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          預應力裝配式箱涵在水利工程中的應用經驗

          2019-04-16 15:41:26

          太和引水入城工程友誼河預應力箱涵長度約1.5km,原設計方案為明渠開挖,因地處高層小區與工業園區夾縫中,施工空間非常狹小,河道開挖深度較大、危險性較高,現場不具備開挖施工條件。該段河道位于小學旁邊,河道開挖后會對安全意識薄弱的學生造成極大的安全隱患,且周邊工廠排放污水極易流入河道中對水體造成污染。此外,該處地下水位較高,河道開挖大面積降水會對周邊建筑物的穩定造成很大影響。因此為加快施工速度,減少安全隱患,該段決定采用埋設預應力預制箱涵的方式設計施工。本工程箱涵為三孔并排結構形式,原始地面高程約34.0m,基底高程 29.0m,基坑開挖深度約5.0m。

          預應力預制箱涵施工相比河道工程,具有如下優點:

          (1)箱涵基坑開挖較河道施工所需作業面較小,成功解決了施工現場空間狹小、施工干擾大等問題;

          (2)因箱涵開挖斷面較小,所需降水半徑減小,解決了工程中大量抽排水的問題,減小了對周邊建筑物的影響;

          (3)箱涵采用縱橫向預應力三孔形式,整體性強、受力均勻,沉降量非常小,質量得到有效保證;

          (4)箱涵較河道施工周期短,減少了邊坡垮塌的安全風險,加快了施工進度;

          (5)采用縱橫向多段整體預應力三孔箱涵通水,水利行業目前尚無應用,屬于高新科技創新項目,且實用性強。

          一、預應力箱涵設計

          1. 單榀箱涵設計

          箱涵工程主要建設工程內容包括進口段、出口段、涵身段。本段箱涵除進出口段單體進行現場澆筑外,其余涵體均在箱涵預制場提前進行預制,到達齡期后出場運送至施工現場進行安裝。

          預制箱涵設計流量為14.7~29.3m3/s,標準為20年一遇,箱涵混凝土強度為C40,斷面尺寸外徑3.1×3.1m,壁厚0.3m,單節長度2.5m,三孔并排形式??v向預應力采用有粘結預應力鋼絞線,橫向預應力采用精軋螺紋鋼,預留700mm做錨頭封堵。預應力通道采用粘稠度16~18s水泥漿進行灌注。箱涵斷面如圖1所示。

          2. 單排箱涵設計

          箱涵單體結構圖

          圖1 箱涵單體結構圖

          箱涵吊裝完成后進行預應力張拉、本工程箱涵橫向為三孔并排形式,相鄰箱體間分別進行預應力連接,采用4根Φ25精軋螺紋鋼進行連接。涵體中間采用高壓聚乙烯閉孔板,調整軸線方向,防止錯位。橫向預應力最大值不超過120kN,見圖2。

          箱涵單排結構圖

          圖2 箱涵單排結構圖

          3. 單元箱涵設計

          本工程箱涵縱向每三節作為一個單元進行張拉連接??v向預應力為高強低松弛鋼絞線(底部每孔三束,上部每孔一束),通過預應力將箱涵連接成整體??v向預應力最大不超過300kN。張拉完成后通過預留孔口將16~18S的水泥漿注入預應力通道內,注漿采用真空注漿的方式。

          相鄰兩個單元之間通過預應力進行連接,使箱涵形成一個整體,避免不均勻沉降的發生,降低對地層地質條件的要求。

          箱涵單元結構圖

          圖3 箱涵單元結構圖

          二、優特點

          1. 預應力

          1.1 特點

          (1)在水利系統中混凝土箱涵大多采用非預應力現澆混凝土制作,本工程首次引進預應力預制箱涵作為輸水通道的理念。

          (2)地下管廊及交通隧道所用預制箱涵多是通過預應力鋼筋對相鄰兩節涵體進行連接,而本工程箱涵是通過鋼絞線將多節箱涵連接成一個整體,且橫向也設有預應力的連接。

          1.2 優 點

          (1)原設計河道上口寬度約40m,改為預制箱涵施工后基坑開挖寬度縮小至15m,開挖面積減小,避免大面積降水對周圍建筑的影響;相比河道施工而言,箱涵施工速度大幅提升,基坑坍塌風險時段縮短;箱涵作為全封閉的輸水通道,與周邊工廠排放污水隔離,避免造成對河道水體的污染;箱涵位于小學旁邊,相對于河道過水,箱涵通水徹底消除了學生發生溺水的安全隱患。

          (2)本工程箱涵每個單元內涵體之間以及單元與單元之間均通過預應力進行連接,使箱涵形成一個整體,避免不均勻沉降的發生,降低對地層地質條件的要求。

          (3)箱涵在多節涵體間實施連接,與每兩節箱涵進行一次連接相比,張拉次數減少,投入的人員設備減少,加快施工進度。

          (4)箱涵底部預應力采用3束鋼絞線,能夠有效抵消地面摩擦力,使箱涵連接更加緊密,且大大提高了箱涵底部的抗彎強度。

          (5)箱涵頂部可作為維護運行及施工道路使用,節約土地資源,減少工程投資項目。

          2. 接縫止水

          2.1 特點

          (1)相對于常規現澆箱涵采用紫銅止水片或橡膠止水帶止水,本工程預制箱涵接縫采用雙膠圈加端面遇水膨脹膠條作為止水材料。

          (2)接口型式為柔性企口,并利用預應力予以壓緊,使得止水效果更好。

          2.2 優 點

          (1)本工程預制箱涵接口及密封型式為柔性企口雙膠圈加端面遇水膨脹膠條,相對普通密封膠圈,止水性能更好。

          (2)預應力壓緊使得箱涵連接更加密實,接縫止水更加可靠,還可防止管道沉降變形。

          (3)此止水方法既可以防止箱涵內部水體流失,又可阻止外部污水匯入污染水體。

          三、推廣前景

          1. 國內箱涵應用現狀

          現階段國內混凝土箱涵主要應用在以下幾個方面:

          1.1 水利系統

          在我國,水利系統中混凝土箱涵大多采用非預應力現澆混凝土制作,由于國內尚無完善的預制裝配化混凝土箱涵的生產工藝及裝備,預應力預制混凝土箱涵在水利系統中的應用還處于起步階段。

          1.2 城市地下綜合管廊

          為避免道路反復開挖,合理利用地下空間,加快施工周期,地向綜合管廊應運而生,通信、電力、熱力、天然氣等管道均可以布置在地下管廊內,不僅可以延長管道使用壽命,方便后期擴容,檢查修復也較為方便。目前地下管廊一般是相鄰兩節涵體間相互連接,單孔結構形式,且孔徑較小。

          1.3 地下人行通道、機動車隧道、小型車庫

          隨著人們對城市交通線路暢通無阻的需求日益增加,合理開發地下空間已經成為我國城市建設的必然選擇,箱涵作為地下通道的主要形式,在交通建設中已得到廣泛應用,其結構類型多為大口徑單倉形式,相鄰兩節涵體相互連接。

          2. 預應力箱涵發展前景

          當前,我國城市向智慧城市、海綿城市、低碳城市等方向發展,城市當中的地下綜合管廊、交通管廊、輸水通道等均可采用預應力預制箱涵的方式進行施工。

          標簽: 箱涵 預應力
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