預(yù)制混凝土箱涵設(shè)計(jì)與制造技術(shù)探索

  2013年2014年二年間國(guó)務(wù)院下發(fā)了五個(gè)文件：《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》、《關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見(jiàn)》、《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》、《關(guān)于開(kāi)展展城市地下管線普查工作的通知》 、《關(guān)于開(kāi)展中央財(cái)政支持地下綜合管廊試點(diǎn)工作的通 知》，一場(chǎng)圍繞“城市基礎(chǔ)設(shè)建設(shè)”的大幕已經(jīng)拉開(kāi)，近兩年來(lái)各地相應(yīng)有不少大型排水、排洪管道及綜合管廊開(kāi)工建設(shè)。不少地區(qū)通過(guò)當(dāng)?shù)厮嘀破菲髽I(yè)的努力，已取得不少合同，預(yù)制混凝土箱涵得到很大的發(fā)展。

  由于預(yù)制混凝土箱涵(簡(jiǎn)稱(chēng)為箱涵)在我國(guó)大規(guī)模的應(yīng)用尚屬初創(chuàng)階段，免不了會(huì)有一些技術(shù)問(wèn)題，如不能及時(shí)妥善解決，有可能對(duì)預(yù)制混凝土涵管的推廣應(yīng)用帶來(lái)不利影響。本文作者就接觸到的幾個(gè)工程中所感受到的一些問(wèn)題介紹如下，并提出本人的看法，與大家共同探索預(yù)制混凝土箱涵的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及施工等技術(shù)問(wèn)題，使預(yù)制混凝土箱涵得到良性的發(fā)展。

  預(yù)制混凝土涵管的連接方式是形成管道質(zhì)量的重要因素。預(yù)制混凝土涵管的連接方式應(yīng)保證：① 在管道全壽命過(guò)程中接口密封的可靠性；② 預(yù)制混凝土涵管的連接方式應(yīng)能適應(yīng)施工工藝的要求，簡(jiǎn)單方便；③ 預(yù)制混凝土涵管的連接應(yīng)便于生產(chǎn)制造；④ 預(yù)制混凝土涵管的連接方式形式簡(jiǎn)單、成本低廉。

  箱涵連接形式主要有兩種：構(gòu)件間帶有縱向鎖緊裝置(縱向串接接口)的連接。構(gòu)件間無(wú)約束鎖緊裝置的連接。構(gòu)件間無(wú)約束鎖緊裝置的連接又分為剛性接口和柔性接口。

  ⑴  帶有縱向鎖緊裝置的連接——縱向串接方式（涵管端面壓縮膠圈密封）

  帶有縱向鎖緊裝置的連接把每節(jié)管子連接成整體，所用的方法即是在涵管中預(yù)留穿筋孔道，管節(jié)安裝時(shí)穿入高強(qiáng)鋼筋螺桿或鋼絞線，經(jīng)張拉鎖緊，管節(jié)就被串聯(lián)成有一定剛度的整體管道，用以抗御基礎(chǔ)不均勻沉降。因各節(jié)涵管間縱向具有壓力，故此類(lèi)管道常用涵管端面壓縮膠圈形式形成接口密封 (見(jiàn)圖1)。接口密封材料需用遇水膨脹膠圈。

  圖1 端面壓縮膠圈密封形式

  管節(jié)連接的錨固孔及操作見(jiàn)圖2、圖3。

  圖2 預(yù)制混凝土箱涵縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉連接方法

  圖3 以縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋螺桿連接的預(yù)制混凝土箱涵

  1—箱涵A；2—箱涵B；3—預(yù)應(yīng)力鋼筋；4—錨固螺母；5—張拉油缸

  縱向串接可以在兩個(gè)管節(jié)之間連接，也可在施工條件允許下，在多個(gè)管節(jié)間實(shí)施連接，以減少操作工序，加快施工工程進(jìn)度。如圖4所示，實(shí)施多個(gè)構(gòu)件預(yù)應(yīng)力張拉連接時(shí)，溝槽需在管節(jié)端部預(yù)留足夠的操作空間。

  圖4 多個(gè)預(yù)制混凝土箱涵縱向連接示意圖

  （弧號(hào)外數(shù)字，構(gòu)件長(zhǎng)度為1.5m；弧號(hào)內(nèi)數(shù)字構(gòu)件長(zhǎng)度為2m）

  縱向鎖緊錨固方式在錨固墊板上有可向穿筋孔道內(nèi)灌注水泥漿的孔洞,在張拉及錨固施工完成后,從注漿孔向穿筋孔道內(nèi)注入水泥細(xì)砂漿液,增加預(yù)應(yīng)力筋與箱體之間的握裹力及防止縱向鋼筋的銹蝕。如縱向串接鋼筋采用無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力鋼筋，可不予注漿。

