CN111636480A - 一种预制装配式综合管廊及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用超高韧性水泥基复合材料的预制装配式综合管廊及其装配方法，综合管廊结构由预制件、现浇超高韧性水泥基复合材料、混凝土基座组成。综合管廊结构由两个底部预制件和一个顶部预制件拼装形成拱形截面，连接位置现浇超高韧性水泥基复合材料。预制件由波形钢板、超高韧性水泥基复合材料、剪力连接件组成。本发明提出的综合管廊结构中波形钢板外部的超高韧性水泥基复合材料不仅显著改善结构承载性能，而且起到了阻隔外部土壤复杂环境的防腐蚀作用。预制件完全在工厂加工后运输到现场，易于产业化集成，并保证了预制件的加工精度和质量；施工现场进行装配化施工和少量现浇工作，缩减施工工期并显著降低成本。

Description

一种预制装配式综合管廊及其装配方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，具体涉及一种采用超高韧性水泥基复合材料的预制装配式综合管廊及其装配方法。

背景技术

城市地下综合管廊(简称综合管廊)，是指在城市地下用于集中布设电力、通信、广播电视、给水、排水、热力、燃气等市政管线的公共隧道，是一种现代化、科学化、集约化的城市基础设施。综合管廊解决了架空线网密集、反复开挖路面、管线事故频发等问题，有利于保障城市基础设施功能，美化城市环境，提高城市的发展质量和综合承载能力。随着我国城镇化进程的深入和城市建设标准的提高，基于综合管廊的优点，国家层面对综合管廊的推进和支持力度不断加大，近年来国内不少城市相继开始铺设综合管廊网络。

钢筋混凝土综合管廊在实际工程中较为常见，通常采用预制或现浇的方式形成拱形钢筋混凝土管廊主体结构。由于混凝土自重大且在弯曲荷载作用下易于在受拉侧开裂，近年来逐步被以钢板为主体的综合管廊取代。利用钢板作为管廊的结构主体，可显著降低结构自重，施工便利，缩短施工工期并降低人力成本。然而，由于综合管廊所处的地下环境复杂，容易造成钢材的锈蚀；为防止钢材锈蚀的发生，对钢材进行电镀或铺设防水材料都会造成结构成本的增加。另一方面，较小厚度的钢板易于发生屈曲破坏，增加结构失效的风险。

近年来，随着国家工业化水平的不断提升，要求建筑业逐步推行工业化、装配化的建造和施工。传统大量现浇混凝土的综合管廊形式及施工方法并不能满足现今的建筑业发展趋势，亟需提出装配化程度更高的综合管廊结构形式。

超高韧性水泥基复合材料是通过向混凝土中添加纤维的方式获得的新型高性能材料，并在近年来获得了广泛而深入的研究。通过适当配比的超高韧性水泥基复合材料，纤维掺量仅为复合材料总体积的2％左右，其受拉极限应变可达到10％以上(大约是普通混凝土的1000倍)，极限抗拉强度高达20MPa，并展现出显著的受拉应变硬化特征。受拉极限破坏时，裂缝宽度可以控制在100微米以内，甚至可以控制在40微米以下。由于超高韧性水泥基复合材料优异的抗拉性能，可有效防止由于混凝土裂缝带来的水和氯离子侵入。

发明内容

为改善传统钢板综合管廊易于锈蚀的问题，并提升结构的施工效率和装配化水平，本发明提供了一种采用超高韧性水泥基复合材料的预制装配式综合管廊及其装配方法。

一种预制装配式综合管廊，包括混凝土基座以及安装在所述混凝土基座的预制件，所述的预制件包括：与所述混凝土基座连接的两个底部预制件，与所述两个底部预制件配合安装的顶部预制件；

所述的底部预制件与顶部预制件的连接处现浇超高韧性水泥基复合材料形成连接层。

所述综合管廊结构中，所述的两个底部预制件和一个顶部预制件拼装形成拱形，并支承在所述混凝土基座上。

所述的底部预制件和顶部预制件连接处采用拉结螺栓进行连接，并在连接处现浇超高韧性水泥基复合材料形成连接层。

所述综合管廊结构中，所述的预制件包括：波形钢板、设置在在所述波形钢板上的剪力连接件以及超高韧性水泥基复合材料浇筑在所述波形钢板上形成的加固层，所述预制件的加工过程在工厂完成，并运输至施工现场拼装。

