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摘要:

對(duì)預(yù)制綜合管廊現(xiàn)有的三種生產(chǎn)成型工藝(立模澆筑工藝、臥模澆筑工藝、芯模振動(dòng)工藝)進(jìn)行介紹，分析對(duì)比三種成型工藝的特點(diǎn)，指出各工藝存在的不足之處并提出初步的解決辦法。

關(guān)鍵詞:

預(yù)制綜合管廊；預(yù)制箱涵；成型工藝

近年來，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，政府部門建設(shè)地下綜合管廊的項(xiàng)目全面啟動(dòng)。地下綜合管廊又稱之為共同管溝，可埋設(shè)在主干道或人行道下，將以往分散埋設(shè)的電力、通信、熱力、燃?xì)?、給水、生活污水、雨水等各種工程管線納入在一條共同的地下管廊內(nèi)，集中管理、維護(hù)。一旦出現(xiàn)問題，相關(guān)人員可直接進(jìn)入管廊通道內(nèi)部進(jìn)行檢修，無需反復(fù)挖開地面、阻斷交通，是解決“馬路拉鏈”難題的有效途徑。地下綜合管廊建設(shè)方式分為現(xiàn)澆法和預(yù)制法兩種，其中現(xiàn)澆法需要明挖開槽、封閉施工，施工期間阻斷交通時(shí)間長(zhǎng)，直接受到外界不良天氣的影響，施工質(zhì)量可控性差。預(yù)制管廊比現(xiàn)澆管廊具有更多的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和優(yōu)越性，管廊預(yù)制生產(chǎn)在工廠內(nèi)進(jìn)行，原材料、成型、養(yǎng)護(hù)等工序過程可控性強(qiáng)，管廊產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定、可靠;現(xiàn)場(chǎng)施工有雨天、地下水等情況下可帶水作業(yè)繼續(xù)施工，開挖、吊裝后可立即回填覆土、恢復(fù)交通，施工工期短［1，2］。綜合管廊大多采用矩形截面，預(yù)制綜合管廊同樣是矩形截面占主導(dǎo)地位，一般使用預(yù)制箱涵來代稱預(yù)制綜合管廊。

1預(yù)制箱涵的結(jié)構(gòu)形式

預(yù)制箱涵按照分倉(cāng)數(shù)量形式可分為單倉(cāng)箱涵和多倉(cāng)(雙倉(cāng)、三倉(cāng)及三倉(cāng)以上)箱涵［3］，按照結(jié)構(gòu)形式可分為四種(a)整體式、(b)上下拼塊式、(c)門形拼裝式、(d)蓋板式［4］，詳細(xì)如圖1所示。根據(jù)《GB50838－2015城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》8.1.8條的設(shè)計(jì)要求，綜合管廊的防水設(shè)計(jì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)防水［5］。預(yù)制箱涵接口處設(shè)計(jì)按照工程的抗?jié)B漏要求設(shè)計(jì)不同的企口形式，拼接企口普遍采用類似管道承插口的錯(cuò)臺(tái)形式而非平口模式，在企口縫錯(cuò)臺(tái)處使用雙膠圈密封防水，如圖2所示。綜合管廊埋于地下，內(nèi)部存在帶電管線、燃?xì)夤芫€、熱力管線等，管廊內(nèi)部必須保持干燥環(huán)境。從地下工程防水抗?jié)B的要求來考慮，預(yù)制箱涵的拼接節(jié)點(diǎn)越少越好，拼接節(jié)點(diǎn)越少，工程結(jié)構(gòu)防水抗?jié)B施工的可靠性越高。分體式箱涵存在較多的拼接縫，防水施工節(jié)點(diǎn)多，防水施工投入的材料、人工等成本增高，因節(jié)點(diǎn)處防水失效而發(fā)生滲水的風(fēng)險(xiǎn)更高。故整體式矩形箱涵的應(yīng)用更值得推薦，后文研究?jī)?nèi)容也都是圍繞整體式預(yù)制箱涵展開。

