用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管--预制混凝土盖板式涵管.pdf

2 0 1 3年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0NC RE T E AND C EME NT P RODUC T S 2 01 3 No 9 S e p t e mb e r 用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管 预制混凝土盖板式涵管 曹生龙 ( 北京市市政工程研究院， 1 0 0 0 3 7 ) 摘要 ： 以北京特大暴雨产生的安 全问题为 背景 ， 结合 国务院 办公厅下发的通知精神 ， 指 出了加快修建城 市地 下 蓄水设施 ， 提 高城 市排水 防涝能力的建议 意见。 介 绍 了用于修 筑城 市地下蓄水池的预制装配化 混凝 土涵管形式 ， 列 出 了预制混凝土盖板式涵管常用的产品规格表 并 简要说明 了该类涵管 内力的计算 方法。 关键词 ： 预 制混凝 土盖板式涵管 ： 蓄水 池： 排 水防涝 A b s t r a c t ： B a s e 0 n a c a s e o f t o r r e n t i a l r a i n s t o r m i n B e i j i n g a n d c o m b i n e d w i t h t h e s p i ri t o f t h e n o t i c e p u b l i s h e d b y t h e g e n e r a l o f fic e o f t h e s t a t e c o u n c i l o n Ma r c h 2 5 ，2 0 1 3 ，s o me a d v i c e o n b u i l d i n g u r b a n u n d e r g r o u n d s l u i c e f a c i l i t i e s a n d i mp r o v i n g t h e u r b a n d r a i n a b i l i t y a r e p u t f o r wa r d T h e k i n d s o f p r e f a b ri c a t e d c o n c r e t e c u l v e r t s f o r b u i l d i n g u r b a n u n d e r g r o u n d r e s e r v o i r s a r e i n t r o d u c e d T h e p r o d u c t s p e c i fi c a t i o n t a b l e c o mmo n l y u s e d f o r t h e p r e c a s t c o n c r e t e c u l v e rt wi t h c o v e r p l a t e i s l i s t e d a n d t h e i n t e r n a l f o r c e c a l c u l a t i o n me t h o d o f t h e c u l v e rt i s b r i e fl y i l l u s t r a t e d Ke y wo r d s ： P r e c a s t c o n c r e t e c u l v e r t wi t h c o v e r p l a t e ； I mp o u n d i n g r e s e r v o i r ； Dr a i n a g e a n d w a t e r l o g g i n g p r e v e n 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 ) 0 9 2 6 0 6 1 加紧修建城市地下蓄水池成为当务之急 2 0 1 2年 7月 2 1日一场特大暴雨袭击京城 ( 如 图 1所示 ) ，造成北京 7 7人死亡和重大财产损失 ， 引发广泛关注和对城市安全的担忧 其 中焦点之一 是我国城市排水系统设计标准过低 ， 排水能力严重 不足 。我 国正处于高速城市化发展 阶段 ， 尽快提高 城市排水防涝能力 ， 已成为我国城市化发展的当务 之 急 图 1 北京 2 0 1 2 7 2 1 暴雨后景象 目前 ， 已有人提 出我国多数城市雨水排水系统 设计 标准过低 ， 但是 ， 一 味扩大雨水排水系统的设 计 ， 可能造成其他灾难性的后果。因为上游排水管 网扩 建 ， 会 给下 游 排 水 管 网造成 “ 压 力 ” ， 下 游 排 水 管网中最薄弱的环节就会产生“ 顶托” 等 问题 从地 面上 能看到的就是雨水井盖被 冒出来 的水 顶到一 一 2 6一 边形成一个“ 喷泉” 。同时也受下游河道排水能力的 限制。 此外 ， 地下管 网的改造牵一发而动全身， 排水管 道的扩大 ， 涉及其他管网 ， 比如燃气 、 自来水等其他 管道的挪移 ， 以及地铁等的位置 ， 所以城市很多地方 的管道已经不具备大规模改扩建 的条件。即使排水 管网完成改建 ， 承接雨水的河道改扩建也非常难 ， 很 多城市河道更不具备改扩建条件 。 全面提高城市防涝 、防洪和防汛 的应急处置能 力 、 作为解决城市“ 内涝 ” 的办法之一 ， 应着 眼于修 筑地下蓄水池 ， 加快雨洪利用工程建设 。雨下来 以 后 ， 让雨水 先从 积聚 的地 点进 入地下 蓄水 池 ， 顺 利 排 出去 ， 不造成地面长时间积水 。从源头上控制雨水 的外排水量 ， 从而减轻下游排水管 网的压力 。构成 有效的城市综合防汛抗灾能力 为城市构筑排水防 涝 、 筑堤防洪和实施应急预案等三道坚固屏障。 修筑地下蓄水池不仅有集 蓄雨水再利用 的功 能 ， 而且对缓解排水压力 、 解决城市“ 内涝” 具有重要 作用 。北京“ 7 2 l ” 特大暴雨后 的调查发现 ， 在建设 了集雨工程的地方 雨水不外泄 ， 道路未形成径流 ， 有效缓解了排水管 网和河道的压力。 2 0 1 3年 3月 2 5 13 国务院办公厅下发 关 于做 好 城市 排水 防涝设 施建 设 工作 的通 知 ( 国办发 2 0 1 3 2 3号) 。通知要求 ， 2 0 1 3年汛期前 ， 各地区要 曹生龙 用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管 认 真排查隐患点 ， 采取 临时应急措施 ， 有效解决当 前影响较大的严重积水 内涝 问题 ， 避免因暴雨 内涝 造成人员伤亡和重大财产损失 。2 0 1 4年底前 ， 要在 摸清现状基础上 ， 编制完成城市排水 防涝设施建设 规划 。 力争用 5年时间完成排水管网的雨污分流改 造 ， 用 1 0年左右的时间 建成较为完善 的城市排水 防涝工程体系。 通知要求加快设施建设 ， 加大资金投人 ， 各地 区要提高城市建设维 护资金 、 土地 出让 收益 、 城市 防洪经费等用于城市排水 防涝设施 改造 、 建设 和维 护资金 的比例。