用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管--预制混凝土盖板式涵管

2013年第9期混凝土与水泥制品2013No．99月CHINAC0NCRETEANDCEMENTPRODUCTSSeptember用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管——预制混凝土盖板式涵管曹生龙(北京市市政工程研究院，100037)摘要：以北京特大暴雨产生的安全问题为背景，结合国务院办公厅下发的通知精神，指出了加快修建城市地下蓄水设施，提高城市排水防涝能力的建议意见。介绍了用于修筑城市地下蓄水池的预制装配化混凝土涵管形式，列出了预制混凝土盖板式涵管常用的产品规格表．并简要说明了该类涵管内力的计算方法。关键词：预制混凝土盖板式涵管：蓄水池：排水防涝Abstract：Base0nacaseoftorrentialrainstorminBeijingandcombinedwiththespiritofthenoticepublishedbythegeneralofficeofthestatecouncilonMarch25，2013，someadviceonbuildingurbanundergroundsluicefacilitiesandimprovingtheurbandrainabilityareputforward．Thekindsofprefabricatedconcreteculvertsforbuildingurbanundergroundreservoirsareintroduced．Theproductspecificationtablecommonlyusedfortheprecastconcreteculvertwithcoverplateislisted．andtheinternalforcecalculationmethodoftheculvertisbrieflyillustrated．Keywords：Precastconcreteculvertwithcoverplate；Impoundingreservoir；Drainageandwaterloggingprevention中图分类号：TU525文献标识码：A文章编号：1000—4637(2013)09—26—061加紧修建城市地下蓄水池成为当务之急边形成一个“喷泉”。同时也受下游河道排水能力的2012年7月21日一场特大暴雨袭击京城(如限制。图1所示)，造成北京77人死亡和重大财产损失，此外，地下管网的改造牵一发而动全身，排水管引发广泛关注和对城市安全的担忧．其中焦点之一道的扩大，涉及其他管网，比如燃气、自来水等其他是我国城市排水系统设计标准过低，排水能力严重管道的挪移，以及地铁等的位置，所以城市很多地方不足。我国正处于高速城市化发展阶段，尽快提高的管道已经不具备大规模改扩建的条件。即使排水城市排水防涝能力，已成为我国城市化发展的当务管网完成改建，承接雨水的河道改扩建也非常难，很之急多城市河道更不具备改扩建条件。全面提高城市防涝、防洪和防汛的应急处置能力、作为解决城市“内涝”的办法之一，应着眼于修筑地下蓄水池，加快雨洪利用工程建设。雨下来以后，让雨水先从积聚的地点进入地下蓄水池，顺利排出去，不造成地面长时间积水。从源头上控制雨水的外排水量，从而减轻下游排水管网的压力。构成有效的城市综合防汛抗灾能力．为城市构筑排水防涝、筑堤防洪和实施应急预案等三道坚固屏障。修筑地下蓄水池不仅有集蓄雨水再利用的功图1北京2012．7．21暴雨后景象能，而且对缓解排水压力、解决城市“内涝”具有重要目前，已有人提出我国多数城市雨水排水系统作用。北京“7·2l”特大暴雨后的调查发现，在建设设计标准过低，但是，一味扩大雨水排水系统的设了集雨工程的地方．雨水不外泄，道路未形成径流，计，可能造成其他灾难性的后果。因为上游排水管有效缓解了排水管网和河道的压力。网扩建，会给下游排水管网造成“压力”，下游排水2013年3月2513国务院办公厅下发《关于做管网中最薄弱的环节就会产生“顶托”等问题．