陈小文 姚东方 吕朝乾 聂浩宇

1. 中铁四局集团建筑工程有限公司 安徽 合肥 230022；2. 美国科罗拉多大学波尔德分校 美国 科罗拉多州 波尔德 80303

叠合装配式管廊结构体系是根据结构受力特点将廊体拆分成标准预制构件，将经工厂规模化加工成型的叠合板预制构件运输至施工现场，经拼装定位后浇筑混凝土形成一个完整廊体，即采用预制结合现浇的方式建设地下综合管廊的一种新型结构体系[1-5]。该结构体系经试验研究理论分析证明其可靠性，经工程实践证明其实用性，能够达到等同现浇的施工效果，施工速度快、效率高，节能环保，可操作性强，能有效保证工程质量。

1 工程概况

海口市是国家首批地下综合管廊建设试点城市之一，目前海口正在加快推进地下综合管廊建设，其中标准段管廊占总体管廊建设的60%～70%。对标准段叠合装配式管廊结构体系拆分的研究，为管廊建设提供了技术支持，提高了生产效率，保障了工程质量和工期。

椰海大道西延段管廊东起海榆中线，西至长天路段，里程桩号K7＋447.5～K10＋191.6，全长2 744.1 m，廊体结构为单层双仓。美安四横路、美安一纵路可采用叠合装配式结构体系施工的里程桩号分别为K0＋240～K0＋380（140 m）、K1＋949～K2＋218（269 m）。

2 拆分关键技术研究

2.1 廊体结构拆分总体设计

根据地下综合管廊廊体结构特点，将管廊拆分为4大构件：叠合式双层外墙板、叠合式双层中隔墙板、叠合式单层顶板和底板。所有墙体均为双层板，顶板为单层板。所有叠合板除局部节点外板厚均为80 mm，叠合板预制长度均为3 m。具体说明如下：

1）墙体下部与现浇底板连接区域内板刮薄至60 mm，以实现节点连接；外墙迎水面顶部与顶板钢筋连接区域内板刮薄为60 mm，以实现节点连接；顶板与顶板连接区域内，先拼装的顶板在连接区域内板厚刮薄至60 mm，以实现钢筋搭接。

2）沿其管廊宽度方向的侧边设置的上翻导墙与叠合式双层墙板连接，底板上翻导墙高度为加腋高度加外墙厚度，此处为弯矩零点附近；上翻导墙与叠合式双层墙板连接处设置有止水钢板。

3）叠合板内每600 mm设置1道桁架筋，保证叠合板在连接和拼装后满足设计受剪性能要求。

4）叠合式单层顶板通过U形套箍与叠合式双层墙板形成暗梁连接；在相邻2节管廊的叠合式单层顶板之间和叠合式双层墙板之间分别设置凹槽和拼缝，然后相邻2节管廊分别通过设置在凹槽中的暗梁和拼缝处的暗柱连接，连接后的若干节管廊通过整体浇筑形成廊体（图1）。

2.2 BIM建模和钢筋碰撞检查技术研究

1）通过Revit软件建立BIM模型，对叠合装配式综合管廊进行排布，根据排布情况确定预制构件的生产量以及预制混凝土浇筑量（图2）。

图1 叠合装配式三仓管廊截面

图2 通过BIM技术进行叠合板排布

2）通过BIM模型，对叠合装配式管廊进行钢筋碰撞检查，对结构拆分进一步优化（图3）。

图3 钢筋碰撞检查

2.3 节点钢筋连接

预制结构体最重要的环节是节点连接，而钢筋连接是节点连接的重中之重，故而对节点处钢筋连接形式的研究势在必行。叠合装配式管廊共分为6大节点：外墙板-底板、中隔墙-底板、外墙-顶板、中隔墙-顶板、墙板-墙板、顶板-顶板。其中墙体-底板采用预留插筋搭接锚固方式，墙体-顶板采用U形套箍连接方式，墙板-墙板连接后置钢筋笼形成暗柱，顶板-顶板连接后置箍筋和角筋形成暗柱。

1）叠合式双层外墙板由迎水面面板和背水面面板通过钢筋骨架连接组成，迎水面面板相对于背水面面板的一面的上端和下端的板厚分别变薄形成凹槽，背水面面板标高小于迎水面面板标高。面板中竖向分布钢筋呈倒U形布置，水平分布筋呈环形布置，中间用桁架筋连成整体。叠合式双层中隔墙板与外墙板形式类似，由2块面板组成，中间用桁架筋连成整体。叠合式单层顶板为单面板，其上下2层纵向分布筋和水平分布筋均为环形布置，中间用桁架筋连接（图4）。

