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新型水泥制品—大型鋼筋混凝土箱涵在廈門(mén)市開(kāi)發(fā)成功

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-02-12  來(lái)源:中國(guó)混凝土網(wǎng)  作者:北京市市政工程研究院 曹生龍
核心提示:新型水泥制品—大型鋼筋混凝土箱涵在廈門(mén)市開(kāi)發(fā)成功
  2005年7月福建省廈門(mén)市千秋業(yè)水泥制品有限公司,為了滿(mǎn)足市政府對(duì)廈門(mén)市文遠(yuǎn)路地下人行通道工程提前完工期限的要求,承擔(dān)了開(kāi)發(fā)預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的任務(wù)。經(jīng)過(guò)2個(gè)月的努力,與工程工期相比縮短一個(gè)月完成任務(wù),得到各級(jí)政府管理部門(mén)的好評(píng)。現(xiàn)工程良好運(yùn)行已逾一年多,說(shuō)明廈門(mén)市文遠(yuǎn)路地下人行通道應(yīng)用預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的設(shè)計(jì)、制造、施工是成功的。現(xiàn)把主要情況在本文中予以介紹,作拋磚引玉的作用,推動(dòng)我國(guó)預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的發(fā)展。

一、開(kāi)發(fā)預(yù)制鋼筋混凝土箱涵的意義

  預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵與現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵比較具有下列競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì):
1、箱形管道可以根據(jù)工程的地理環(huán)境等各項(xiàng)條件,合理地調(diào)整箱涵的寬度和高度,滿(mǎn)足輸送介質(zhì)的流量要求和合理地占用地下空間。而圓形斷面的管道不具備這樣的優(yōu)點(diǎn),在大型地下管道中,同等流量條件下,圓形管道與箱型管道相比,會(huì)占用更多的空間,開(kāi)挖更多的土方。所以一定條件下箱形管道有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

2、現(xiàn)場(chǎng)澆筑鋼筋混凝土箱涵,施工作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、濕作業(yè)工作量大、需較長(zhǎng)的混凝土養(yǎng)護(hù)增強(qiáng)時(shí)間,開(kāi)槽后較長(zhǎng)時(shí)間不能回填,在城市中不利于道路縮短施工工期、快速放行的要求。
根據(jù)這次在廈門(mén)市文遠(yuǎn)路地下人行通道中第一次采用預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的施工,雖然安裝經(jīng)驗(yàn)不足,但11塊箱涵安裝只用了2天時(shí)間,與現(xiàn)澆工期相比減少了20多天。

3、在現(xiàn)場(chǎng)制作中,地下水對(duì)施工有較大影響,需將地下水降至底板標(biāo)高以下,增加施工成本,也不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

4、現(xiàn)場(chǎng)制作的混凝土抗?jié)B性能不如工廠內(nèi)制作的混凝土,局部容易發(fā)生滲漏,影響管道的使用功能。

5、現(xiàn)場(chǎng)制作的鋼筋混凝土箱涵按一定長(zhǎng)度(約20m)分段,分段間采用橡膠止水帶連接,其缺點(diǎn)有:
a. 橡膠止水帶耐壓力差,如輸送液體介質(zhì),只能在低壓狀態(tài)下工作,一般只用于無(wú)壓管道;
b. 現(xiàn)場(chǎng)制作的管道分段間隔長(zhǎng)度大,地基如有不均勻沉降、或受外荷載(如地震)作用,易發(fā)生折斷,因此管道縱向基礎(chǔ)承載力要求高,縱向配筋量要加大。
預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵長(zhǎng)度1.0m~3.0m一節(jié),每節(jié)間采用橡膠圈連接,與鋼筋混凝土圓管的接頭相同,具有良好的折角及位移的抗?jié)B性能,一般稱(chēng)之為“柔性”接頭。能承受1.0MPa~2.0MPa及以上的抗?jié)B要求,在地基發(fā)生不均勻沉降或受外荷載作用、管道產(chǎn)生位移、折角時(shí),仍能保持良好的抗?jié)B性能,抗地震功能極強(qiáng)。也可利用接口在一定折角范圍內(nèi)具有的良好抗?jié)B性,可鋪設(shè)為弧線形管道。

