装配式排水箱涵设计与施工.pdf

2 0 1 3年第 1 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONC RE T E AND C EMENT P RODUC T S 2 01 3 No ． 1 2 De c e mb e r 装配式排水箱涵设计与施工 黎晓林 ， 郝身群 ， 刘建 华 ( 洛阳城市建设勘察设计 院有限公司 ， 4 7 1 0 2 3 ) 摘要 ： 分析 了箱涵预制装配的可行 性 ． 介绍 了装配 式排 水箱涵的设计 、 构件 的结构计算 以及箱 涵的装 配施 工方 法 。 关键词 ： 排 水箱涵； 构造设计 ； 结构计 算； 装配施 工 Ab s t r a c t ： n l e f e a s i b i l i t y o f t h e p r e c a s t b o x c u l v e r t i s a n a l y z e d 。a n d t h e d e s i g n 。c a l c u l a t i o n me t h o d s o f c o mp o n e n t s t r u c t u r e a n d c o n s t r u c t i o n me t h o d o f t h e p r e f a b r i c a t e d d r a i n b o x c u l v e rt a r e i n t r o d u c e d ． Ke y wo r d s ：Dr a i n b o x c u l v e r t ； Me c h a n i c a l d e s i g n ； S t ruc t u r e c a l c u l a t i o n ； F a b r i c a t e d c o n s t r u c t i o n 中图分类号 ： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 — 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 1 2 — 2 4 一 O 3 0前言 城市排水系统大多是采用暗管排放。支管收集 雨水或污水 ． 汇集至干管 ． 最终 汇至总管排入水体 或污水处理厂。管径较小的支管和干管一般都是采 用圆管， 圆管具有施工方便 、 造价低的优点。大断面 的排水管较 少采用圆管 。 一般是采用矩形涵 ． 因为 同样高、 宽 ， 圆管的流量只有正方形涵的 7 8 ． 5 ％左右 [ 1 1 ，矩形涵充分利用了四角的断面面积 。另外 ， 排水 管有时受到接纳水体标高的限制 ，埋深不能太深 ， 排水管道高度尺寸也就受到了限制 。 矩形涵可 以不 增加高度而增加宽度来扩大过水断面。大管径的圆 管 自重很大 ． 施工难度和费用大幅增加 ， 如 ： 一节长 度为 2 m、 直径 2 m 的圆管 ， 重量 达到 1 0 t ， 施工需要 3 0 t 以上的吊车才能将管子吊入沟槽 。大管径 的管 材造价也大幅增加 。因此 ， 大管径排水管一般都是 采用矩形涵 。 1 箱涵 预制 装配 的可 行性 矩形涵在工程 中的应用 ， 多采用散体材料现场 施工的钢筋混凝土箱涵和混合结构盖板涵。钢筋混 凝土箱涵具有构造尺寸小 、结构强度高等优点 ， 在 实际工程中应用较多 。 但现场施工钢筋混凝土箱涵 需要现场绑扎钢筋 、 支模 、 浇筑 、 养护 ， 因此 ， 施工周 期较长 ， 在工期 紧的情况下 ， 现场施工钢筋混凝土 箱涵便显露出其不足网 。 装配式预制箱涵是按一定的长度分节，将顶 棱、 底板’ 、 两个侧壁分成四个独立的部分， 采用钢筋 混凝土预制成构件 ， 单件构件重量较轻 ， 方便制作 、 运输和施工。