发展改革 、 财政 、 水利 、 环保 等部 门 要结合相关资金渠道 ， 对符合条件 的城市排水 防涝 设施改造 、 建设项 目予 以支持。健全法规标准 ， 完善 应急机制 。要在 2 0 1 3年汛期前制订、 完善城市排水 与暴雨内涝防范应急预案 。同时， 强化 日常监管 ， 加 强科技支撑。 通知还要求 有关部 门要按照 职责分 工 ， 各司 其职 ， 加强配合 ， 共 同做好城市排水防涝工作。各地 区要把城市排水防涝工作作为改善 民生 、 保障城市 安全的紧迫任务 ， 切实落实城市人民政府 的主体责 任 ， 加强排水 防涝工作行 政负责制 ， 将其 纳人政府 工作绩效考核体系。 “ 十二五” 期间 ， 北京市将投资约 1 0 0 0亿元 ， 规 划安排水务建设项 目， 其 中包括结合道路桥梁建设 和城市积水点改造 ， 规划建设集雨工程 2 3 0处地下 蓄水池 重点解决下 凹式立交桥 的排水 问题 ， 减小 雨洪对城市运行安全 的影响 。 全 国各地在 国务 院办公厅通知的要求下 也必 将高度重视 ， 投入资金 ， 建设相应的排水防涝设施。 我 国水泥制品行业经改革开放以来 3 0年的大 发展 ， 已有足够的能力制造用于大型地下蓄水池工 程 的预制装配化混凝土涵管 ，能为保 障城市安全 、 改善 民生 、 避免生命 、 财产重大损失作 出应有 的贡 献 。 2抓住机遇 。开发研制适于应用在大型排水管道 和地 下蓄 水池 的 新型产 品 2 1 修 筑地下 蓄水池工程是预制混凝土涵管 的巨 大 市 场 当前 由政府主持 与水 泥制品产 品相关 的大型 地下工程主要有三项 ： 地下铁道管片； 综合管 廊用涵管； 收集雨水用地下蓄水池。 北京市相关部 门确定 ， 2 0 1 2雨 季后至 2 0 1 3年 雨季前 需在 2 0座下沉式立交桥下修筑防涝蓄水 池 ， 但其 中只有一座蓄水池采用预制混凝土圆管装 配化施工 ， 其余采用 的都是开挖现浇 的混凝土 蓄水 池 。 当前规划部门正在设计制定用于修筑蓄水池的 标准图集 ， 水泥制品企业应及时和完整地提供预制 装配化施工适宜用于地下蓄水池 的涵管产品图纸 以便采纳于图集 中。 应该说 ，城市排水防涝工程的涵管用量是相 当 大的，北京莲花池立交桥下修建容量为 l O 0 0 0 m 3 蓄 水池 ， 按直径 3 0 0 0 m m圆管内孔体积换算 ， 需总长为 1 4 1 5 m管道 ， 1年 内修筑 2 0座 ，总量约为 3 0 k m的 0 3 0 0 0 mm圆管 ， 5年内修筑 2 3 0处 ，如果全部采用 混凝土管 ， 总需量约为 3 4 5 k m。 但是由于历史的原因，预制装配化涵管尚未被 充分认积 ， 还未广泛应用 。建筑产业化工业化 生产 、 装配化施工 ， 已在全 国各地蓬勃开展 ， 我们应 该努力 ， 为更适宜产业化 的管道 蓄水池市场多 做贡献。 2 2 预制和现浇混凝土蓄水池 的主要优缺点 2 2 1 预制混凝土管装配化施工所筑地下蓄水池的 主要优点 ( 1 ) 经济可行 ， 工程费用低于现场浇筑混凝土结 构 ， 总费 用可减 少 4 以上 ( 2 ) 极大缩短现场施工工期 ， 总天数可减少 4 0 以上 社会效益显著。 ( 3 ) 预制装配化工程质量优于现浇工程。 ( 4 ) 预制装配化混凝土蓄水池在现场为干作业 ， 施工机械作业噪声低 、 基本不造成环境污染 ， 施工现 场文明、 有序而整洁， 具有 良好 的节能环保效益。 2 2 2 现场浇筑混凝土蓄水池的主要缺点 ( 1 ) 施工作业 时间长 、 现场湿作业工作量大、 需 较长的混凝土养护增强时间 ， 开槽后较长 时间不能 回填 ， 施工工期延长对城市运行有较大不利影响。 ( 2 ) 在现场制作 中， 地下水对施工有较大影响 ， 需将地下水降至底板标高 以下 ， 才能浇筑混凝土 ， 增 加施工成本 ， 也不利于生态环境的保护。 ( 3 ) 现场制作 的混凝土抗渗性能不如工厂 内制 作 的混凝土 ， 容易局部发生渗漏 ， 影响蓄水池 的使 用 功能 。 ( 4 ) 现浇混凝土的构筑物易出现裂缝( 涵体边墙 通裂等) 。裂缝会引起渗漏 ，影响结构应力状态； 如 结构物所处环境具有侵蚀性介质 ， 介质通过裂 隙浸 入结构， 会引起钢筋的锈蚀 ， 影响构筑物承载能力和 耐久性 ， 缩短地下蓄水池 的使用寿命。 ( 5 ) 现场制作 的整体混凝土蓄水池 ， 地基如有不 均匀沉降、 或受外荷载 ( 如地震) 作用 ， 易发生变形。 因此 ， 要求提高基础承载力， 增大基础设计等级。 一 2 7 2 0 1 3年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 9期 3用于修 筑 地下 蓄水 池 的预 制装 配 化 混凝 土 涵管 型 式 用 于地下蓄水池的预制混凝土涵管的管型对 建设地下蓄水池 的工期 、建设费用等有重 大的影 响， 应设计 、 选用适宜用于地下 蓄水池 的预制混凝 土涵管。 各种预制混凝土涵管 ， 圆形 ( 圆管或管片 ) 、 矩 形 ( 箱涵 ) 、 三圆拱形( 三圆拱涵) 、 四圆拱形 ( 四圆拱 涵 ) 、 弧线组合形 ( 弧涵) 、 椭 圆形 ( 椭涵) 等 ， 既可用 于市政综合管廊 ， 也可用作预制装 配化地下混凝土 蓄水池。这些涵管在修筑地下蓄水池时 ， 可以采用 开槽施工工法或不开槽施工工法。 地 面 地 面 除此以外 ，本文将主要介绍适宜用于大形排水 管 道和可用作地下蓄水 池的预制装配化施工混凝 土盖板式涵管。 4预制 混凝 土盖板 式涵 管的型 式设计 4 1 预制混凝土盖板式涵管简介 预制混凝土盖板式涵管 ( 简称盖板涵 ) 型式如图 2所示 ，由下部沟槽构件和上部盖板构件两部分组 成 。中小型盖板涵多为单仓形式 ， 大型盖板涵可为 双仓或 三仓 组成 。 多仓盖板涵的盖板形式分为整体式和分体式两 种， 图 2 ( b ) 盖板为整体式 ， 也可采用分体式盖板( 见 图 3 ) ， 按仓分为两块 ， 分别加盖于双仓沟槽槽壁上。 地 面 沟槽 盖板 ( a ) 一单仓盖板涵 ( b ) 一双仓盖板涵 图 2预制混凝土盖板式涵管结构示意图 整体式或分体式盖板的形式主要取决于盖板涵 的尺寸大小和生产、 施工 吊运条件。小型盖板涵盖 板重量不大 ， 多用整体式盖板 ， 减少制造和施工安装 吊运量 。大型盖板涵的盖板重量大 ， 受生产和吊运 重量能力限止 ， 可用分体式盖板 。对于盖板与沟槽 连接处有抗渗防水要求的， 宜用整体式盖板。 4 2 盖板 与沟槽 的连接 形 式 盖板搁置在沟槽槽壁顶端 连接形式主要有两 种 ： 搁置式及嵌入式。形式的选定取决于盖板涵功 沟槽 平板式 砂浆 盖板 1 沟槽 盖板 2 图 3分体式盖板示意 图 能要求 如果对盖板与沟槽连接处无抗渗防水要求 者 ， 常用搁置式 ， 制造和安装较为简便 。有一定抗渗 防水要求者宜选用嵌人式。连接处连接材料按抗渗 要求可在砂浆、防水油膏及遇水膨胀胶圈等材料中 选取 。 4 - 3 盖板与沟槽断面型式 ( 1 ) 盖板断面型式 盖板横向断面( 见 图 4 ) 分 为三种型式 ， 平板式 与双坡式 、 下凸式 。跨径不大的选用平板式 ， 跨径较 ( a ) 一搁置式连接 、 平板式盖板 ( b ) 一搁置式连接 、 双坡式盖板 ( c ) 一嵌人式连接 、 下 凸式盖板 图 4盖板与沟槽连接方式及盖板 断面形式 大者宜用双坡式或下凸式。 