  圖5 采用鋼絞線為縱向串接筋的錨具及無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力鋼絞線 

(a)—鋼絞線錨具；(b)—無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力鋼絞線

  縱向串接鋼筋，可以是貫穿整個(gè)箱涵管道管體（見(jiàn)圖6），也有前后箱涵分別連接的方式。

  圖6 縱向串接方式

  (a)—貫穿式連接；(b)—相鄰箱體式連接

  帶有縱向鎖緊裝置的連接——縱向串接方式，使涵管連接成為一個(gè)整體的管道，雖然以膠圈作為密封材料，但其接口已非柔性接口，而是剛性接口。因而當(dāng)管道基礎(chǔ)發(fā)生沉降時(shí)，在管體斷面內(nèi)產(chǎn)生沉降應(yīng)力。貫穿式連接，縱向串接筋施加的預(yù)應(yīng)力作用在整個(gè)箱涵斷面上，可以以此平衡基礎(chǔ)沉降應(yīng)力，施加足夠的縱向預(yù)應(yīng)力可避免此類(lèi)管道被折斷。相鄰箱體式連接，通過(guò)連桿把相鄰兩個(gè)箱體連接起來(lái)，對(duì)膠圈施加壓力達(dá)到接口密封的要求，但此種連接方式未在箱體內(nèi)形成預(yù)壓應(yīng)力，沒(méi)有抵抗沉降應(yīng)力能力，當(dāng)沉降應(yīng)力較大或縱向收縮位移較大時(shí)，有可能使箱體折斷(見(jiàn)圖7)。從而此種連接方式，應(yīng)對(duì)管道地基及基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并需控制施工質(zhì)量。

  圖7 縱向串接成整體的涵管，地基不均勻沉降裂縫

  一般縱向貫穿式連接也只是構(gòu)造要求對(duì)膠圈施加一定壓力，縱向預(yù)壓應(yīng)力較小，因此還應(yīng)從管道基礎(chǔ)從手，防止管道發(fā)生不均勻沉降。

  縱向串接另外幾種方式，大都用于接口有抗?jié)B防漏要求的小型箱涵：

  ① 搭板連接型，兩節(jié)箱涵間以鋼板連接。

  采用鋼板搭接（見(jiàn)圖8），可防止箱涵管節(jié)間相對(duì)位移，保證接口的抗?jié)B性能。

  制作方法有：a. 箱涵預(yù)制時(shí)埋入連接件，在現(xiàn)場(chǎng)管節(jié)安裝到位后，用鋼板焊接連接或螺栓連接。b.連接件在現(xiàn)場(chǎng)后置，打孔安裝膨脹螺栓再以搭板連接。連接件可用普通鋼材或不銹鋼材制作。

  ② 螺栓連接，箱涵兩端預(yù)留孔洞，安裝時(shí)插入連接支架，并以螺栓連接（見(jiàn)圖10）。

  圖8 溝槽連接方式示意圖（一）

  （a）—焊接連接；（b）—螺栓連接

  圖9 正在施工中的大型蓋板涵（搭板連接方式）

  圖10 溝槽連接方式示意圖（二）

  ③ 嵌槽螺栓連接，箱涵兩端預(yù)留嵌槽，安裝時(shí)插入連接螺栓，以螺栓連接（見(jiàn)圖11）。

  圖11 嵌槽型螺栓連接示意圖

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  ⑵  構(gòu)件間無(wú)約束鎖緊裝置的連接

  管節(jié)間不帶縱向鎖緊裝置，依賴(lài)承口與插口工作面的間隙壓縮膠圈密封涵管的接口，因而稱(chēng)之為“工作面壓縮膠圈密封”形式。

  構(gòu)件間無(wú)約束鎖緊裝置的連接管節(jié)，又分為剛性接口和柔性接口方式。接口形式主要有以下幾種：① 小企口接口，用砂漿或彈性材料密封（見(jiàn)圖12）；② 大企口膠圈密封接口，其分為帶膠圈槽的接口和無(wú)膠圈槽接口、單膠圈密封和雙膠圈密封接接口；③ 鋼承口接口，與大企口密封接口相同可分為帶膠圈槽的接口和無(wú)膠圈槽接口、單膠圈密封和雙膠圈密封接接口。