采用现场装配组合成大孔径的排水箱 涵 ， 既有现场施工钢筋混凝土箱涵的优点 ， 又能克 一 2 4一 服施工周期长的弊病 。 工厂预制加 工钢筋混凝土构 件质量容易控制。 2装配式箱涵设计 2 ． 1 构造设计 装配式箱涵分为底板 、 侧壁、 顶板三部分四个构 件 ， 侧壁与底板 、 顶板连接采用榫槽构造 。底板和顶 板两侧设 置楔形 的凹槽 ， 侧壁的上 、 下 沿都带有楔 形凸榫 ， 凹槽的斜度与凸榫一致 ， 底板 、 顶板的凹槽 与侧壁凸榫相互吻合 。在底板 凹槽和侧壁上端凸榫 处沿箱涵纵向设置纵向密封条卡槽 。底板的两端宽 出箱涵的外壁一定长度 ． 用于设置拉杆和护帮 。底 板的边缘每隔一定间距设置一个预埋件 ， 侧壁 的外 侧距离下沿 1 ／ 2 ～ 1 ／ 3侧壁高度对应底板预埋件 的位 置也设置预埋件 ， 用于箱涵装配时安装拉杆。底板 凹槽 的两侧设置注浆管 ． 底板 的底部设置纵横相通 注浆槽 ． 其 目的是装配时注浆使底板充分与基础安 装 稳 固 箱涵 的节长根据箱涵 的大小、 单个构件重量 和 方便施工等因素确定 ． 一般 2 ～ 4 m为宜， 尽量是 0 ． 5 m 的倍数 ， 预埋件距构件横 向端部 0 ． 2 5 m， 间距根据计 算确定 ， 一般每 O ． 2 5 0 ． 5 m设置一个。 箱涵的横向连 接采用企 口， 节间横 向接 口也采用密封条 ， 在企 口 凸榫处设置横 向密封条卡槽 。装配式箱涵构件横断 面见 图 1 。 2 ． 2 装配设计 装配式箱涵应根据箱涵尺寸、 埋深、 地基承载力 等进行必要 的装配构造设计 。箱涵装配时 ， 两侧壁 的下端凸榫镶嵌在底板的凹槽 内 ， 两侧壁 的上端 凸 榫镶嵌在顶板的凹槽 内， 侧壁 与底板连接实际为铰 黎晓林 ， 郝身群 ， 刘建华 装配式排水箱涵设计与施工 ’ 横向密封条卡槽、 J 侧壁 3 m的计算简 图 一 2 5一 ‰ 2 0 1 3 年第 1 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 2期 按下式计算 ： + ( ) ( 8 ) + 蒜 ( ) ( 8 ) = + ( ) ( 9 ) = ( 1 0 ) = ( 1 1 ) 式 中： 为侧壁底 端在组合 作用下 的弯 矩 ， k N m； 为侧壁 底端 处底板 在组合 作用下 的弯 矩 ， k N m； S A 。 为侧壁底端的抗扰刚度 ， k N m； S A A为 底板视为弹性地基上平面变形截条时 ， 侧壁底端处 底板 的抗扰 刚度 ， k N m； M 为侧壁底端视为 固定 支承时在 组合作用下 的固端弯矩 ， k N m； ? l f 为底 板视 为弹性地基 的变形截条 ，在侧壁底端锁定 不 产生角变位时 ， 组合作用对该处产生 的固端弯矩 ， k N m； E为混凝土的弹性模量 ， N ／ m m 2 ； 为侧壁的 截面惯性矩 ， m 4 ； ， c 为底板 的截面惯性矩 ， m 4 ； 为底 板抗扰刚度系数 ， 与柔性参数 有关。 内力计算完成后， 进行承载力极 限状态计算与 正常使用极限状态验算。应注意以下三点： ①顶板、 底板及侧壁按偏心受压构件配筋 ， 底板 和顶板也可 按受弯构件配筋； ②顶板及底板的抗剪校核， 在覆 土较厚 的情况下 ， 板厚 主要 由剪力决定 ， 可采用板 内配置弯起筋的方式加强抗剪；③应计算顶板、 底 板和侧壁的榫槽抗剪 。 设置抗剪钢筋。 侧壁按照上部铰接下部 固定计算配筋 。 由于拉 杆和护帮的作用 ， 对侧壁受力是有利 的 ， 计算 固端 弯矩和抗扰刚度时 ， 高度 日是否可取箱涵 内顶至拉 杆与侧壁的固定点 ， 是否可进行优化有待探讨 。 