预制箱涵与现浇箱涵的比较

高尹颀

在发达国家，城市综合管廊已经存在了一个多世纪，在系统日趋完善的同时其规模也有越来越大的趋势；在我国，目前城市综合管廊的大规模建设尚处于起步阶段，建设规模较小，管廊建设一般采用现浇方式，预制综合管廊的比例较小。实际上，在综合管廊应用比较成熟的国家中预制装配化箱涵占有较大比例，并在工程中大量应用。相比现浇管廊结构，预制箱涵更适合规模化生产，在工程质量、工程进度、环境影响、管廊的应用可靠性等都具有较强的结构、施工及应用优势。

一、建设方法的比较

1、现浇混凝土箱涵的缺点：

（1）只能采用开槽法施工，不能适应顶管需求影响城市交通。

（2）施工作业时间长。

（3）在现场制作中，受环境因素制约明显。

（4）现场制作的混凝土抗渗性能不足，容易局部发生渗漏，影响管道的使用功能。

（5）现浇混凝土箱涵易出现施工裂缝（涵体侧壁通裂等），影响构筑物承载能力和耐久性，缩短地下管道的使用寿命。

（6）现场制作的混凝土箱涵按一定长度（约20m）分段，分段间采用橡胶止水带连接，其缺点有：

a. 橡胶止水带形式接口抗地基不均匀沉降能力差。

b. 混凝土箱涵止水带接口施工质量不稳定，易渗漏。

c. 现场制作的管道分段间隔长度大，易发生折断，影响箱涵质量及使用年限。

（7）现场制作生产条件差，材料损耗较大。

（8）现浇施工需预留支模空间，土方量增大。

（9）现浇工法总体造价与预制装配式施工工法大致相当。

2、国内现浇箱涵质量事故部分报导

（1）南水北调北京永定河箱涵工程：

分两次浇注箱涵混凝土，在底板以上70cm处设施工缝。先浇注底板和70cm高的侧墙，相隔5d后浇注侧墙和顶板混凝土。养护3d后，拆除外模板。通过对箱涵表面进行检查，发现箱涵侧墙在施工缝以上每隔3m~ 7m有一条竖向长3m左右的裂缝。缝宽0.5mm ~1.9mm贯穿整个墙厚。四侧墙裂缝分布宽厚均不相同。但每条裂缝的长度基本相同。都是起于施工缝处，止于侧墙与顶板相交处。

低压输水(0.2MPa)运行五年，有三条止水带发生被击穿破坏，橡胶止水带接口的使用年限远不能在到南水北调使用年限一百年的指标。

3、 预制装配化箱涵的优点：

（1）预制装配化施工箱涵，既可开槽施工，也可顶管施工，在城市中适应性强。

（2）工厂化生产，工效高，劳动力成本低，质量有保证。

（3）安装方便快捷。

（5）接口采用预应力混凝土输水管的接口形式，满足一定水压要求，闭水性能好。

（6）带胶圈的柔性接口不易损坏。

（7）可在有水环境下施工，不必降水。

（8）出厂前可做质量检验，外压荷载试验。

二、两种施工的方法的经济性能比较

以国内某地下综合管廊现浇工法与预制装配工法工程实例的工期与经济分析：

国内某地下综合管廊选用两种施工工法——现浇和预制装配化施工，我们可以以不同工法的施工工期和工程费用进行比较，列举如下。

整体式现浇段总长6.2km，预制混凝土管廊总长200m，施工工期与施工费用以一个标准段25m长度作为标准施工段进行工期与成本的分析，研究预制混凝土管廊的经济性。

1、工期分析：

预制混凝土综合管廊可以分为场（现场）内、场外施工两部分，现浇混凝土整体式综合管廊的所有施工作业均为场内施工。两者场内相同施工部分为基坑开挖与支护体系成型（包括素混凝土垫层施工）、地下综合管廊主体结构施工以及回填土方与支护体系拆除等主要环节，没有明显的工期差别。地下综合管廊主体结构的施工环节中，两者的施工工艺截然不同，工期差别明显。预制混凝土综合管廊的主体结构施工大部分在场外完成，管节的吊装、拼装等工序施工效率高，所需工期较短。而现浇混凝土整体式综合管廊的主体结构施工则全部在场内完成，工期较长。施工中一个标准段对比，预制混凝土综合管廊的施工工期比现浇混凝土整体式综合管廊缩短18d左右，缩短近45%工期。