  密封膠圈斷面形式常用的為楔形膠圈和“O”形膠圈。

  當(dāng)前已在預(yù)制混凝土箱涵中應(yīng)用的接口有如下幾種形式：

  圖12 涵管常用接口----小企口形式示意圖

  (a)—小企口接口的插口；(b)—小企口接口的承口；(c)—小企口接口連接形式

  圖13 涵管常用接口----大企口形式示意圖

  圖14 涵管常用接口----雙膠圈大企口形式示意圖

  (a)

  圖15 涵管常用接口-----單膠圈鋼承口形式接口圖

  (a)承口與插口尺寸；(b) 承口與插口安裝到位后示意圖

  圖16 丹麥Pedershaab箱涵接口圖

  生產(chǎn)中應(yīng)按箱涵使用要求選用相應(yīng)箱涵接口型式，達(dá)到適應(yīng)接口密封要求。

  ⑶  構(gòu)件間有約束鎖緊裝置接口與構(gòu)件間無(wú)約束鎖緊裝置接口性能綜述

  ① 構(gòu)件間有約束鎖緊裝置接口優(yōu)點(diǎn)

  涵管制作簡(jiǎn)單，無(wú)需制作承插口；

  端面只需保證平整、平行，尺寸精度要求低；

  在地基和基礎(chǔ)具有足夠承載力條件下、涵管不發(fā)生沉降，接口膠圈壓縮率由縱向壓縮筋控制，壓縮率在運(yùn)行期間變化?。还艿纼?nèi)剛性管線沉降內(nèi)力??；

  管道整體剛度大，接口不發(fā)生位移和轉(zhuǎn)角；

  安裝速度快。

  ② 構(gòu)件間有約束鎖緊裝置接口缺點(diǎn)

  a.  對(duì)管道地基、基礎(chǔ)要求高。管道連接成整體，與現(xiàn)澆箱涵相比，現(xiàn)澆箱涵相隔15～30m需設(shè)置以橡膠止水帶為密封材料的沉降縫，以此避免地基沉降時(shí)涵管內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。而以構(gòu)件間有約束鎖緊裝置接口的管道，難以設(shè)置沉降縫，管道運(yùn)行過(guò)程中不可避免會(huì)發(fā)生地基沉降，涵管斷面內(nèi)必將引起內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)涵管會(huì)折斷。施工中管基如不平整，涵底也會(huì)產(chǎn)生懸空現(xiàn)象，同樣要增大內(nèi)力。

  貫穿整個(gè)箱涵管道的縱向串接，張拉鋼筋后在斷面內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以用以抵御沉降應(yīng)力，防止涵管折斷。相鄰箱體式連接方式的箱涵管道，涵體內(nèi)未形成預(yù)壓應(yīng)力，不具備抵御沉降應(yīng)力能力。因而管道設(shè)計(jì)時(shí)，需加強(qiáng)地基、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求；箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需對(duì)縱向配筋作計(jì)算。

  地基、基礎(chǔ)的加強(qiáng)又加大了豎向土壓力作用系數(shù)，作用加大，配筋需增多；

  不宜使用芯模振動(dòng)工藝成型，縱向筋錨固盒處易產(chǎn)生混凝土沉降裂縫；

  縱向連接成整體，不適宜頂進(jìn)法施工，管道糾偏難于實(shí)現(xiàn)，管底也易出現(xiàn)懸空現(xiàn)象；

  在壓力箱涵管道中，縱向推力大，縱向壓縮鋼筋難于承受，膠圈壓縮率也會(huì)產(chǎn)生變化，因而在壓力箱涵管道中不宜采用；

  需用遇水膨脹膠圈為接口密封材料，價(jià)格高于普通密封膠圈；

  需用縱向高強(qiáng)鋼筋或鋼絞線進(jìn)行預(yù)應(yīng)力操作縱向加壓，增加施工費(fèi)用和延長(zhǎng)施工作業(yè)時(shí)間。

  ③  構(gòu)件間無(wú)約束鎖緊裝置接口——工作面壓縮膠圈密封優(yōu)點(diǎn)

  涵管安裝施工簡(jiǎn)單，不需作預(yù)應(yīng)力操作；省去預(yù)應(yīng)力器材，費(fèi)用減少；

  此類(lèi)接口同于圓形混凝土管的接口，為柔性接口，可以適應(yīng)一定程度的位移和轉(zhuǎn)角接口不滲漏；

  降低對(duì)地基、基礎(chǔ)的要求，一般可以直接鋪設(shè)在素土平基或砂石墊層上；

  地基基礎(chǔ)越軟，底板中內(nèi)力越小，反而提高涵管承載能力；

  可用于開(kāi)槽施工，也可用于頂管施工；

  采用雙膠圈接口，施工中可對(duì)每一接口進(jìn)行接口抗?jié)B檢驗(yàn)，合格后可立即還土，在道路下建設(shè)的管道，可快速恢復(fù)路面通車(chē)，也縮短施工工期；