从地好城市排水防涝设施建设工作的通知》(国办发面上能看到的就是雨水井盖被冒出来的水顶到一[2013]23号)。通知要求，2013年汛期前，各地区要一26一 曹生龙用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管认真排查隐患点，采取临时应急措施，有效解决当池。前影响较大的严重积水内涝问题，避免因暴雨内涝当前规划部门正在设计制定用于修筑蓄水池的造成人员伤亡和重大财产损失。2014年底前，要在标准图集，水泥制品企业应及时和完整地提供预制摸清现状基础上，编制完成城市排水防涝设施建设装配化施工适宜用于地下蓄水池的涵管产品图纸．规划。力争用5年时间完成排水管网的雨污分流改以便采纳于图集中。造，用10年左右的时间．建成较为完善的城市排水应该说，城市排水防涝工程的涵管用量是相当防涝工程体系。大的，北京莲花池立交桥下修建容量为lO000m3蓄通知要求加快设施建设，加大资金投人，各地水池，按直径3000mm圆管内孔体积换算，需总长为区要提高城市建设维护资金、土地出让收益、城市1415m管道，1年内修筑20座，总量约为30km的防洪经费等用于城市排水防涝设施改造、建设和维03000mm圆管，5年内修筑230处，如果全部采用护资金的比例。发展改革、财政、水利、环保等部门混凝土管，总需量约为345km。要结合相关资金渠道，对符合条件的城市排水防涝但是由于历史的原因，预制装配化涵管尚未被设施改造、建设项目予以支持。健全法规标准，完善充分认积，还未广泛应用。建筑产业化——工业化应急机制。要在2013年汛期前制订、完善城市排水生产、装配化施工，已在全国各地蓬勃开展，我们应与暴雨内涝防范应急预案。同时，强化日常监管，加该努力，为更适宜产业化的管道——蓄水池市场多强科技支撑。做贡献。通知还要求．有关部门要按照职责分工，各司2．2预制和现浇混凝土蓄水池的主要优缺点其职，加强配合，共同做好城市排水防涝工作。各地2．2．1预制混凝土管装配化施工所筑地下蓄水池的区要把城市排水防涝工作作为改善民生、保障城市主要优点安全的紧迫任务，切实落实城市人民政府的主体责(1)经济可行，工程费用低于现场浇筑混凝土结任，加强排水防涝工作行政负责制，将其纳人政府构，总费用可减少4％以上工作绩效考核体系。(2)极大缩短现场施工工期，总天数可减少40％“十二五”期间，北京市将投资约1000亿元，规以上．社会效益显著。划安排水务建设项目，其中包括结合道路桥梁建设(3)预制装配化工程质量优于现浇工程。和城市积水点改造，规划建设集雨工程230处地下(4)预制装配化混凝土蓄水池在现场为干作业，蓄水池．重点解决下凹式立交桥的排水问题，减小施工机械作业噪声低、基本不造成环境污染，施工现雨洪对城市运行安全的影响。场文明、有序而整洁，具有良好的节能环保效益。全国各地在国务院办公厅通知的要求下．也必2．2．2现场浇筑混凝土蓄水池的主要缺点将高度重视，投入资金，建设相应的排水防涝设施。(1)施工作业时间长、现场湿作业工作量大、需我国水泥制品行业经改革开放以来30年的大较长的混凝土养护增强时间，开槽后较长时间不能发展，已有足够的能力制造用于大型地下蓄水池工回填，施工工期延长对城市运行有较大不利影响。程的预制装配化混凝土涵管，能为保障城市安全、(2)在现场制作中，地下水对施工有较大影响，改善民生、避免生命、财产重大损失作出应有的贡需将地下水降至底板标高以下，才能浇筑混凝土，增献。加施工成本，也不利于生态环境的保护。2抓住机遇。开发研制适于应用在大型排水管道(3)现场制作的混凝土抗渗性能不如工厂内制和地下蓄水池的新型产品作的混凝土，容易局部发生渗漏，影响蓄水池的使2．1修筑地下蓄水池工程是预制混凝土涵管的巨用功能。大市场(4)现浇混凝土的构筑物易出现裂缝(涵体边墙当前由政府主持与水泥制品产品相关的大型通裂等)。裂缝会引起渗漏，影响结构应力状态；如地下工程主要有三项：①地下铁道管片；②综合管结构物所处环境具有侵蚀性介质，介质通过裂隙浸廊用涵管；③收集雨水用地下蓄水池。