盖板纵 向断面主要有两种型式 按盖板顶面的 抗渗防水要求分别选用平直形和嵌槽形 ( 见图 5 ) 。 一 28一 接缝填塞材料平直形为砂浆 ， 嵌槽形 内层填塞 防水 油膏 、 外层填塞砂浆。 ( 2 ) 沟槽断面型式 曹生龙 用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管 砂浆 平直形 油膏砂浆 嵌槽形 ( a ) 一平 直形 盖板 ； ( b ) 嵌槽形盖板 图 5盖板纵 向断面型式 沟槽断面型式根据盖板涵管 断面尺寸大小及 抗渗防水要求主要由四种形式组合成多种盖板涵型 式 。 边墙型式： 直壁形， 如图 2 ( a ) 所示， 壁板内外 侧均为竖向直线； 斜壁形， 如图6 所示 ， 壁板内侧 为竖向直线 ， 外侧为斜线 ， 在大型盖板涵 ， 埋土深度 较大 、 侧 向土压力大的情形下采用 。 槽壁顶端形式：平直端 ( 适于搁置式盖板 用) ， 如图2 ( a ) 所示 ； L 形端( 适于嵌入式盖板用) ， 如图 6所示。 平板式 图 6 斜壁形沟槽断面型式 沟槽 内侧底端多设八字角 ， 增强 沟槽底端抗 弯 承载能力。尺寸大小与盖板涵管断面成正 比， 也 与 盖板涵管功能相关。一般取与沟槽边墙厚度相当尺 寸 。 4 4 预制混凝土盖板式涵管的接 口和装配连接方式 盖板涵与普通圆管相似 ， 接 E l 要求分为 ： 允许渗漏接E l ， 大多用于排洪及农业灌溉等 管道。 如图 7 ( a ) 所示 ， 可用平直形接 E l ， 以砂浆等材 料作为密封材。 允许少许渗水接H， 用于城市雨水排放及农 业灌溉等管道。可用平直形接 口、 企 口形接 口 见图 7 ( b ) ， 以砂浆 、 防水油膏等作为密封材。 严密型接E l ， 不允许发生渗漏 ， 用于排放污 水等对渗漏有严格要求 的管道 。可用 凹凸形 接 口 见图 7 ( c ) 、 承插 H形接 口 见图 7 ( d ) ， 以油膏、 橡 胶圈、 遇水膨胀胶圈等作为密封材。 承 口形接 口可 L 砂 浆 一 1 ( a ) 一平直形接 口； ( b ) 一企 口形接 口 ( c ) 一 凹凸形接 V I ； ( d ) 一 承插 口形 接 口 图 7预制混凝土盖板式涵管接 口示意图 用单胶圈，也可用双胶圈。双胶圈便于施工期间检 验接 口的抗渗性能。 沟槽安装连接方法也以对接 口抗渗防水要求来 确定 ： 直放型， 两节沟槽之间无搭桥连接。用于接 口允许渗漏的接 口。 搭板连接型， 两节沟槽间以钢板连接。用于 有抗渗防漏要求的接 口。 采用钢板搭接 ( 见图 8 ) ， 可 防止沟槽管节间相 对位移 保证接 口的抗渗性能 。 制作方法有 ： a 沟槽预制时埋人连接件 ，在现 ( a ) 一焊接连接 且 且 皿 ( b ) 一螺 栓连接 图 8 沟槽 连接方式示意 图 一 2 9 2 0 1 3年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 9期 场管节安装到位后 ， 用钢板焊接连接或螺栓连接。 b 连接件在现场后置 ， 打孔安装膨胀螺栓再 以搭板连 接。连接件可用普通钢材或不锈钢材制作。 纵向钢筋加压连接方式， 两节沟槽之间由钢 筋从预 留孔 中穿芯。 张拉施加一定压力锚固。用于 不许渗漏严密型接 口。盖板涵纵向穿筋加压连接方 式 见 图 9 。 图 9 盖板涵纵 向穿筋加压连接方式示意图 图 1 0为盖板涵纵向穿筋孑 L 布置示意图。 