2預(yù)制箱涵成型模具及設(shè)備

預(yù)制箱涵根據(jù)成型工藝所使用的模具類型可分為立模澆筑、臥模澆筑、芯模振動(dòng)三種成型方式［6］。

2．1立模澆筑工藝

立式鋼模(簡(jiǎn)稱立模)是由承口底模、內(nèi)模、角模、外模、插口上模、底座以及支撐架組成，如圖3。模具靜止豎立于地面，從上端“回”形面澆入混凝土，混凝土的澆筑、填充方向比較順暢，從下到上。主要使用插入式振搗棒輔助振實(shí)，經(jīng)分層振搗密實(shí)成型。拆模時(shí)外模板向外張開，內(nèi)模拆除角模后內(nèi)模板向內(nèi)收縮，在產(chǎn)品兩側(cè)的預(yù)埋鋼圓筒插入帶帽的鋼柱，在鋼柱露出部套上吊裝帆布帶，使用起重機(jī)吊起產(chǎn)品，產(chǎn)品與底模分離完成脫模。

2．2臥模澆筑工藝

臥式鋼模(簡(jiǎn)稱臥模)是由底模、外模、內(nèi)倉(cāng)模、承口側(cè)模以及插口側(cè)模組成，如圖4。模具靜止臥放于地面，從上端頂板面澆入混凝土，在底板處混凝土水平流動(dòng)，要求混凝土的流動(dòng)性好，內(nèi)倉(cāng)模底板上每隔30cm處預(yù)留一個(gè)排氣孔，利于底部混凝土排出氣泡，澆筑過程較慢。使用附著式振動(dòng)器和插入式振搗棒輔助振實(shí)，經(jīng)分層振搗密實(shí)成型。

2．3芯模振動(dòng)工藝

芯模振動(dòng)成型工藝是目前國(guó)內(nèi)外成型鋼筋混凝土箱涵最先進(jìn)的工藝設(shè)備。芯模振動(dòng)成型工藝設(shè)備由振動(dòng)芯棒、模型(內(nèi)、外模1套和底座多套)、管口碾壓成型機(jī)構(gòu)、布料機(jī)、操控室和混凝土攪拌機(jī)等系統(tǒng)組成，整個(gè)生產(chǎn)工藝機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，成型后即刻脫模，產(chǎn)品僅需自然養(yǎng)護(hù)，見圖5、圖6。

3成型工藝分析

3．1立模澆筑工藝分析

立模澆筑工藝的優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作技術(shù)門檻低，采用立模的構(gòu)件廠家最多。由于填充方向簡(jiǎn)單，可使用流態(tài)混凝土(坍落度不低于150mm)澆筑，脫模后的產(chǎn)品內(nèi)、外面光滑平整，外觀質(zhì)量高。立模澆筑生產(chǎn)前必須調(diào)整地面和底座的平整度，對(duì)模具水平度要求很高，如果模具下部不水平，上口抹面時(shí)，一部分混凝土低于模具收口處，而另一部分會(huì)溢出。箱涵產(chǎn)品成型脫模后，整個(gè)插口面與地面不垂直，與另一個(gè)預(yù)制箱涵的承口面不能緊密貼合，影響產(chǎn)品安裝后的密封性，防水抗?jié)B隱患大。立模澆筑產(chǎn)品時(shí)即使采用分層澆筑、振搗，澆筑到最后箱涵上口(插口)部分容易出現(xiàn)水泥漿過多現(xiàn)象，全是水泥漿、沒有或只有很少粗骨料。產(chǎn)品成型后，插口處缺少粗骨料，因漿體收縮大而導(dǎo)致的開裂裂紋、裂縫極易出現(xiàn)，這些裂紋、裂縫又會(huì)導(dǎo)致箱涵安裝拼接后的防水、抗?jié)B漏性能達(dá)不到要求。箱涵上口處的裂縫是內(nèi)外壁貫穿性裂縫，修補(bǔ)處理時(shí)需要開槽、注漿封堵。開槽處理會(huì)進(jìn)一步破壞箱涵的主體，并且這種修補(bǔ)處理只能處理當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的裂縫，該部位內(nèi)部缺少粗骨料、收縮大，后期繼續(xù)開裂的風(fēng)險(xiǎn)仍然存在?，F(xiàn)有的解決辦法是在澆筑混凝土完成后，刮出多余的漿體，在上口額外填入適量粗骨料，可以減少該部位開裂的概率，但會(huì)影響上口處收面的平整度，依賴于操作工人的經(jīng)驗(yàn)。另外，采用立模澆筑工藝，產(chǎn)品吊裝前必須翻轉(zhuǎn)，需要在產(chǎn)品兩側(cè)預(yù)埋四個(gè)鋼圓筒。產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，將帶帽鋼圓柱插入圓筒，鋼圓柱的外端套上帆布吊帶，起重設(shè)備吊起箱涵后，以鋼圓柱為軸完成箱涵產(chǎn)品的翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)過程詳見圖7、圖8。預(yù)制箱涵的質(zhì)量普遍在10～20噸甚至以上，十分巨大、笨重，翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)品的邊角稍微沒保護(hù)到位就容易被碰壞。所以翻轉(zhuǎn)操作時(shí)節(jié)奏要慢，還具有一定的危險(xiǎn)性，要避免產(chǎn)品被撞壞。箱涵翻轉(zhuǎn)、吊裝完畢后，這四個(gè)鋼圓筒內(nèi)要填充混凝土，外部做某些防銹處理，對(duì)箱涵整體的耐久性來說仍是其薄弱點(diǎn)，影響管廊的結(jié)構(gòu)使用年限。

