新型装配式通道的研发和设计分析

文/陈露晔、陈瑶、廖刘算、吴淀杭

1 前言

通道是公路工程中一种十分常见的结构，以人、车通行或过水为主要功能。作为公路工程中的重要组成部分之一，通道量大面广，投资较大，在施工建设中，往往会成为影响整个工程造价、质量和工期的重要因素之一。

目前，国内的通道普遍以现浇钢筋混凝土结构为主，现浇通道在施工过程中容易受到地理环境、季节气候及原材料等条件的限制，加上施工方法、工艺、材料单一，存在一定局限性，不适应新时期我国交通强国建设、打造品质工程对结构构件实现工厂化生产、机械化装配、标准化施工的要求[1]。

2 研发目标

为完成新型预制装配式通道的研发，实践交通强国战略，提高交通建设行业工业化、装配化、智慧化水平，本文制定了三个目标，并可细分为九个方面。

2.1 目标一：通道种类归并、尺寸优化、环境适用

影响通道种类、尺寸的因素如下：功能（机通、人通、排水），通道埋深（明涵、暗涵），运输吊装条件（起重设备、道路情况、超限上路审批），净空要求。装配式通道不仅需要适应各种环境下（山区、平原）的运输、吊装，而且还应减少现场施工对环境的污染[2]。

2.2 目标二：施工全过程的便利性

现浇通道施工必须在地基处理完后进行，换填或管桩处理本身需要一定时间，而现浇作业工艺复杂无法利用地基处理前期的时间；现场劳动力多，机械化程度低；现场施工场地占用大，原材料堆放难以管理。为了实现施工全过程的便利性，工厂制造简捷高效、预制构件运输便利、现场装配快速可靠的研究不可缺少。

2.3 目标三：通道结构经济、可靠、耐久

通道的耐久性和可靠性，除了与结构尺寸外，还与构件的连接方式、防水措施等有关，只有上述都满足施工、运营需求，才能达到可靠耐久。

3 方案设计

3.1 装配式通道断面类型和尺寸

装配式通道按其断面形状可分为箱形、拱形和异形通道三种结构。根据其功能，装配式通道可分为人通、机通和排水。根据实际使用情况，可以单独或者混合使用其功能。

图1 新型装配式通道断面透视图

通道断面类型选择应保证：用于人通、机通时，保证其净空满足使用要求；用于排水时，尽可能提高其过水能力；通道类型形式简单、断面规整、造价经济[3]。

表1 断面类型方案比选

经过上表对比分析，为了提高装配式通道对使用功能的适应性，从方便施工、降低造价的角度出发，最终确定采用“箱形通道”作为人通、机通的通道断面类型，“拱形通道”作为纯过水的通道断面类型。

通过对既有项目的大数据统计分析，净宽4m、5m、6m，净高3.5m、4m、4.5m 占比最大，净高分布大致服从0.5m 等差变化。考虑到减少模板尺寸、提高利用率，标准净宽采用4m 和6m，标准净高采用3.5m和4.5m，最终确定两种标准通道：6×4.5m 及4×3.5m通道，侧墙以0.5m 为模数，根据实际需求进行调整，满足不同净高的要求。

实际工程应用中直径为1m、1.5m、2m 的圆管涵均为常见横断面，预制工艺已经成熟，考虑到较大过水断面的需求，确定拱形通道尺寸3×2m，过水面积为5m2。

3.2 纵横向节段划分

装配式通道纵向节段的划分，首先，既要能根据通道长度灵活调节，又要保证拼装工序少，而这就要求纵向节段长度需合适；其次，吊装重量不能过大，控制在30t 以下为宜；最后，考虑减少构件运输上路审批流程，构件节段尽量控制在超限运输尺寸以内。综上所述，纵向标准节段长度取2.5m，为了灵活调节通道长度，增加1m 长度的调整节段，可实现0.5m 级的长度调整。

装配式箱式通道横向节段主要有以下几种形式：整体式、上下两部分拼块式、门形拼装式、盖板式等。整体式通道现场拼缝最少，但尺寸超限，起吊重量大，不适合运输，故不做比选，其余均有现场拼缝，门式有现浇底板[4]。

表2 横向划分方案比选

考虑到增加结构整体性和基础平整度容错率，底板宜采用部分现浇。盖板式预制精度要求小、存放所需场地较小、起吊重量小且各构件间的起吊重量差异小，所需起吊设备要求低，因此选择盖板式作为装配式箱形通道横向节段划分方案。

拱形通道顶板圆弧段对竖直段有水平推力，为减少现场侧墙临时固定作业量，拱形通道顶板宜采用整体预制，因此选择门形拼装式作为装配式拱形通道横向节段划分方案。

3.3 纵向连接方式

装配式通道连接形式主要有两种：构件间无约束锁紧装置的连接和构件间带有纵向锁紧装置的连接。

3.3.1 无约束锁紧装置的连接

无约束锁紧装置的连接，又分为刚性接口和柔性接口。接口形式主要有以下几种：小企口接口，用砂浆或弹性材料密封；大企口胶圈密封接口，其分为带胶圈槽的接口和无胶圈槽接口、单胶圈密封和双胶圈密封接接口；钢承口接口。

3.3.2 带有纵向锁紧装置的连接

把每节通道连接成整体，其所用的方法即是在通道中预留穿筋孔道，节段安装时穿入高强钢筋螺杆或钢绞线，经张拉锁紧，节段就被串联成有一定刚度的整体通道，用以抗御基础不均匀沉降。因各节段间纵向具有压力，故此类通道常用节段端面压缩胶圈形成接口密封，接口密封材料常用遇水膨胀胶圈。

装配式通道的连接方式是形成整体质量的重要因素。其连接方式应保证：在通道全寿命过程中接口密封的可靠性；连接方式应能适应施工工艺的要求，简单方便；连接接口应便于生产制造；连接方式形式简单、成本低廉。

考虑装配式通道的适应性及耐久性，从方便施工、降低造价的角度出发，确定采用“柔性大企口”作为实施方案。承插口设置为可竖向插拔式，避免施工中水平顶推作业。

3.4 综合防水措施

通道一般防水措施有：砂浆或弹性材料密封；胶圈密封接口；钢承口接口；遇水膨胀胶圈。但效果往往不尽如人意，尤其在装配式通道施工精度的影响下，在设计时更需注意接缝处防水措施。根据调查资料，实际运营过程中常常会发生接缝处渗水情况，防水措施有待优化。

经过资料查找、研究后，参考水底隧道防水措施，装配式通道防水采用综合防水措施，顶板铺设抗渗砼，侧墙接缝内采用膨胀止水条+双组份聚硫密封胶，接缝外侧采用SBS 改性沥青防水卷材，底板下采用水泥基渗透结晶防水涂料。

4 结语

本文研究和设计的新型装配式通道，具有如下标准化、工业化特点：构件尺寸整齐划一，模板种类高效精简；侧墙高度分级可调，涵盖多种适用范围；现场装配零焊接量，环境污染持续降低；产品质量有效保障，通道结构耐久环保；专用定额有据可查，通道造价经济节省；形成若干技术指南，方便后续推广应用。

目前，规范对于埋深较大的通道涵洞计算要求并未规定考虑土拱效应，因此本次开发设计尚未考虑该部分的有利影响，而事实上土拱效应在高填深埋路段的通道中普遍存在，后期将依托工程中对实际通道受力的检测分析，建立结构与土拱联合作用的实体有限元模型，摸清高填深埋路段的结构受力机理，对薄壁通道进行优化，以进一步提高其经济型。