1）整艙預(yù)制拼裝綜合管廊和預(yù)制槽型拼裝綜合管廊的拼縫應(yīng)采用不少于兩道橡膠密封條或防水膠條加強(qiáng)防水，并宜預(yù)留檢測孔。

（2）疊合板式拼裝綜合管廊的雙面疊合側(cè)壁與底板拼縫防水構(gòu)造應(yīng)符合《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108—2011）和《城市綜合管廊防水工程技術(shù)規(guī)程》（T／CECS 562—2018）中有關(guān)地下結(jié)構(gòu)和綜合管廊結(jié)構(gòu)施工縫防水構(gòu)造的相關(guān)規(guī)定。

（3）預(yù)制板式拼裝綜合管廊的預(yù)制側(cè)壁與頂板和底板拼縫宜根據(jù)連接構(gòu)造采用設(shè)置鋼板止水帶或橡膠密封條的防水構(gòu)造，并應(yīng)符合《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108—2011）和《城市綜合管廊防水工程技術(shù)規(guī)程》（T／CECS 562—2018）中有關(guān)地下結(jié)構(gòu)和綜合管廊結(jié)構(gòu)施工縫防水構(gòu)造的相關(guān)規(guī)定。

預(yù)制拼裝綜合管廊拼縫防水應(yīng)采用預(yù)制成型彈性密封墊為主要防水措施，彈性密封墊的界面應(yīng)力不應(yīng)低于1.5MPa。彈性密封墊應(yīng)沿環(huán)、縱面兜繞成框型。溝槽形式、截面尺寸應(yīng)與彈性密封墊的形式和尺寸相匹配。

對于有預(yù)留檢測孔的預(yù)制拼裝綜合管廊，應(yīng)在拼裝后采用注水或充氣加壓的方法對每條拼縫進(jìn)行密閉性檢測。如拼縫防水構(gòu)造中采用的是遇水膨脹膠圈，不宜采用注水的方式檢漏。

4 結(jié)語

預(yù)制拼裝綜合管廊具有構(gòu)件質(zhì)量好、現(xiàn)場工期短、環(huán)境影響小、大幅縮減基坑支護(hù)時間、降低支護(hù)要求、大量減少模板和支撐、節(jié)省人工等優(yōu)點(diǎn)，社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著。大力發(fā)展預(yù)制拼裝綜合管廊是推進(jìn)我國土木建筑行業(yè)工業(yè)化發(fā)展、實(shí)現(xiàn)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的重要內(nèi)容之一。自2004年以來，同濟(jì)大學(xué)和上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院等單位系統(tǒng)開展了預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)的技術(shù)研發(fā)與示范應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)單位承擔(dān)了中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CECS）標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》的編制任務(wù)。本文結(jié)合主編單位的研究成果，介紹了標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)的主要技術(shù)規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)的編制將為我國預(yù)制拼裝綜合管廊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。