  可用普通膠圈為密封材料；

  施工速度快；

  管道工程費(fèi)用低。

  ④  構(gòu)件間無(wú)約束鎖緊裝置接口——工作面壓縮膠圈密封缺點(diǎn)

  工作面尺寸精度要求高，承插口接口制作難度大；

  安裝施工時(shí)，涵管安裝對(duì)中費(fèi)時(shí)，需用縱向推力（或拉力）裝置進(jìn)行安裝。

  ⑷ 構(gòu)件間有約束鎖緊裝置與工作面壓縮膠圈密封組合連接

  應(yīng)用在綜合管廊中的箱涵，管道中安裝有上水、中水與供熱管線，此類(lèi)管線大都以鋼材制作，大型綜合管廊為避免在此類(lèi)管線中引起縱向應(yīng)力，要求限止箱涵管道的沉降等變形。故而本文作者設(shè)計(jì)了工作面壓縮膠圈密封方式與縱向串接方式相結(jié)合的接口——構(gòu)件間有約束鎖緊裝置與工作面壓縮膠圈密封組合連接。

  圖17 構(gòu)件間有約束鎖緊裝置與工作面壓縮膠圈密封組合接口承口形式

  此種接口即能分別用作工作面壓縮膠圈密封接口、縱向串接端面壓縮膠圈密封接口，又能形成工作面壓縮膠圈密封方式與縱向串接相結(jié)合的接口，是我國(guó)用于混凝土涵管的新型接口。

  此種接口形式箱涵，在其腋角位置預(yù)留縱向連接筋的孔道與錨固孔，管道施工時(shí)穿入縱向連接筋并張拉錨固，約束鎖緊各節(jié)涵管成整體。

  ⑸ 當(dāng)前柔性接口在箱涵上的應(yīng)用，為了追求便于安裝，存在以下一些問(wèn)題影響接口閉水性能。

  ① 工作面坡角太大(圖18)；②承口工作面與插口止膠臺(tái)之間的間隙過(guò)大(圖19)；③接口工作面尺寸公差大。

  因箱涵體大量重，安裝時(shí)不易對(duì)中，因而有些單位加大了工作面的坡角，造成箱涵發(fā)生位移時(shí)，膠圈壓縮率損失很大，接口易滲漏。改進(jìn)的方法是不加大工作面的坡角，可適當(dāng)加大外導(dǎo)坡長(zhǎng)度和角度，增加安裝的可操作性。

  圖18 工作面坡角過(guò)大

  圖19為某工程頂進(jìn)用鋼承口的接口，鋼承口內(nèi)徑與止膠臺(tái)間隙為5mm，明顯膠圈被擠出工作面，膠圈沒(méi)有有效受壓縮，接口必然會(huì)漏水。

  圖19 承口工作面與插口止膠臺(tái)間隙間距太大

  ⑹  預(yù)制混凝土箱涵接口設(shè)計(jì)推薦形式

  ① 工作面間隙

  承口工作面與插口工作面間隙尺寸在圓形混凝土管中已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，但箱涵較多以組裝式模具成形承插口，圓形管大多以整體式模具成形承插口，因而箱涵承插口尺寸公差會(huì)大于圓形管的承插口尺寸公差，容易引起接口漏水。

  為了避免這種質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生，箱涵接口設(shè)計(jì)工作面的間隙應(yīng)加大1～2mm、膠圈高度也相應(yīng)放大1～至2級(jí)。在相同壓縮率之下的膠圈，大尺寸膠圈對(duì)尺寸公差敏感性降低，可提高承受尺寸誤差的量值。

  ② 承口與止膠臺(tái)間隙

  箱涵大多體大量重，安裝難度大，為了便于安裝，一些工程中加大了接口的間隙，造成了膠圈被擠出工作面，引起接口滲水。

  箱涵承口與止膠臺(tái)間隙不應(yīng)大于圓管?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相似數(shù)值，一般應(yīng)取≤3mm，特大箱涵(寬≥4m、楔形膠圈高度＞30mm)中在保證產(chǎn)品尺寸符合要求情況下也不宜大于4mm。

  ③ 采用雙膠圈密封形式

  目前預(yù)制混凝土箱涵推廣應(yīng)用中受到最大的質(zhì)疑是接口的密封抗?jié)B是否可靠的問(wèn)題，因而我們提供的產(chǎn)品除了保證優(yōu)質(zhì)制造外，還應(yīng)能提供可靠的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，使用戶能放心地應(yīng)用我們的產(chǎn)品。而能進(jìn)行單口檢驗(yàn)接口抗?jié)B能力(單口試壓)的雙膠圈接口應(yīng)成為我們優(yōu)先發(fā)展形式。