3．2臥模澆筑工藝分析

臥模澆筑工藝的優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)緊湊，模具拆裝快速，脫模后的產(chǎn)品外觀質(zhì)量較好。由于底板部位的上端封閉、不易振搗，底板澆筑時(shí)主要依賴于混凝土的流動(dòng)填充，需使用大流態(tài)混凝土(坍落度不低于200mm)澆筑。箱涵的承、插口部位在模具的兩端模，與澆筑方向平行，振搗時(shí)混凝土氣泡可以向上順利排出，成型后的承、插口表面光滑平整，箱涵安裝時(shí)的拼接縫就會(huì)變小，防水施工就能夠節(jié)約材料，拼縫的密封防水抗?jié)B漏質(zhì)量有保證。臥式模具產(chǎn)品脫模后，產(chǎn)品的方向與堆放、安裝方向一致，無需翻轉(zhuǎn)，如圖9。產(chǎn)品擺放時(shí)，底面平整，與地面的接觸面積大、不易破損。臥模澆筑工藝制作時(shí)，即使箱涵模具的內(nèi)倉(cāng)底模板上每隔30cm留有一個(gè)直徑2cm的圓形排氣孔，產(chǎn)品的內(nèi)壁底面仍會(huì)有大量氣泡無法及時(shí)、全部排出。這些由底板混凝土內(nèi)部排出的氣泡遇內(nèi)倉(cāng)底模排不出去，就會(huì)破碎、組合成若干大氣泡形成填充不滿的坑洞，影響產(chǎn)品外觀。該缺陷處理辦法之一就是在混凝土澆筑完成后2小時(shí)左右(混凝土基本失去流動(dòng)性之后、初凝之前)，揭開、取出內(nèi)倉(cāng)底模，在底板混凝土表面的坑洞內(nèi)填入適量的細(xì)石混凝土或砂漿，刮平后使用鐵抹子輕輕拍打至出漿，抹平收光后重新蓋上內(nèi)倉(cāng)底模繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至箱涵脫模，即可解決內(nèi)腔底板外觀質(zhì)量問題。