6、現(xiàn)場(chǎng)制作生產(chǎn)條件差,結(jié)構(gòu)計(jì)算中要加大安全度,因此材料用量也要增加。

7、預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵與現(xiàn)場(chǎng)澆制鋼筋混凝土箱涵相比也有不足之處,如:
a. 大型箱涵體大質(zhì)重,運(yùn)輸安裝需要大型運(yùn)輸和吊裝設(shè)備,增加工程支出費(fèi)用。
這是影響預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵應(yīng)用的主要攔路虎,如不能降低其自重,一會(huì)增加大型箱涵制作難度、二會(huì)加大工程成本,不利于預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的推廣應(yīng)用。這是這次研制工作中的重點(diǎn),必須對(duì)此有所突破。
b. 預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵接口多,對(duì)接口的設(shè)計(jì)、制作、施工要能滿(mǎn)足抗?jié)B的要求。
預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的開(kāi)發(fā)是地下管道中一種新型管材的補(bǔ)充,在特定條件下有它的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),在適宜的條件下,應(yīng)大力提倡推廣應(yīng)用預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵。

二、預(yù)制大型鋼筋混凝土箱涵需注意的幾個(gè)問(wèn)題

1、成本控制
工廠預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)裝配的方式,由于運(yùn)輸及吊裝費(fèi)用的發(fā)生,增加了箱形管道的成本費(fèi)用,一般情況下會(huì)使工程成本加大,增加推廣應(yīng)用的難度。這次廈門(mén)工程的實(shí)踐說(shuō)明,只要采取一定措施,施工總費(fèi)用的增加可以控制在能接受的范圍內(nèi)。

2、合理的壁厚和配筋設(shè)計(jì)
目前現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵的壁厚較厚、配筋較多,這是由它的結(jié)構(gòu)特性和施工特性所決定的,預(yù)制鋼筋混凝土箱涵不能完全仿照現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵的壁厚和配筋。以往試制的預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵,沒(méi)有根據(jù)工廠制作的特性,相應(yīng)減薄壁厚和減少配筋,以至預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵材料沒(méi)有得到節(jié)省,而運(yùn)輸、吊裝費(fèi)用增加,使工程總費(fèi)用增大,這就不能顯示預(yù)制裝配化的優(yōu)點(diǎn),故而也不能得到推廣應(yīng)用。
預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵在工廠內(nèi)制作,應(yīng)發(fā)揮工廠制作產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠度高的優(yōu)勢(shì),可以減小壁厚和降低配筋量,有效降低生產(chǎn)制作箱涵的成本,減輕單件制品的重量。

3、適宜的接口,確保接口的密封達(dá)到管道工作性的要求
大型箱涵的接口密封性是至關(guān)重要的,以往的箱涵采用平接口或企形接口,以砂漿作為堵漏材料,密封性不可靠。當(dāng)前環(huán)保及人文要求都大為提高,接口不具備有效的密封性,在工程中不宜使用。因此接口的設(shè)計(jì)應(yīng)給予足夠的重視,接口密封性能要達(dá)到管道工程的使用要求。

三、廈門(mén)文遠(yuǎn)路地下人行通道預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)形式

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按“給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB69-84)”及“給水排水工程埋地矩形管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程(CECS 145:2002)”執(zhí)行。

1、預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的接口:
預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的接口按照抗?jié)B漏要求分為三個(gè)等級(jí):(1)不得滲漏接口,常用于輸水管道;(2)不宜滲漏接口,常用于排污水管道和地下人行通道;(3)滲漏不嚴(yán)格要求接口,常用于排雨水管道。