  ④ 使用于頂管工藝的鋼承口接口形式，須設(shè)置注漿口，且設(shè)置在插口止膠臺(tái)處為宜。

  預(yù)制混凝土箱涵箱體尺寸選取

  箱涵箱體尺寸主要是指箱涵的寬度、高度、管壁厚度和長(zhǎng)度。決定于箱涵的功能、斷面面積、工況條件、施工工藝等。

  ⑴  寬與高

  從箱涵結(jié)構(gòu)計(jì)算可知，箱涵配筋主要受寬度影響，寬度的變化對(duì)配筋影響大于高度對(duì)配筋的影響，因此，在能滿足箱涵管道功能要求的條件下，應(yīng)盡可能縮小寬度，增大高度。由此箱涵系列產(chǎn)品以寬度為基本參數(shù)確定。算例如表1所示。

  算例計(jì)算條件：壁厚300mm、埋設(shè)深度4m、地面荷載10kN/m²。

  混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30、鋼筋HRB235。

  表中以寬×高=4.0×3.0m箱涵為參照值，不同寬度及不同高度與之相比較。從中可知：

  ① 相同高度、寬度相差0.5m的箱涵，項(xiàng)板配筋相差約25%；

  ② 相同寬度、高度相差0.5m箱涵，頂板配筋只相差1.2～2.2%；

  ③ 箱涵高度變化對(duì)配筋變化影響較?。灰欢ǚ秶鷥?nèi)高度增加，頂板配筋反而減少。

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  ⑵  管壁厚度

  箱涵管壁厚度，受埋設(shè)深度、地面荷載大小、吊運(yùn)條件、施工工藝與管道功能要求所確定。對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)成本及施工成本均有較大影響，箱涵管型設(shè)計(jì)中應(yīng)經(jīng)充分對(duì)比再予以確定。

  不同壁厚對(duì)配筋影響的算例如表2，計(jì)算條件與上例相同。

  比較表中數(shù)據(jù)：

  ① 壁厚不同配筋量相差很大，自重也不同，應(yīng)綜合各項(xiàng)要求合理選取箱涵壁厚；

  ② 一般箱涵壁厚按內(nèi)寬的1/10～1/16的確定；

  ③ 預(yù)制混凝土箱涵一般均比現(xiàn)澆箱涵薄；

  ④ 壓力箱涵的壁厚按工況條件另行計(jì)算確定。

  ⑶  箱涵長(zhǎng)度

  箱涵長(zhǎng)度常用1.5m～3.0m。主要決定于生產(chǎn)及吊裝運(yùn)輸重量對(duì)生產(chǎn)、施工安裝和成本的影響。

  1.3 預(yù)制混凝土箱涵系列產(chǎn)品規(guī)格表

  箱涵系列產(chǎn)品規(guī)格的確定：

  ① 為適當(dāng)減少規(guī)格品種，有利于生產(chǎn)，以寬度為模數(shù)，高度在一定范圍內(nèi)調(diào)整；

  ② 箱涵結(jié)構(gòu)計(jì)算可知，側(cè)板及底板中的內(nèi)力小于頂板（某些壓力輸水箱涵除外），側(cè)板及底板的壁厚可取小于頂板壁厚，常為頂板厚度的0.8～0.9，但為便于工廠生產(chǎn)中組合模具的應(yīng)用，故表中取頂板、側(cè)板及底板的壁厚相同；

  ③ 表中箱涵壁厚以埋設(shè)深度6m內(nèi)計(jì)算；

  ④ 箱涵埋設(shè)于地層中，不能如圓管那樣以不同管基形式而適應(yīng)埋設(shè)深度的需要（見(jiàn)圖20），箱涵壁厚確定后只能以配筋量適應(yīng)埋設(shè)深度的要求，因而調(diào)整范圍較小。在實(shí)際生產(chǎn)中為求結(jié)構(gòu)的合理性，在生產(chǎn)中宜按合同中工況條件要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，選取最宜壁厚，以減少材料用量、降低生產(chǎn)成本；