所述波形钢板采用正弦形波浪钢板，所述的波浪钢板上的正弦形波状结构沿所述综合管廊的长度方向设置。

所述的底部预制件的波形钢板延伸留有连接口，所述的顶部预制件的波形钢板延伸留有连接口，方便采用拉结螺栓进行连接。

一种预制装配式综合管廊的装配方法，包括以下步骤：

1)先在波形钢板安装剪力连接件，然后在波形钢板上浇筑超高韧性水泥基复合材料形成的加固层，分别得到底部预制件和顶部预制件；

2)在混凝土基座上安装底部预制件和顶部预制件，将两个底部预制件和一个顶部预制件拼装形成拱形，采用拉结螺栓进行连接，然后现浇超高韧性水泥基复合材料形成连接层，完成综合管廊的装配。

本发明采用的超高韧性水泥基复合材料，包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、纤维和水，其中，水泥和活性矿物掺合料采用以下重量百分比的原料：

本发明提出的综合管廊结构，采用钢板-超高韧性水泥基复合材料组合预制件装配成型的方法，具备以下优点：

(1)采用的超高韧性水泥基复合材料受压承载力高，受拉时展现出应变硬化特征，并且极限拉应变可稳定地达到3％以上，故可保证其与波形钢板之间的协同受力；波形钢板与超高韧性水泥基复合材料形成组合截面，利用两者之间的协同工作机理和组合效应，产生“1+1>2”的结构承载性能。

(2)所提出的综合管廊结构由预制件拼接而成，预制件完全在工厂加工后运输到现场，易于产业化集成，并保证了预制件的加工精度和质量；施工现场进行拉结螺栓装配化施工，并进行少量的超高韧性水泥基复合材料现浇作业，施工效率高，大大缩短施工工期，降低人力成本。

(3)超高韧性水泥基复合材料受拉时可产生多条细密裂缝，可有效阻隔内部钢板及土壤复杂环境之间的接触，起到钢材防锈的作用。

(4)本发明提出的综合管廊结构中波形钢板外部的超高韧性水泥基复合材料不仅显著改善结构承载性能，而且起到了阻隔外部土壤复杂环境的防腐蚀作用。预制件完全在工厂加工后运输到现场，易于产业化集成，并保证了预制件的加工精度和质量；施工现场进行装配化施工和少量现浇工作，缩减施工工期并显著降低成本。

附图说明

图1为综合管廊的正视图；

图2为综合管廊的俯视图；

图3为综合管廊结构的A-A剖面图；

图4-1为综合管廊预制件的正视图：底部预制件；

图4-2为综合管廊预制件的正视图：顶部预制件；

图5-1为综合管廊预制件连接点B处详图：现浇超高韧性水泥基复合材料前；

图5-2为综合管廊预制件连接点B处详图：现浇超高韧性水泥基复合材料后；

图6为综合管廊预制件连接点的C-C剖面图。

具体实施方式

下面结合附图1～6，详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种采用超高韧性水泥基复合材料的预制装配式综合管廊包括以下组成部件：预制件，包含两种形式：底部预制件1-1、顶部预制件1-2；超高韧性水泥基复合材料现浇形成的连接层2；混凝土基座3。

如图1、图2所示，所述综合管廊结构由预制件、超高韧性水泥基复合材料现浇形成的连接层2、混凝土基座3组成；如图2所示，预制件包括底部预制件1-1和顶部预制件1-2。预制件的加工过程在工厂完成，并运输至施工现场拼装。

如图1～2所示，综合管廊结构中，由两个底部预制件1-1和一个顶部预制件1-2拼装形成拱形截面，并支承在混凝土基座3上。

如图3、图4-1、图4-2所示，综合管廊结构中，预制件由波形钢板4、超高韧性水泥基复合材料形成的加固层5、剪力连接件6组成；预制件1的加工过程在工厂完成，并运输至施工现场拼装。波形钢板4采用正弦形波浪钢板，波浪钢板4上的正弦形波状结构沿综合管廊的长度方向设置。