按上述接口等級(jí),預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的接口分別可設(shè)計(jì)為平口、剛性企口、柔性油膏企口接口、橡膠密封圈柔性企口接口等形式。當(dāng)前常用的為剛性企口接口,但今后應(yīng)發(fā)展橡膠密封圈柔性企口接口或柔性油膏企口接口,特別是在作為輸送污水管道時(shí)更應(yīng)采用柔性接口。
廈門(mén)文遠(yuǎn)路箱涵為地下人行通道,對(duì)接口有較高的抗?jié)B要求。雖然在人行地道結(jié)構(gòu)上可以采取措施,不使?jié)B透的水流滴至行人身上,但箱涵的接口是按不得滲漏等級(jí)設(shè)計(jì)的,采用單膠圈柔性密封接口。
2、 壁厚及長(zhǎng)度的確定
內(nèi)寬5000mm、內(nèi)高3100mm箱涵為特大型箱涵,如采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),現(xiàn)澆箱涵的頂板與底板壁厚一般為350~550mm,取2m長(zhǎng)為一節(jié),單節(jié)箱涵重量將在35t以上,由于超重,生產(chǎn)和安裝施工都會(huì)有較大困難,增加生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工成本。
按照廈門(mén)千秋業(yè)水泥制品有限公司的生產(chǎn)和吊運(yùn)能力,預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵的重量以不超過(guò)25t為佳。因此箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),頂板厚度定為270mm、底板厚度300mm、側(cè)板厚度250mm,每節(jié)長(zhǎng)度2.0m,單節(jié)重量24.5t 。

3、配筋
(1)配筋計(jì)算原則
a. 計(jì)算除考慮使用階段荷載外,一般尚應(yīng)對(duì)施工荷載進(jìn)行驗(yàn)算;
b. 內(nèi)力計(jì)算沿縱向截取單位長(zhǎng)度,按彈性地基上的閉合框架進(jìn)行;
c. 頂板、底板與側(cè)板的連接可假定為剛接點(diǎn);
d. 以構(gòu)件的截面重心線作為計(jì)算軸線;
e. 內(nèi)力計(jì)算時(shí),忽略腋角的影響;
f. 一般情況下不進(jìn)行縱向的強(qiáng)度計(jì)算。
(2)工況條件
箱涵頂部至設(shè)計(jì)地面高度 Hs=0.9 m;
開(kāi)槽施工,土壤內(nèi)摩擦角30°;
地下水位在地面以下1m;
內(nèi)水壓力不列入荷載組合。
(3)配筋圖
以頂板中點(diǎn)彎矩作為配筋控制值,M1=159.7459kN-m;鋼筋中心的保護(hù)層厚度為40mm,h0=210mm;C35混凝土;HRP335鋼筋。 
 
四、預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵制作工藝

圖9 箱涵制作主要工序
五、安裝施工及完工后的文遠(yuǎn)路人行地下通道圖片
   
             (a)                           (b)
   
(c) (d)
照片3
(a)—正在外運(yùn)的箱涵;(b)--正在安裝的箱涵;(c)--地道出入口;(d)--完工后的地道

六、結(jié)語(yǔ)
1、隨著國(guó)家城市建設(shè)的發(fā)展,預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛,在當(dāng)前階段研制預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵有較大意義。它也是管道裝配化快速施工的重要一環(huán),實(shí)現(xiàn)裝配化是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中急需發(fā)展的施工技術(shù)。
2、 本次研制中,箱涵壁厚較大程度地減薄,自重大為減輕,使大型鋼筋混凝土箱涵工廠預(yù)制化得以能實(shí)現(xiàn)。
3、 首次在鋼筋混凝土箱涵中采用柔性橡膠圈密封接口,與傳統(tǒng)剛性企口接口相比,接口的密封更加可靠有效,較好地解決了非圓形鋼筋混凝土管道構(gòu)件的接口抗?jié)B問(wèn)題。
4、 廈門(mén)市千秋業(yè)水泥制品有限公司這次研制是成功的,產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異、材料用量較大節(jié)省、施工時(shí)間大為縮短、成本與現(xiàn)澆施工基本相當(dāng)。
5、為加速推廣應(yīng)用預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵,建議中國(guó)混凝土與水泥制品工業(yè)協(xié)會(huì)協(xié)同有關(guān)部門(mén),組織力量、攜手協(xié)力、創(chuàng)造條件,在全國(guó)各地更多地研制開(kāi)發(fā),使這種已在國(guó)外廣為應(yīng)用的預(yù)制裝配化鋼筋混凝土箱涵產(chǎn)品在我國(guó)也得到更快地發(fā)展。
產(chǎn)品研制單位:廈門(mén)市千秋業(yè)水泥制品有限公司
 
 
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