入结构，会引起钢筋的锈蚀，影响构筑物承载能力和北京市相关部门确定，2012雨季后至2013年耐久性，缩短地下蓄水池的使用寿命。雨季前．需在20座下沉式立交桥下修筑防涝蓄水(5)现场制作的整体混凝土蓄水池，地基如有不池，但其中只有一座蓄水池采用预制混凝土圆管装均匀沉降、或受外荷载(如地震)作用，易发生变形。配化施工，其余采用的都是开挖现浇的混凝土蓄水因此，要求提高基础承载力，增大基础设计等级。一27— 2013年第9期混凝土与水泥制品总第209期3用于修筑地下蓄水池的预制装配化混凝土涵管除此以外，本文将主要介绍适宜用于大形排水型式管道和可用作地下蓄水池的预制装配化施工混凝用于地下蓄水池的预制混凝土涵管的管型对土盖板式涵管。建设地下蓄水池的工期、建设费用等有重大的影4预制混凝土盖板式涵管的型式设计响，应设计、选用适宜用于地下蓄水池的预制混凝4．1预制混凝土盖板式涵管简介土涵管。预制混凝土盖板式涵管(简称盖板涵)型式如图各种预制混凝土涵管，圆形(圆管或管片)、矩2所示，由下部沟槽构件和上部盖板构件两部分组形(箱涵)、三圆拱形(三圆拱涵)、四圆拱形(四圆拱成。中小型盖板涵多为单仓形式，大型盖板涵可为涵)、弧线组合形(弧涵)、椭圆形(椭涵)等，既可用双仓或三仓组成。于市政综合管廊，也可用作预制装配化地下混凝土多仓盖板涵的盖板形式分为整体式和分体式两蓄水池。这些涵管在修筑地下蓄水池时，可以采用种，图2(b)盖板为整体式，也可采用分体式盖板(见开槽施工工法或不开槽施工工法。图3)，按仓分为两块，分别加盖于双仓沟槽槽壁上。地面地面地面沟槽盖板盖板1沟槽盖板2／＼／＼／(a)一单仓盖板涵(b)一双仓盖板涵图2预制混凝土盖板式涵管结构示意图图3分体式盖板示意图整体式或分体式盖板的形式主要取决于盖板涵能要求．如果对盖板与沟槽连接处无抗渗防水要求的尺寸大小和生产、施工吊运条件。小型盖板涵盖者，常用搁置式，制造和安装较为简便。有一定抗渗板重量不大，多用整体式盖板，减少制造和施工安装防水要求者宜选用嵌人式。连接处连接材料按抗渗吊运量。大型盖板涵的盖板重量大，受生产和吊运要求可在砂浆、防水油膏及遇水膨胀胶圈等材料中重量能力限止，可用分体式盖板。对于盖板与沟槽选取。连接处有抗渗防水要求的，宜用整体式盖板。4-3盖板与沟槽断面型式4．2盖板与沟槽的连接形式(1)盖板断面型式盖板搁置在沟槽槽壁顶端．连接形式主要有两盖板横向断面(见图4)分为三种型式，平板式种：搁置式及嵌入式。形式的选定取决于盖板涵功与双坡式、下凸式。跨径不大的选用平板式，跨径较沟槽平板式砂浆(a)一搁置式连接、平板式盖板(b)一搁置式连接、双坡式盖板(c)一嵌人式连接、下凸式盖板图4盖板与沟槽连接方式及盖板断面形式大者宜用双坡式或下凸式。接缝填塞材料平直形为砂浆，嵌槽形内层填塞防水盖板纵向断面主要有两种型式．按盖板顶面的油膏、外层填塞砂浆。抗渗防水要求分别选用平直形和嵌槽形(见图5)。(2)沟槽断面型式一28一 曹生龙用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管砂浆平直形油膏砂浆嵌槽形L／砂一浆1(a)一平直形接口；(b)一企口形接口(a)一平直形盖板；(b)～嵌槽形盖板图5盖板纵向断面型式沟槽断面型式根据盖板涵管断面尺寸大小及抗渗防水要求主要由四种形式组合成多种盖板涵型式。边墙型式：①直壁形，如图2(a)所示，壁板内外(c)一凹凸形接VI；(d)一承插口形接口侧均为竖向直线；②斜壁形，如图6所示，壁板内侧图7预制混凝土盖板式涵管接口示意图为竖向直线，外侧为斜线，在大型盖板涵，埋土深度用单胶圈，也可用双胶圈。双胶圈便于施工期间检较大、侧向土压力大的情形下采用。验接口的抗渗性能。槽壁顶端形式：①平直端(适于搁置式盖板沟槽安装连接方法也以对接口抗渗防水要求来用)，如图2(a)所示；②L形端(适于嵌入式盖板用)，确定：如图6所示。①直放型，两节沟槽之间无搭桥连接。用于接平板式口允许渗漏的接口。②搭板连接型，两节沟槽间以钢板连接。用于有抗渗防漏要求的接口。采用钢板搭接(见图8)，可防止沟槽管节间相对位移．保证接口的抗渗性能。制作方法有：a．