如图5-1、图5-2及图6所示，综合管廊结构中，底部预制件1-1和顶部预制件1-2之间利用拉结螺栓7进行连接，并在连接处现浇超高韧性水泥基复合材料形成连接层2。底部预制件1-1的波形钢板4延伸留有连接口，顶部预制件1-2的波形钢板延伸留有连接口，方便采用拉结螺栓7进行连接。

本发明采用的超高韧性水泥基复合材料，其成分包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、纤维和水，活性矿物掺合料包括粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、偏高岭土，骨料最大粒径不超过0.5mm，纤维采用聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维中的一种或一种以上的组合，纤维长度为5mm～25mm，直径为0.015mm～0.055mm，弹性模量为30GPa～150GPa，抗拉强度为1000MPa～3500MPa，极限伸长率为2％～15％，水泥和活性矿物掺合料各组分的重量比为：

对于上述配合比下获得的超高韧性水泥基复合材料的性能测试表明，其单轴抗拉强度可达5.7％(同等强度混凝土的1.3倍)，极限拉伸应变可达3.2％(约为混凝土的320倍)，极限拉伸应变时对应的裂缝宽度为0.049mm；抗弯强度为12.8MPa(约为混凝土的2倍)，单轴抗压强度为48MPa，对应峰值荷载的压应变为0.55％(约为混凝土的2倍)。

本发明提出的预制装配式综合管廊，其采用的超高韧性水泥基复合材料不仅起到抗裂防渗的功能，同时作为结构部件，起到改善整体结构承载性能的作用。研究表明，工程中常用的正弦型波形钢板，当厚度为2mm、波幅为25mm，波长为125mm时，其单位宽度板件绕强轴的弯曲刚度为30.8kN·m，绕弱轴的弯曲刚度为0.14kN·m；当在其外侧附加厚度50mm左右的超高韧性水泥基复合材料后，可使板件在两个正交方向上的弯曲刚度均提升至200kN·m以上，即使得绕强轴的弯曲刚度提升7倍，绕弱轴的弯曲刚度提升1000倍以上。由于这一提升，可使得综合管廊结构承受面外荷载的刚度、强度和稳定性均获得显著提升，大大提升结构承载效率并降低成本。

Claims (7)

1.一种预制装配式综合管廊，包括混凝土基座以及安装在所述混凝土基座的预制件，其特征在于，所述的预制件包括：与所述混凝土基座连接的两个底部预制件，与所述两个底部预制件配合安装的顶部预制件；

所述的底部预制件与顶部预制件的连接处现浇超高韧性水泥基复合材料形成连接层。

2.根据权利要求1所述的预制装配式综合管廊，其特征在于，所述的两个底部预制件和一个顶部预制件拼装形成拱形，并支承在所述混凝土基座上。

3.根据权利要求1所述的预制装配式综合管廊，其特征在于，所述的底部预制件和顶部预制件连接处采用拉结螺栓进行连接，并在连接处现浇超高韧性水泥基复合材料形成连接层。

4.根据权利要求1所述的预制装配式综合管廊，其特征在于，所述的预制件包括：波形钢板、设置在在所述波形钢板上的剪力连接件以及超高韧性水泥基复合材料浇筑在所述波形钢板上形成的加固层。

5.根据权利要求1所述的预制装配式综合管廊，其特征在于，所述波形钢板采用正弦形波浪钢板。

6.根据权利要求1所述的预制装配式综合管廊，其特征在于，所述的底部预制件的波形钢板延伸留有连接口，所述的顶部预制件的波形钢板延伸留有连接口。

7.一种预制装配式综合管廊的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)先在波形钢板安装剪力连接件，然后在波形钢板上浇筑超高韧性水泥基复合材料形成的加固层，分别得到底部预制件和顶部预制件；

2)在混凝土基座上安装底部预制件和顶部预制件，将两个底部预制件和一个顶部预制件拼装形成拱形，采用拉结螺栓进行连接，然后现浇超高韧性水泥基复合材料形成连接层，完成综合管廊的装配。

Images