3．3芯模振動(dòng)工藝分析

芯模振動(dòng)成型工藝的優(yōu)點(diǎn)是其使用的是干硬性或半干硬性混凝土，混凝土成本較低，產(chǎn)品后期開裂風(fēng)險(xiǎn)小，防水抗?jié)B漏性能良好。該種工藝可以即時(shí)脫模，生產(chǎn)占用場(chǎng)地最少，模具周轉(zhuǎn)快、生產(chǎn)效率高。產(chǎn)品成型后即可脫去外模和芯模，兩套外模配上足夠多數(shù)量的底模的情況下，一條芯模生產(chǎn)線日產(chǎn)量可達(dá)40節(jié)箱涵以上。芯模振動(dòng)是立式成型，產(chǎn)品安裝前同樣要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)操作要注意避免產(chǎn)品破損。芯模振動(dòng)的缺點(diǎn)是模板上無法固定預(yù)埋裝置，如外側(cè)的起吊預(yù)埋件、內(nèi)倉(cāng)側(cè)壁用作固定電纜線支架的預(yù)埋螺絲套筒等預(yù)埋件。外側(cè)的起吊預(yù)埋件可以在脫模后挖開混凝土拌合物鑿出，但影響美觀，如圖10。內(nèi)側(cè)的電纜線支架預(yù)埋螺絲套筒可以在箱涵安裝后在側(cè)壁相應(yīng)位置上鉆孔，植入化學(xué)膨脹錨栓，但后期鉆孔會(huì)對(duì)箱涵結(jié)構(gòu)造成一定的不良影響。圖10成型后鑿出起吊用預(yù)埋件圖11箱涵表面孔洞密布芯模振動(dòng)成型工藝使用的是干硬性或半干硬性混凝土，產(chǎn)品成型后的內(nèi)、外表面都不夠光滑平整，產(chǎn)品表面直徑大于5mm以上的大氣孔較多，相比前兩種工藝外觀質(zhì)量要差，詳見圖11。芯模振動(dòng)成型工藝的工作原理為激振力橫向傳遞、沿法線方向激振力衰減。在生產(chǎn)方形構(gòu)件時(shí)四個(gè)直角處混凝土需要的振動(dòng)力要求最大，而實(shí)際中四個(gè)直角處傳遞的振力最小。當(dāng)箱涵口徑大于2.5m時(shí)，芯棒至內(nèi)模板垂直距離1.25m，芯棒振力至箱涵內(nèi)模角距離1.77m，由于內(nèi)模板與芯棒的距離最大值與最小值相差過大，這個(gè)距離差會(huì)造成振力不一或相互抵消部分振力，形成過振或者欠振，這也是造成外觀質(zhì)量孔洞的原因。所以，目前芯模振動(dòng)成型工藝僅適用于生產(chǎn)口徑2.5×2.5m以下的較小口徑、單倉(cāng)箱涵，如果生產(chǎn)大口徑、雙倉(cāng)及多倉(cāng)箱涵，仍需采用普通鋼模具立式或臥式澆筑振動(dòng)工藝制作。

4結(jié)語

(1)預(yù)制箱涵的產(chǎn)品質(zhì)量受到成型工藝的影響，目前的這三種成型工藝都不夠完善，各有優(yōu)、缺點(diǎn)，三種成型工藝都有繼續(xù)改進(jìn)的空間。采用立模和臥模成型工藝是目前較為成熟的技術(shù)，芯模振動(dòng)成型雖然生產(chǎn)效率最高，但在未解決安裝預(yù)埋件的技術(shù)問題前，不宜大力推廣。(2)介紹了單倉(cāng)預(yù)制箱涵的整體澆筑三種不同的成型工藝，實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)箱涵的類型進(jìn)行選擇。多倉(cāng)箱涵、大口徑箱涵(超大、超重)的預(yù)制生產(chǎn)不建議整體性預(yù)制，建議分拆成單倉(cāng)箱涵或組合板塊結(jié)構(gòu)分別預(yù)制生產(chǎn)，最后到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，以解決不易制作、運(yùn)輸和吊裝的問題。(3)采用預(yù)制箱涵建設(shè)城市地下綜合管廊的施工方式在節(jié)能降耗、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率等方面優(yōu)勢(shì)明顯，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。隨著預(yù)制箱涵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新工藝、新工法的提出能夠解決現(xiàn)今生產(chǎn)成型工藝存在的諸多技術(shù)難點(diǎn)，預(yù)制箱涵的產(chǎn)業(yè)前景會(huì)更美好。

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作者:吳勇 李洪豐 單位:中建科技有限公司深圳分公司