  ⑤ 箱涵腋角可按箱涵功能調(diào)整尺寸大小，也可取不同尺寸寬與高的腋角。

  圖20 圓管以不同管基形式滿足不同埋設(shè)深度要求的示意圖

  (a)—埋設(shè)于土弧上的圓管；(b)—埋置于混凝土管基上的圓管；(c)—箱涵埋地示意圖

  特種箱涵

  ⑴  加柱、加肋大跨度箱涵

  預(yù)制工藝便于制作異形混凝土箱涵，特大跨度箱涵可以加肋、加柱等形式提高結(jié)構(gòu)承載能力，從而達(dá)到減少鋼筋用量、減輕自重等目的。

  圖21加柱、加肋大跨箱涵

  ⑵  預(yù)應(yīng)力混凝土箱涵

  大型箱涵，可在頂板、底板中施加橫向預(yù)應(yīng)力，減薄頂板、底板的厚度；減輕構(gòu)件重量，創(chuàng)造大型箱涵工廠化預(yù)制生產(chǎn)條件；降低用鋼量。

  在涵管內(nèi)輸水壓力超過(guò)0.1MPa的箱涵，稱(chēng)為壓力輸水箱涵，簡(jiǎn)稱(chēng)為壓力箱涵。當(dāng)箱涵內(nèi)孔尺寸規(guī)格大、輸送水壓高時(shí)，需要使用全預(yù)應(yīng)力箱涵，即不但在箱涵的頂板、底板內(nèi)配置預(yù)應(yīng)力筋，還需在側(cè)板內(nèi)配置預(yù)應(yīng)力筋，以承受內(nèi)壓在管壁內(nèi)產(chǎn)生的拉力，適應(yīng)大型有壓輸水箱涵的需要。

  1—預(yù)應(yīng)力鋼筋；2—普通鋼筋

  圖22 預(yù)應(yīng)力混凝土箱涵配筋示意圖

  （a）—單孔預(yù)應(yīng)力混凝土箱涵正面圖；（b）—側(cè)面圖；（c）雙孔預(yù)應(yīng)力混凝土箱涵正面圖

  在構(gòu)件上建立預(yù)應(yīng)力，一般是通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)張拉鋼筋和澆筑混凝土的先后順序的不同，可將建立預(yù)應(yīng)力的方法分為先張法和后張法。

  ① 先張法

  先張法是在專(zhuān)門(mén)的鋼模上張拉鋼筋，用錨具臨時(shí)固定在鋼模上，然后澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到足夠強(qiáng)度后，再放松鋼筋。在鋼筋回縮時(shí)，利用鋼筋和混凝土之間的粘接力，使混凝土受到壓力作用，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。

  先張法工藝簡(jiǎn)單，成本低，適宜生產(chǎn)大批量小型構(gòu)件。

  ② 后張法

  后張法是先澆筑構(gòu)件混凝土，并在預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計(jì)位置上預(yù)留孔道，待混凝土達(dá)到足夠強(qiáng)度后，將預(yù)應(yīng)力筋穿入孔道，利用構(gòu)件本身作為承力進(jìn)行鋼筋張拉。隨著鋼筋的張拉，構(gòu)件混凝土同時(shí)受到壓縮，張拉完畢后用錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在構(gòu)件上。

  按混凝土箱涵的特點(diǎn)多選用后張法張拉工藝。無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于混凝土箱涵也較為適宜。

  ③ 無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力技術(shù)

  無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋主要應(yīng)用于后張預(yù)應(yīng)力體系，其與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的區(qū)別是：預(yù)應(yīng)力筋不與周?chē)炷林苯咏佑|、不發(fā)生粘結(jié)，在其工作期間，永遠(yuǎn)容許預(yù)應(yīng)力筋與周?chē)炷涟l(fā)生縱向相對(duì)滑動(dòng)，預(yù)加力完全依靠錨具傳遞給混凝土。

  無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的特點(diǎn): a. 構(gòu)造簡(jiǎn)單、自重輕。不需要預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道，適合構(gòu)造復(fù)雜、曲線布筋的構(gòu)件，構(gòu)件尺寸減小、自重減輕。b. 施工簡(jiǎn)便、設(shè)備要求低。無(wú)需預(yù)留孔道、穿筋灌漿等復(fù)雜工序，在生產(chǎn)制造中代替先張法可省去張拉支架，簡(jiǎn)化了施工工藝，加快了施工進(jìn)度。 c. 預(yù)應(yīng)力損失小、可補(bǔ)拉。預(yù)應(yīng)力筋與外護(hù)套間設(shè)防腐油脂層，張拉摩擦損失小，使用期預(yù)應(yīng)力筋可補(bǔ)張拉。 d. 抗腐蝕能力強(qiáng)。涂有防腐油脂、外包PE護(hù)套的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，具有雙重防腐能力?？梢员苊庖驂簼{不密實(shí)而可能發(fā)生預(yù)應(yīng)力筋銹蝕等危險(xiǎn)。 e. 使用性能良好。采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋混合配筋，可以在滿足極限承載能力的同時(shí)避免出現(xiàn)集中裂縫，使之具有有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土相似的力學(xué)性能。 f. 抗疲勞性能好。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土縱向可相對(duì)滑移，使用階段應(yīng)力幅度小，無(wú)疲勞問(wèn)題。 g. 抗震性能好。當(dāng)?shù)卣鸷奢d引起大幅度位移時(shí)，可滑移的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋一般始終處于受拉狀態(tài)，應(yīng)力變化幅度較小并保持在彈性工作階段，而普通鋼筋則使結(jié)構(gòu)能量消散得到保證。 然而，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋對(duì)錨具安全可靠性、耐久性的要求較高；由于無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土縱向可相對(duì)滑移，預(yù)應(yīng)力筋的抗拉能力不能充分發(fā)揮，并需配置一定的體內(nèi)有粘結(jié)筋以限制混凝土的裂縫。