沟槽预制时埋人连接件，在现图6斜壁形沟槽断面型式沟槽内侧底端多设八字角，增强沟槽底端抗弯承载能力。尺寸大小与盖板涵管断面成正比，也与盖板涵管功能相关。一般取与沟槽边墙厚度相当尺寸。4．4预制混凝土盖板式涵管的接口和装配连接方式盖板涵与普通圆管相似，接El要求分为：(a)一焊接连接①允许渗漏接El，大多用于排洪及农业灌溉等管道。如图7(a)所示，可用平直形接El，以砂浆等材料作为密封材。②允许少许渗水接H，用于城市雨水排放及农><业灌溉等管道。可用平直形接口、企口形接口[见图7(b)]，以砂浆、防水油膏等作为密封材。且且皿③严密型接El，不允许发生渗漏，用于排放污水等对渗漏有严格要求的管道。可用凹凸形接口[见图7(c)]、承插H形接口[见图7(d)]，以油膏、橡(b)一螺栓连接胶圈、遇水膨胀胶圈等作为密封材。承口形接口可图8沟槽连接方式示意图一29— 2013年第9期混凝土与水泥制品总第209期场管节安装到位后，用钢板焊接连接或螺栓连接。b．连接件在现场后置，打孔安装膨胀螺栓再以搭板连接。连接件可用普通钢材或不锈钢材制作。③纵向钢筋加压连接方式，两节沟槽之间由钢筋从预留孔中穿芯。张拉施加一定压力锚固。用于不许渗漏严密型接口。盖板涵纵向穿筋加压连接方式见图9。图10盖板涵纵向穿筋孔布置示意图而槽壁厚度由埋设深度及盖板涵的高度确定。一般分为两类：轻型和重型。轻型使用在埋深0．6～2．Om，重型使用在埋深2m以下至6m。实际生产中为了减少钢模数量，便于生产管理，同一断面尺寸盖板涵的管壁厚度取单一厚度；也可进一步减少不同高度盖板涵的壁厚规格，以便组合式钢模的应用；可以图9盖板涵纵向穿筋加压连接方式示意图通过调整钢筋用量，满足不同埋设深度及涵管高度图10为盖板涵纵向穿筋孑L布置示意图。变化对承载能力的要求。4．5预制混凝土盖板式涵管常用产品规格表表1为预制混凝土盖板式涵管常用产品规格，盖板涵断面选择决定于侧向荷载值的大小．因其涵管的壁厚可根据工程工况条件作±10％的调整。表1预制混凝土盖板式涵管常m5预制混凝土盖板式涵管的内力计算=z限于篇幅．本文只简述单孔盖板涵的计算方法。最大弯矩：中小跨径盖板涵可用下述方法计算结构内力。5．1盖板计算‰=}(g)盖板按简支板梁计算(简图见图11)。式中，lo为净跨；为计算跨径；为板厚；g为竖向计算跨径：土压力及地面活荷载对涵顶所产生的压力之和；g一30一 曹生龙用于城市地下蓄水池的新型混凝土涵管荷载；g口为盖板涵下端侧向荷载；日为盖板涵边墙计算高度；为边墙A点支座反力；R为边墙B点支座反力；如图12所示。5-3底板计算与边墙固结的底板，可按等断面倒置梁计算。图14为盖板涵底板的计算简图。图中为平衡上部竖向荷载的地基反力。底板的计算跨径通常取边墙外缘长度。图11盖板涵顶板计算简图为盖板自重。5．2边墙计算边墙由横向荷载按照一端固定一端简支梁计算，盖板涵边墙计算简图和内力图分别见图12和图l3。图14底板计算简图底板最大弯矩：M_-刍一MABo式中，为底板中最大弯矩；为底板计算跨度；Ma、Mm为由边墙传至底板的弯矩；q为底板的地基反力。6结语(1)国务院要求用10年左右的时间，建成较为完善的城市排水防涝工程体系，尽快提高城市排水防涝能力，成为我国城市化发展的当务之急，在这期间各地政府将会投入大量资金．规划建设水务项目。水泥制品生产企业应抓住机遇。开发研制适于应用在大型排水管道和地下蓄水池的新型产品，开拓水泥制品新的使用领域。图l3盖板涵边墙内力图(2)大断面排水管道——预制混凝土盖板式涵管，既可用作雨水、污水排放管道，又可用作地下蓄水池。RA=qclH--~o(q-qcP(3)要和当地管理、设计部门结合，绘制标准产品图册，供管理、设计、施工部门采用，纳入地方标准RqciH~--(q∞-qcl化产品目录。内力：(4)保证产品质量，满足功能要求，在地下排水R一g口X2=一(qc2-qc1)面X3防涝建设中发挥预制装配化水泥制品的优势。当x=Z-l~时：收稿E1期：2013—07—23MH一H作者简介：曹生龙，男，教授级高工。联系电话：O10—88586167式中．～为边墙下端弯矩：为盖板涵匕端侧向E—mail：csl4346@sohu．com一31—