2. 施工成本分析

基坑开挖与支护成本，其中土方费用为一次性费用，不随工期长短发生变化，而钢板桩及其围檩与内支撑的租赁费用一般按租期计算，且单价较贵。一个标准段相比，预制混凝土综合管廊施工工期约为22d，现浇混凝土整体式综合管廊约为40d，预制混凝土综合管廊的开挖土方与支护费用为4.5万元，现浇混凝土整体式综合管廊为7.0万元，降低2.5万元。

主体结构成本一个标准段，预制混凝土综合管廊为25万元，现浇混凝土整体式综合管廊为23.9万元，增加了1.1万元。

土建总成本预制混凝土综合管廓为29.5万元，现浇混凝土整体式综合管廊为30.9万元，相比节约1.4万元/25m，低4%左右。

3. 土方成本分析

预制混凝土箱涵现场不需支模，开槽宽度每侧可减少0.8-1.0m，以槽深8m计算，每米箱涵土方量减6.4-8.0m

³。

土方成本每米减1280元~1600元，相比节约3.2万元/25m-4.0万元/25m，

每公里节约128万元~160万元。

4. 环保对比

预制混凝土综合管廊在现场为干作业，噪声低、环境污染小，施工现场有序而整洁，节能环保。现浇混凝土整体式综合管廊现场有大量湿作业，噪声污染严重，环境污染大。

综上，地下综合管廊施工工法现浇与预制相比，预制混凝土箱涵装配化施工更具缩短工期、降低成本、节能环保等显著的优势，应作为建设地下综合管廊的首选施工工法。

三、常用预制混凝土箱涵连接方式选择

预制箱涵的管身结构强度和抗渗等问题在制作工艺中是容易得到解决，但接口密封的细节问题处理不好，会严重影响其质量。因此解决好箱涵接口的密封结构型式是预制箱涵应用推广的关键所在。

1、预制箱涵的常见柔性接口型式

（1）：顶进施工的预制箱涵，一般采用钢承口接口（“F”型接口）；

（2）：开槽埋设的预制箱涵，一般采用企口式承插双胶圈密封接口型式。

2、国内开槽埋管箱涵的主要结构型式

（1）、承插口（企口式）双胶圈密封

用于箱涵的接口设计，采用双胶圈密封，确保箱涵安装后接口不渗漏。

（2）、端面压缩密封

带有纵向锁紧装置把每节管子连接成整体，即在箱涵中预留穿筋孔道，管节安装时穿入高强钢筋螺杆或钢绞线，经张拉锁紧，串联成有一定刚度的整体管道，用以压缩胶圈、密封接口；抗御基础不均匀沉降。

（3）、构件间端面压缩胶圈密封与工作面压缩胶圈密封组合接口

应用在综合管廊中的箱涵，管道中安装有上水、中水与供热管线，此类管线大都以钢材制作，大型综合管廊为避免在此类管线中引起纵向应力，要求限止箱箱涵道的沉降等变形。故而我们可以采用工作面压缩胶圈密封方式与端面压缩胶圈密封方式的接口——工作面压缩胶圈密封与构件间有约束锁紧装置组合连接。

此种接口型式即能分别用作工作面压缩胶圈密封接口、纵向串接端面压缩胶圈密封接口，又能形成工作面压缩胶圈密封方式与纵向串接相接合的接口，是我国独创的用于混凝土箱涵的新型接口。

此种接口以⑵节所述接口型式箱涵，在其腋角位置预留纵向连接筋的孔道与锚固孔，管道施工时穿入纵向连接筋并张拉锚固，约束锁紧各节箱涵成整体。

四、在本工程中关于接口型式的建议：

1、本工程接口形状的建议选择

本工程中，接口采用双胶圈柔性企口式密封，安装过程中对接口就位精度要求极高，因为接口承插口密封面斜度较大时，只要接口纵向间隙稍微退出（扩大纵向间隙）时，胶圈的压缩间隙即容易变大而造成胶圈压缩比不够而影响接口密封。因此根据现有经验，斜度采用5~7°为宜，密封面承插口间隙为15mm左右为佳。

2、关于端面密封：

在本工程中，箱涵承插口密封间隙除胶圈密封外，还增加了其他填充材料，我们认为是可行的。唯一注意的是胶圈的主要密封宜在承插口接触面上，而不宜在断面密封上。我们认为，最安全的密封方式是承插口密封加端面密封相结合的密封方式。即上述三种密封方式的第三种。