2）中隔墙-顶板与外墙-顶板节点连接大致相似，节点连接各呈现T、Γ形，两侧顶板水平钢筋呈环形布置，墙体竖向受力筋呈倒插U形布置，通过锚固实现节点连接，拼装完成后，此节点处绑扎角筋和加腋筋（图5）。

图4 叠合板竖向剖面

图5 上部节点连接

3）墙体与底板连接采用底板上预留插筋进行搭接锚固，节点呈L、丄形，其锚固长度取拆分设计长度，现浇底板上翻导墙高度为外墙墙厚加腋角高度（图6）。

图6 下部节点连接

4）墙板-墙板连接，在拼装完成后，于墙体空腔内放置成型的钢筋笼形成暗柱，暗柱长边尺寸不小于构造暗柱的抗震锚固长度，短边尺寸与管廊侧壁现浇部分的厚度一致，以此增加节点刚度，拼装缝处镶嵌橡胶止水条以达到防水效果。顶板-顶板连接通过在连接区域内凹槽后置箍筋和角筋形成暗梁，暗梁的长度根据拆分设计要求确定，高度为顶板水平筋排距；拼装缝处镶嵌橡胶止水条以达到防水效果（图7）。

2.4 有限元模拟分析技术研究

图7 横向连接

建立ABAQUS损伤塑性模型，该模型当中混凝土为单轴拉压荷载作用下的本构关系，同时为了让混凝土单元更好地表现出塑性特性，设置了混凝土单元的拉伸损伤和压缩损伤特性。本模型中的钢筋采用了各向同性弹塑性材料模型，其在多轴应力状态下满足Mises屈服准则，在反复荷载作用下其强化准则采用了随动强化模型。拼缝面是预制结构有别于现浇结构的重要特征之一，该拼缝面的处理关系到有限元模型能否反映预制拼装结构的特点。拼缝面处的混凝土结构单元在试件的受力全过程中主要起传递压力、剪力和弯矩的作用。基于此，叠合板预制构件与现浇的叠合面采用在对应接触面上设置接触单元进行模拟（表1）。

表1 有限元参数

由图表分析（图8、表2）可知：

1）有无加腋时，叠合装配式管廊的极限承载力比现浇混凝土综合管廊低10%～15%，故在拆分过程中需要适当增大叠合装配式管廊连接钢筋的面积。

2）取消加腋将使其极限承载力降低约3%。此外，取消加腋将使得综合管廊在开裂后的结构刚度显著降低，故在拆分过程中若取消加腋，则需要对节点进行优化补强。

3 叠合装配式管廊施工的先进性

1）实现建筑产业化五大变革：手工—机械、工地—工厂、施工—总装、农民工—产业工人、技术工人—操作工人，产能大、自动化程度高，可同时供应多条管廊拼装施工，加快管廊施工进度，缩短工期。

2）减少现场支模和钢筋绑扎作业量、现场现浇混凝土工程量，大幅度减少了施工现场的工人用量，缩短了工期，有利于文明施工和环境保护。

图8 钢筋混凝土应力云图

表2 极限承载力

3）与整体预制管廊相比，该体系不仅能够满足单仓、单层双仓、双层四仓等多种标准结构断面形式，而且能实现非标段管廊的预制装配建设。

4）预制构件标准化生产，提升了廊体外观质量，可以免装修；安装工程的埋件提前预埋，减少了后期安装时的开槽工程量，加快了设备安装的进度。

4 结语

叠合装配式管廊结构体系能够起到方便施工、降低成本的效果，同时提高了管廊结构的防水质量、减少了安全风险；管廊混凝土浇筑不依赖于模板，节约木工作业人员投入，缩短工期、降低成本，且连接简单，运输方便，组装快捷，可大大提高过程中的施工效率；在实施时，可以免去模板支架作业，大大降低传统支架在施工过程中的安全风险和隐患，节能环保，符合绿色施工的理念；管廊内受力主筋均预埋于预制构件内，减少现场钢筋绑扎工作量，降低投入，缩短工期。本研究可以作为预制叠合板施工标准化案例，为以后其他预制叠合板施工提供参考，为国家预制装配式管廊规范的编制提供有力依据。