3 装配式箱涵的施工 装配式箱涵施工流程见图 5 。 开 挖沟槽H基 础施工H安 装底板 H底板注浆 图 5 装配式箱涵施工流程 图 沟槽开挖和支护与常规的管道施工一样。基础 施工应满足设计的地基承载力要求。混凝土基础顶 面标高可略低于设计标高 ， 宁低勿高， 可采用注浆 调整 。按 照设计 中线安装底板 ， 在箱涵横 向企 口的 密封条卡槽处嵌入橡胶密封条 ， 密封条的长度要留 一 2 6一 出环绕箱涵一周的长度 ， 并留出 1 0 c m 的搭接长度 ， 搭接放在箱涵顶板 中央。将相邻 的两节底板挤紧 ， 两个相邻 的预埋件采用钢筋焊接锁定 ， 注意不要影 响拉杆的安装。在底板和侧壁的密封条卡槽处嵌入 密封条 ．密封条 的搭接可在- 1 0 c m范 围内将密封 条切成斜面 ， 无需胶粘 ， 斜面挤压后 自密封。 向底板注浆管内注浆， 使浆体充满底板底部 ， 浆 体比例为水泥： 粉煤灰 ( 或细砂) = l ： 1 。浆体终凝后安 装侧壁 ， 用临时支撑 固定侧壁 ， 校正侧壁的垂直度和 箱涵的对角线， 满足要求后先将一侧的拉杆焊接好 ， 安装顶板 ． 使顶板两侧的凹槽都镶嵌在侧壁的凸榫 内并且合槽 ， 再将另一侧的拉杆焊好 。支模浇筑护 帮混凝土 ， 养护至设计强度 的 7 5 ％时可进行沟槽 回 填 ， 箱涵两侧 回填应同时进行 ， 高差不超过 3 0 c m， 沟 槽回填压实度应达到设计要求 。箱涵内装配接缝处 采用聚氨酯密封胶填缝 。 4结 语 随着经济发展 。 城镇化进程的加速 。 城市建设用 地面积不断扩大 ， 雨水 汇水 面积增大 ； 城市用地紧 张 。 硬化地面的 比例提高 ， 综合径流系数随之提高 ， 城市排水管道的设计流量增大 。箱涵在城市排水系 统 中应用越来越多 。 采用装配式箱涵可以取代施工 工序繁琐的现浇钢筋混凝土箱涵 ， 具有施工周期短 ， 质量容易控制等优点。 该项 目已获得 国家专利授权 ， 专利证书号 Z L 2 0 1 1 2 0 5 0 2 7 9 6 ． 2 。装配式箱涵可以按 不同的净宽分为不同的系列 ， 按不同的净高 、 覆土厚 度分为不 同的规格 ， 以适应不同流量和埋深的需要 ， 形成产业化生产 ， 作为一种新型的建筑材料推广应 用 。 参考文献 ： 【 1 】 黎晓林， 刘建 华． 大 口径排水管道优化设计研究[ J ] ． 中国给 水排水． 2 0 1 3 ， 2 9 ( 1 3 ) ： 6 0 — 6 3 ， 6 8 ． 【 2 】 郑俊杰 ， 罗德 丕， 马强， 等． 装配式 盖板 涵受力特 性及 构件 搭接处强度分析[ J 】 ． 土木工程与管理学报． 2 0 1 2 ， 2 9 ( 1 ) ： l - 4 ． 【 3 ]3《 给水排水工程结构设计手册》 编委会． 给水排水工程结构 设计手册【 M1 ． 第二版． 北京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 7 ． f 4 1 北京市市政工程设计研究总院． C E C S 1 4 5 ： 2 0 0 2给水排水 工程埋地矩形管管道结构设计规程[ s ] ． 北京： 中国计划出版 社． 2 0 0 3 ． 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 1 0 - 2 6 作者筒介 ： 黎晓林 ( 1 9 6 9 一 ) ， 女 ， 高级工程师 。 通讯地址 ： 河南省洛 阳市洛龙科技 园区宇文凯街 1 0号 联 系电话 1 3 8 3 7 9 7 2 7 0 3 E - m a i l ： ly lj h 0 6 2 5 @1 2 6 ． c o m