  無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土其主要張拉程序?yàn)椋侯A(yù)應(yīng)力鋼筋沿全長(zhǎng)外表涂刷瀝青等潤(rùn)滑防腐材料→包上塑料紙或套管(使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土不建立粘結(jié)力)→澆混凝土養(yǎng)護(hù)→張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋→錨固。

  預(yù)制混凝土箱涵的成型方法

  箱涵的成型方法也分為濕法與干法兩種。濕法中還分為臥式成型工藝與立式成型工藝，干法是芯模振動(dòng)工藝用于生產(chǎn)混凝土箱涵。

  濕法生產(chǎn)工藝裝拆模是影響生產(chǎn)周期的重要因素，因而各個(gè)生產(chǎn)單位都在極立改進(jìn)鋼模設(shè)計(jì)，減少裝拆模時(shí)間，提高工效。當(dāng)前我國(guó)正在使用的鋼模介紹如下。

  ⑴  濕法臥式成型工藝

  臥式是指成型時(shí)箱涵的內(nèi)孔軸線與地面平行的生產(chǎn)方法。圖23為引進(jìn)日本技術(shù)設(shè)計(jì)的鋼模。

  內(nèi)模由伸縮支桿操控，向內(nèi)或向外使內(nèi)模兩側(cè)模繞著上端支軸旋轉(zhuǎn)，完成拆?；蛑?。

  內(nèi)模用叉車(chē)移動(dòng)，端模如圖23(c)所示，繞著外模轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

  此類(lèi)鋼模，裝拆較為方便，工效高，當(dāng)前濕法臥式成型工藝較為常用。

  圖23 濕法臥式成型工藝鋼模

  (a)箱涵鋼模；(b)內(nèi)模；(c)端模

  ⑵  濕法立式成型工藝

  立式是指成型時(shí)箱涵的內(nèi)孔軸線與地面垂直的生產(chǎn)方法。圖24為國(guó)內(nèi)幾家公司設(shè)計(jì)的鋼模。

  濕法立式成型工藝的內(nèi)模裝拆基本都是由絲杠控制，操作較為方便，定位準(zhǔn)確，可保證產(chǎn)品尺寸精度要求。

  圖24(c)為某公司早期使用的旋轉(zhuǎn)法拆內(nèi)模的圖示，頂板退出后，旋轉(zhuǎn)其他內(nèi)模模板，卸除內(nèi)模板。

  外模大都以傳統(tǒng)方法裝拆，操作用時(shí)較多。目前有的公司已用滑移法就地裝拆外模，免除拆外模吊運(yùn)鋼模的操作，減少使用吊車(chē)次數(shù)，有利于加快箱涵的生產(chǎn)。

  圖24 內(nèi)模裝拆方法示意圖

  圖25 滑移式外模

  (a)正在組裝的滑移式外模；(b)組裝后的外模

  圖26 傳統(tǒng)式外模

  圖27 丹麥箱涵滑移式外模

  立式振動(dòng)成型工藝與圓管生產(chǎn)相似，塑性混凝土、用插入式振動(dòng)器或附著式振動(dòng)器振動(dòng)密實(shí)。

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  ⑶  芯模振動(dòng)工藝成型混凝土箱涵

  國(guó)外用芯模振動(dòng)設(shè)備生產(chǎn)混凝土箱涵較為普遍，我國(guó)芯模振動(dòng)工藝生產(chǎn)圓形混凝土管已大量應(yīng)用，下一步在我國(guó)必將會(huì)普及應(yīng)用芯模振動(dòng)工藝生產(chǎn)混凝土箱涵。