4 5 预制混凝土盖板式涵管常用产品规格表 盖板涵断面选择决定于侧 向荷载值的大小 因 图 1 0 盖板涵纵向穿筋孔 布置示意 图 而槽壁厚度 由埋设深度及盖板涵的高度确定 。一般 分为两类 ： 轻型和重型 。轻型使用在埋深 0 6 2 O m， 重型使用在埋深 2 m以下至 6 m。实际生产中为了减 少钢模数量 ， 便于生产管理 ， 同一断面尺寸盖板涵 的管壁厚度取单一厚度 ； 也可进一步减少不 同高度 盖板涵 的壁厚规格 ， 以便组合式钢模 的应用 ； 可 以 通过调整钢筋用量 ， 满足不同埋设深度及涵管高度 变化对承载能力的要求。 表 1为预制混凝土盖板式涵管常用产 品规格 ， 其涵管的壁厚可根据工程工况条件作 1 0 的调整。 表 1 预制混凝土盖板式涵管常 m 5 预制混凝土盖板式涵管的内力计算 限于篇幅 本文只简述单孔盖板涵的计算方法。 中小跨径盖板涵可用下述方法计算结构内力。 5 1 盖板计算 盖板按简支板梁计算 ( 简图见图 1 1 ) 。 计算跨径 ： 一 3 0一 =z 最大弯矩 ： = ( g ) 式中， l o 为净跨 ； 为计算跨径； 为板厚 ； g 为竖 向 土压力及 地面活荷载对涵顶所产生 的压力 之和 ； g 曹生龙 用于城市地下蓄水池 的新型混凝土涵管 图 1 1 盖板涵顶板计算简 图 为 盖板 自重 。 5 2边墙计算 边墙 由横 向荷载按照一端 固定一端简支梁计 算 ， 盖板涵边墙计算简图和内力图分别见图 1 2和图 l 3。 图 l 3盖板涵边墙 内力 图 R A = q c lH - o (q - q c P R q ciH - ( q - q c l 内力 ： = R 一 g口 X2 一( q c2 - q c 1 ) 面 X 3 当 x = Z -l 时 ： M H 一 H 式 中 为边墙 下 端弯 矩 ： 为 盖板 涵 匕 端 侧 向 荷载 ； g 口为盖板涵下端侧 向荷载 ； 日 为盖板涵边墙 计算高度 ； 为边墙 A点支座反力 ； R 为边墙 B点 支 座反 力 ； 如 图 1 2所示 。 5 - 3底板计算 与边墙 固结的底板 ，可按等断面倒置梁计算 。 图 1 4为盖板涵底板 的计算简图。图中为平衡上部 竖向荷载的地基反力。底板的计算跨径通常取边墙 外缘 长度 。 图 1 4 底板计算简 图 底板最大弯矩 ： M _-刍 一M A B o 式 中， 为底板 中最大弯矩 ； 为底板计算跨度 ； Ma 、 Mm为由边墙传至底板 的弯矩 ； q 为底板的地 基 反力 。 6 结语 ( 1 ) 国务院要求用 1 0年左右 的时间 ， 建成较为 完善的城市排水防涝工程体系 ， 尽快提高城市排水 防涝能力 ， 成为我 国城市化发展 的当务之急 ， 在这 期间各地政府将会投入大量资金 规划建设水务项 目。水泥制品生产企业应抓住机遇 。 开发研制适于 应用在大型排水管道和地下蓄水池的新型产品 ， 开 拓水泥制品新的使用领域。 ( 2 ) 大 断 面排 水 管 道 预制 混 凝 土盖 板 式 涵 管 ， 既可用作雨水 、 污水排放管道 ， 又可用作地下蓄 水池。 ( 3 ) 要 和当地管理 、 设计部门结合 ， 绘制标准产 品图册 ， 供管理、 设计 、 施工部门采用 ， 纳入地方标准 化产品 目录。 ( 4 ) 保证产品质量 ， 满足功能要求 ， 在地下排水 防涝建设 中发挥预制装配化水泥制品的优势。 收稿 E 1 期 ： 2 0 1 3 0 7 2 3 作者简 介： 曹生龙 ， 男 ， 教授级高工。 联 系电话 ： O 1 0 8 8 5 8 6 1 6 7 E mai l ： c s l4 3 4 6s o h u c o m 一 3 1