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        新型裝配式通道的研發(fā)和設(shè)計(jì)分析

        2021-12-04 12:39:30陳露曄陳瑤廖劉算吳淀杭
        運(yùn)輸經(jīng)理世界 2021年14期
        關(guān)鍵詞:膠圈拱形現(xiàn)澆

        文/陳露曄、陳瑤、廖劉算、吳淀杭

        1 前言

        通道是公路工程中一種十分常見的結(jié)構(gòu),以人、車通行或過水為主要功能。作為公路工程中的重要組成部分之一,通道量大面廣,投資較大,在施工建設(shè)中,往往會(huì)成為影響整個(gè)工程造價(jià)、質(zhì)量和工期的重要因素之一。

        目前,國內(nèi)的通道普遍以現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,現(xiàn)澆通道在施工過程中容易受到地理環(huán)境、季節(jié)氣候及原材料等條件的限制,加上施工方法、工藝、材料單一,存在一定局限性,不適應(yīng)新時(shí)期我國交通強(qiáng)國建設(shè)、打造品質(zhì)工程對結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)、機(jī)械化裝配、標(biāo)準(zhǔn)化施工的要求[1]。

        2 研發(fā)目標(biāo)

        為完成新型預(yù)制裝配式通道的研發(fā),實(shí)踐交通強(qiáng)國戰(zhàn)略,提高交通建設(shè)行業(yè)工業(yè)化、裝配化、智慧化水平,本文制定了三個(gè)目標(biāo),并可細(xì)分為九個(gè)方面。

        2.1 目標(biāo)一:通道種類歸并、尺寸優(yōu)化、環(huán)境適用

        影響通道種類、尺寸的因素如下:功能(機(jī)通、人通、排水),通道埋深(明涵、暗涵),運(yùn)輸?shù)跹b條件(起重設(shè)備、道路情況、超限上路審批),凈空要求。裝配式通道不僅需要適應(yīng)各種環(huán)境下(山區(qū)、平原)的運(yùn)輸、吊裝,而且還應(yīng)減少現(xiàn)場施工對環(huán)境的污染[2]。

        2.2 目標(biāo)二:施工全過程的便利性

        現(xiàn)澆通道施工必須在地基處理完后進(jìn)行,換填或管樁處理本身需要一定時(shí)間,而現(xiàn)澆作業(yè)工藝復(fù)雜無法利用地基處理前期的時(shí)間;現(xiàn)場勞動(dòng)力多,機(jī)械化程度低;現(xiàn)場施工場地占用大,原材料堆放難以管理。為了實(shí)現(xiàn)施工全過程的便利性,工廠制造簡捷高效、預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸便利、現(xiàn)場裝配快速可靠的研究不可缺少。

        2.3 目標(biāo)三:通道結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、可靠、耐久

        通道的耐久性和可靠性,除了與結(jié)構(gòu)尺寸外,還與構(gòu)件的連接方式、防水措施等有關(guān),只有上述都滿足施工、運(yùn)營需求,才能達(dá)到可靠耐久。

        3 方案設(shè)計(jì)

        3.1 裝配式通道斷面類型和尺寸

        裝配式通道按其斷面形狀可分為箱形、拱形和異形通道三種結(jié)構(gòu)。根據(jù)其功能,裝配式通道可分為人通、機(jī)通和排水。根據(jù)實(shí)際使用情況,可以單獨(dú)或者混合使用其功能。

        圖1 新型裝配式通道斷面透視圖

        通道斷面類型選擇應(yīng)保證:用于人通、機(jī)通時(shí),保證其凈空滿足使用要求;用于排水時(shí),盡可能提高其過水能力;通道類型形式簡單、斷面規(guī)整、造價(jià)經(jīng)濟(jì)[3]。

        表1 斷面類型方案比選

        經(jīng)過上表對比分析,為了提高裝配式通道對使用功能的適應(yīng)性,從方便施工、降低造價(jià)的角度出發(fā),最終確定采用“箱形通道”作為人通、機(jī)通的通道斷面類型,“拱形通道”作為純過水的通道斷面類型。

        通過對既有項(xiàng)目的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,凈寬4m、5m、6m,凈高3.5m、4m、4.5m 占比最大,凈高分布大致服從0.5m 等差變化。考慮到減少模板尺寸、提高利用率,標(biāo)準(zhǔn)凈寬采用4m 和6m,標(biāo)準(zhǔn)凈高采用3.5m和4.5m,最終確定兩種標(biāo)準(zhǔn)通道:6×4.5m 及4×3.5m通道,側(cè)墻以0.5m 為模數(shù),根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整,滿足不同凈高的要求。

        實(shí)際工程應(yīng)用中直徑為1m、1.5m、2m 的圓管涵均為常見橫斷面,預(yù)制工藝已經(jīng)成熟,考慮到較大過水?dāng)嗝娴男枨?,確定拱形通道尺寸3×2m,過水面積為5m2。

        3.2 縱橫向節(jié)段劃分

        裝配式通道縱向節(jié)段的劃分,首先,既要能根據(jù)通道長度靈活調(diào)節(jié),又要保證拼裝工序少,而這就要求縱向節(jié)段長度需合適;其次,吊裝重量不能過大,控制在30t 以下為宜;最后,考慮減少構(gòu)件運(yùn)輸上路審批流程,構(gòu)件節(jié)段盡量控制在超限運(yùn)輸尺寸以內(nèi)。綜上所述,縱向標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度取2.5m,為了靈活調(diào)節(jié)通道長度,增加1m 長度的調(diào)整節(jié)段,可實(shí)現(xiàn)0.5m 級的長度調(diào)整。