  圖28 芯模振動(dòng)工藝成型箱涵

  (a)正在下外模；(b)內(nèi)模；(c)端模

  圖29 國(guó)外利用芯模振動(dòng)工藝生產(chǎn)混凝土箱涵

  ⑷  振動(dòng)臺(tái)成型混凝土箱涵

  特大型箱涵也可用振動(dòng)臺(tái)成型，但耗能較大，需注意選擇合理工藝參數(shù)。

  圖30 振動(dòng)臺(tái)成型混凝土箱涵

  ⑸  幾種生產(chǎn)工藝主要特點(diǎn)

  ① 濕法臥式振動(dòng)工藝生產(chǎn)混凝土箱涵，主要用于生產(chǎn)小型混凝土箱涵，國(guó)內(nèi)引進(jìn)日本鋼模技術(shù)，模型拆裝方便，外觀質(zhì)量較好，制品免于翻轉(zhuǎn)工序。

  ② 濕法立式振動(dòng)工藝生產(chǎn)混凝土箱涵，可生產(chǎn)不同型式接口的混凝土箱涵，滿足不同管道的功能要求；適宜制作大型混凝土箱涵；制作鋼承口箱涵鋼承口尺寸控制精確；操作工序少。脫模后，制品需經(jīng)翻轉(zhuǎn)。

  ③ 芯模振動(dòng)工藝生產(chǎn)混凝土箱涵，具備生產(chǎn)圓形混凝管時(shí)的相同優(yōu)點(diǎn)，工效高、用工少、鋼模投入少、特別適合批量小、規(guī)格變化多的混凝土箱涵生產(chǎn)。當(dāng)前芯模振動(dòng)工藝只能生產(chǎn)小型混凝土箱涵。

  ⑹ 箱涵生產(chǎn)關(guān)鍵點(diǎn)

  箱涵生產(chǎn)關(guān)鍵點(diǎn)主要兩點(diǎn)：確保質(zhì)量和提高工效。

  混凝土箱涵施工安裝，兩節(jié)涵管的對(duì)接，理論上中心和角度具有唯一性的特點(diǎn)，即：只有完全對(duì)準(zhǔn)才能對(duì)接安裝。與圓管相比，圓管只需在中心對(duì)準(zhǔn)，3600角旋轉(zhuǎn)均不影響安裝質(zhì)量，箱涵不然。因而制造混凝土箱涵需特別注意接口的質(zhì)量，確保接口的形狀及尺寸均能保證達(dá)到精度要求，保證后管道接口的密封性。

  鋼模設(shè)計(jì)使其裝拆更為方便，提高生產(chǎn)效率。

  大型箱涵，尺寸大、鋼筋直徑粗，鋼筋骨架較難采用連續(xù)滾焊方式成型，為了提高鋼筋骨架制作的工效和降低材料耗量，一般可先按配筋要求制作鋼筋網(wǎng)片，這類(lèi)網(wǎng)片都可由鋼筋網(wǎng)片成型機(jī)制作，然后再組合成鋼筋骨架。

  圖31 箱涵網(wǎng)片法配筋

  (a) 鋼筋網(wǎng)片焊接機(jī)；(b) 焊接成的鋼筋網(wǎng)片

  4． 結(jié)語(yǔ)

  ⑴  混凝土箱涵未來(lái)十年將在我國(guó)有較大發(fā)展空間，各地水泥制品工廠應(yīng)積極創(chuàng)造條件，設(shè)計(jì)生產(chǎn)混凝土箱涵。

  ⑵  混凝土箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)和應(yīng)用有重大影響，應(yīng)選擇先進(jìn)的管型、合理的結(jié)構(gòu)計(jì)算，達(dá)到易制作、低成本、高質(zhì)量的要求。

  ⑶  當(dāng)前我國(guó)應(yīng)用較多的是內(nèi)寬3m以下的混凝土箱涵，最適宜采用芯模振動(dòng)工藝生產(chǎn)制作，我國(guó)的水泥制品設(shè)備工廠應(yīng)和水泥制品廠合作，盡快形成我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可以生產(chǎn)混凝土箱涵的芯模振動(dòng)工藝裝備。

  ⑷  配套的鋼筋骨架連續(xù)滾焊機(jī)或鋼筋網(wǎng)片成型設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,是推進(jìn)混凝土箱涵發(fā)展關(guān)鍵設(shè)備,是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,提高竟?fàn)幠芰Φ暮诵募夹g(shù),希望各設(shè)備制造廠能及時(shí)開(kāi)發(fā)成功。

  ⑸  國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐尚少，各生產(chǎn)單位要及時(shí)總結(jié)和交流經(jīng)驗(yàn)，以便產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)裝備、成型工藝均能得到長(zhǎng)足的進(jìn)步，爭(zhēng)取為我國(guó)管道事業(yè)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。