带横向拼接缝的预制混凝土箱涵装配式人行地下通道连接设计

郭少昱，芦宇亭，魏 新

（哈尔滨市市政工程设计院，黑龙江 哈尔滨 150070）

1 概述

预制混凝土箱涵装配式地下通道是指在明挖、暗挖或盖挖等施工条件下，将地下通道结构的标准段部分分节段在工厂预制，然后送到现场进行拼装的一种高效环保的施工技术。作为装配式建筑的一种衍生形式，预制混凝土箱涵装配式地下结构在日本、美国等国家，以及欧洲等地区已获得了大量应用。我国的地下通道建设也引进吸收了相关技术，并应用于实际工程中。2010年由上海市政工程设计研究总院在世博园内设计了国内第一条预制拼装施工工艺的综合管廊。近些年来，预制拼装技术在市政工程建设中的应用越来越广泛。这一技术具有技术先进、节约能源、减少施工污染、构件质量可靠、生产效率高、施工作业面小等诸多优点；同时，工厂内预制、现场安装的施工方式对施工环境的要求也大大降低，既保证了冬季施工质量，又延长了施工工期，非常适合严寒气候下的施工[1]。

2 地下通道拼接缝设计方案

2.1 基本原则

预制混凝土箱涵装配式结构与传统现浇混凝土结构相比，节间接缝处是预制拼装结构防水以及受力尤为薄弱的位置。预制装配式结构的核心是预制箱涵节间相互成一体化，接缝处的设计是影响预制混凝土箱涵装配式地下通道结构安全性和耐久性的关键问题[2]。

无论是拼缝处的结构形式还是防水构造均需做加强处理。预制装配式结构主要依靠关键节点以及拼接缝形成整体结构，只有合理可靠的构造措施才能确保结构安全，使其具备和现浇结构相近的强度、刚度和延展性，以抵抗地震荷载、水压力、土压力、风荷载。在确保满足结构受力合理、整体稳定的前提下，节点连接处力的传递应有可靠的路径向下传递并要求尽量简单且易于操作。

2.2 拼接缝形式

拼接缝形式可分为三类：

（1）预制段与现浇段拼接缝。

（2）横向拼接缝。横向拼接缝为预制箱涵节与节之间的连接位置，横向拼接缝又分为两种形式：

a.柔性承插式接头（见图1）。采用承插式连接、双胶圈密封实现预制节段拼装的接头形式。接缝施工安装方便、密封性能好，节段接缝允许一定的偏转角度，对地基的不均匀沉降适应性好。柔性承插式接头分a型、b型两种：a型接头为矩形管廊本体配合弧形承插式接头，利于密封圈与插口工作面的贴合，有效提高安装质量和防水效果，提高对节段间转角变形的适应能力；b型接头为矩形箱涵本体配合矩形承插式接头，模具制作较容易。

图1 纵向拼接缝

b.横向锁紧承插式接头。横向锁紧承插式接头可分为搭接板连接型和锚栓连接型，利用搭接板或锚栓进行机械式连接（见图2、图3）。

（3）纵向拼接缝（见图4）。纵向拼接缝位于预制混凝土箱涵侧壁处。

3 工程实例

3.1 项目概况

该工程为哈尔滨某地下过街通道工程，结构设计方案为现浇与预制拼装相结合的结构形式。地道主体为预制装配式箱涵结构，出入口部位采用现浇钢筋混凝土结构。楼梯段采用现浇形式，标准段采用预制混凝土箱涵装配式单舱结构形式（见图5）。地道主体净宽6 m，两侧侧壁宽0.6 m。

图2 搭接板连接型

图3 锚栓连接型

图4 纵向拼接缝

图5 地下通道标准断面图

3.2 拼接缝的性能要求

预制混凝土箱涵装配式地下通道不设置临时施工缝，其连接部位包括纵向拼接缝、横向拼接缝、现浇与预制拼接部位等，为易发生渗漏部位，应进行重点设防[3]（见图6）。

图6 拼接缝连接图（单位：mm）

拼接缝的性能要求如下：

（1）预制拼装地下过街通道拼接缝处防水采用预制成型弹性密封垫为主要防水措施，弹性密封垫的界面应力不应低于1.5 MPa。

（2）拼接缝处弹性密封垫应沿环、纵面兜绕成框形。沟槽的截面尺寸应与弹性密封垫的形式和尺寸相匹配。

（3）拼接缝处应选用弹性橡胶与遇水膨胀橡胶制成的复合密封垫。弹性橡胶密封垫宜采用三元乙丙（EPDM）橡胶或氯丁（CR）橡胶。

（4）预制段橡胶材料性能要求见表1。

表1 橡胶材料性能要求

施工时应根据预制拼装的要求严格控制垫层的平整度在±2 mm以内，从而确保预制节段拼接缝平整。拼装顺序应从一端开始向另一端依次拼装[4]。

3.3 拼接缝设计

该工程存在三类拼接缝：

（1）纵向拼接缝。该工程采用纵向锁紧承插式接头。采用机械紧固、双胶圈密封实现预制管廊拼装的接头形式。管廊节段之间采用承插式接头，利用连接钢筋实现纵向连接并锁紧（见图7、图8）。

图7 纵向拼接缝连接图（单位：mm）

图8 纵向拼接缝连接实物图

（2）横向拼接缝。横向拼接缝位于预制混凝土箱涵侧壁处，将箱涵分为两个U形槽，上下对接形成一个箱涵整体。横向拼接缝的产生是为了减小结构体量，减轻吊装压力，便于施工现场预制拼装。横向拼接缝设置位置通常在距离箱涵顶端或底端的1/2处（见图9、图10）。

图9 横向拼接缝连接图（单位：mm）

图10 横向拼接缝连接实物图

（3）预制段与现浇段拼接缝。用于预制混凝土箱涵的标准段部分与现浇段部分的连接处。预制混凝土箱涵装配式地下结构主要适用于长条形结构。受建筑外形、场地限制等条件制约，地下结构不能完全得全预制化，则结构分为现浇混凝土结构和预制箱涵式混凝土结构。这两部分衔接处的拼接缝需要特殊处理，以保证结构整体性和稳定性[5]。图11为用于现浇段后施工的情况。

图11 预制段与现浇段拼接缝连接图

该工程通过试验与实际工程的应用，优化了拼接缝的设计方案。

4 结 语

根据实际工程的应用结果，该项目具有巨大的经济效益和社会效益。通过已建成的地下工程对比发现，预制混凝土箱涵装配式地道结构相较于现浇地道结构，主体结构造价增加了10%～12%，但由于其特殊的施工工艺和施工措施，大大提高了劳动效率，施工周期缩短约1/3，使得基坑支护、基坑降水、冬期施工等技术措施的成本大大降低，并有效延长了冬期施工工期，节约时间，预制混凝土箱涵装配式地下工程具有非常显著的经济效益。

预制混凝土箱涵装配式地下结构的发展推动了我国建筑工业化的进程，但要使预制混凝土箱涵装配式地下结构在我国广泛使用，还需不断深入探索，解决装配式拼接缝处薄弱的问题，提出更可靠的节点连接形式。