        裝配式箱式通道橫向節(jié)段主要有以下幾種形式:整體式、上下兩部分拼塊式、門形拼裝式、蓋板式等。整體式通道現(xiàn)場拼縫最少,但尺寸超限,起吊重量大,不適合運(yùn)輸,故不做比選,其余均有現(xiàn)場拼縫,門式有現(xiàn)澆底板[4]。

        表2 橫向劃分方案比選

        考慮到增加結(jié)構(gòu)整體性和基礎(chǔ)平整度容錯(cuò)率,底板宜采用部分現(xiàn)澆。蓋板式預(yù)制精度要求小、存放所需場地較小、起吊重量小且各構(gòu)件間的起吊重量差異小,所需起吊設(shè)備要求低,因此選擇蓋板式作為裝配式箱形通道橫向節(jié)段劃分方案。

        拱形通道頂板圓弧段對豎直段有水平推力,為減少現(xiàn)場側(cè)墻臨時(shí)固定作業(yè)量,拱形通道頂板宜采用整體預(yù)制,因此選擇門形拼裝式作為裝配式拱形通道橫向節(jié)段劃分方案。

        3.3 縱向連接方式

        裝配式通道連接形式主要有兩種:構(gòu)件間無約束鎖緊裝置的連接和構(gòu)件間帶有縱向鎖緊裝置的連接。

        3.3.1 無約束鎖緊裝置的連接

        無約束鎖緊裝置的連接,又分為剛性接口和柔性接口。接口形式主要有以下幾種:小企口接口,用砂漿或彈性材料密封;大企口膠圈密封接口,其分為帶膠圈槽的接口和無膠圈槽接口、單膠圈密封和雙膠圈密封接接口;鋼承口接口。

        3.3.2 帶有縱向鎖緊裝置的連接

        把每節(jié)通道連接成整體,其所用的方法即是在通道中預(yù)留穿筋孔道,節(jié)段安裝時(shí)穿入高強(qiáng)鋼筋螺桿或鋼絞線,經(jīng)張拉鎖緊,節(jié)段就被串聯(lián)成有一定剛度的整體通道,用以抗御基礎(chǔ)不均勻沉降。因各節(jié)段間縱向具有壓力,故此類通道常用節(jié)段端面壓縮膠圈形成接口密封,接口密封材料常用遇水膨脹膠圈。

        裝配式通道的連接方式是形成整體質(zhì)量的重要因素。其連接方式應(yīng)保證:在通道全壽命過程中接口密封的可靠性;連接方式應(yīng)能適應(yīng)施工工藝的要求,簡單方便;連接接口應(yīng)便于生產(chǎn)制造;連接方式形式簡單、成本低廉。

        考慮裝配式通道的適應(yīng)性及耐久性,從方便施工、降低造價(jià)的角度出發(fā),確定采用“柔性大企口”作為實(shí)施方案。承插口設(shè)置為可豎向插拔式,避免施工中水平頂推作業(yè)。

        3.4 綜合防水措施

        通道一般防水措施有:砂漿或彈性材料密封;膠圈密封接口;鋼承口接口;遇水膨脹膠圈。但效果往往不盡如人意,尤其在裝配式通道施工精度的影響下,在設(shè)計(jì)時(shí)更需注意接縫處防水措施。根據(jù)調(diào)查資料,實(shí)際運(yùn)營過程中常常會(huì)發(fā)生接縫處滲水情況,防水措施有待優(yōu)化。

        經(jīng)過資料查找、研究后,參考水底隧道防水措施,裝配式通道防水采用綜合防水措施,頂板鋪設(shè)抗?jié)B砼,側(cè)墻接縫內(nèi)采用膨脹止水條+雙組份聚硫密封膠,接縫外側(cè)采用SBS 改性瀝青防水卷材,底板下采用水泥基滲透結(jié)晶防水涂料。

        4 結(jié)語

        本文研究和設(shè)計(jì)的新型裝配式通道,具有如下標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化特點(diǎn):構(gòu)件尺寸整齊劃一,模板種類高效精簡;側(cè)墻高度分級可調(diào),涵蓋多種適用范圍;現(xiàn)場裝配零焊接量,環(huán)境污染持續(xù)降低;產(chǎn)品質(zhì)量有效保障,通道結(jié)構(gòu)耐久環(huán)保;專用定額有據(jù)可查,通道造價(jià)經(jīng)濟(jì)節(jié)省;形成若干技術(shù)指南,方便后續(xù)推廣應(yīng)用。

        目前,規(guī)范對于埋深較大的通道涵洞計(jì)算要求并未規(guī)定考慮土拱效應(yīng),因此本次開發(fā)設(shè)計(jì)尚未考慮該部分的有利影響,而事實(shí)上土拱效應(yīng)在高填深埋路段的通道中普遍存在,后期將依托工程中對實(shí)際通道受力的檢測分析,建立結(jié)構(gòu)與土拱聯(lián)合作用的實(shí)體有限元模型,摸清高填深埋路段的結(jié)構(gòu)受力機(jī)理,對薄壁通道進(jìn)行優(yōu)化,以進(jìn)一步提高其經(jīng)濟(jì)型。

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