我国城市道路排水检查井大部分采用砖砌体结构或现浇钢筋混凝土结构｡砖砌检查井采用红砖砌筑,承载能力低容易导致井周沉陷､井墙破损;现浇钢筋混凝土检查井造价高､开挖范围大､施工周期长､施工难度大｡其均不符合国家绿色､节能､环保的发展方向,对城市环境和交通安全影响较大｡

在欧美､日本等发达国家,城市排水管网中90%以上的检查井都是预制装配式排水检查井｡自2016年以来,我国便出台了一系列政策鼓励装配式建筑大力发展｡北京､上海､天津､西安等地积极响应,在预制装配式排水检查井标准化设计[1-6]､工厂化生产､装配化施工方面取得了快速发展,积累了宝贵经验｡

标准化设计作为预制装配式检查井产品生产的技术支撑,将对行业的快速发展起到关键作用｡2005年北京市市政工程研究院主持编制过建设部标准图集05SS521预制装配式钢筋混凝土排水检查井,但由于该标准适用范围和使用效果等原因于2014年6月1日起废止,这就意味着其后预制装配式排水检查井的设计需要由设计院自行完成｡由于缺少统一的国家和行业技术标准造成市场上产品规格复杂多样,质量良莠不齐,严重制约了预制装配式排水检查井行业的进一步发展｡为此预制装配式检查井标准化设计技术研究､标准化文件的出台和推广应用,将是我们近期亟待解决的重要问题｡

1、标准化设计技术研究

标准化设计是指制订统一的规范标准指导预制装配式检查井设计､生产和施工的方法｡预制装配式排水检查井标准化设计时将检查井分成不同功能的模块,每一模块下设计不同型号､规格的标准化构件｡设计人员根据设计图纸要求在标准化设计文件中选取不同型号的标准化构件,组合拼装成满足设计文件要求的检查井｡预制装配式检查井通常可以分为检查井框盖､升井垫圈､井筒和井室四大模块｡

1.1标准化设计的原则

1)每一模块在进行参数选取､结构强度､外形尺寸和应用功能设计时均以现行国家､行业相关标准作为设计依据｡这样做有助于实现设计标准化模块和现有设施之间的互换性和通用性｡2)标准编制时参数的选取应在充分考虑结构安全和适用范围的前提下统筹兼顾经济效益,以实现设计的科学性､严谨性和经济性｡3)设计时充分考虑不同构件之间的适用性､组合性和灵活性｡设计人员按照设计文件需求选取不同型号､规格的标准化构件,通过组合拼装,以满足不同连接管径､埋设深度检查井的要求｡充分考虑每一构件的适用性使其能够最大限度地适用于不同的模块组合当中,减小生产厂家模具数量｡4)应注重不同模块､不同构件之间的连接设计,以确保整体结构安全,防止接口漏水和结构失稳等问题的出现｡5)充分考虑现场吊装施工和运输的便捷性,确保标准化构件在吊装施工过程中能够高效进行｡

1.2标准化设计的优势

1)预制检查井的标准化设计需要经过标准设计人员充分的调研､论证和建模计算,具有科学性､严谨性和技术成熟性,能够有效保证预制检查井的结构安全和使用效果｡2)预制检查井的标准化设计有利于推动工厂化生产｡标准化设计对每一构件的规格､尺寸､原材料､生产加工要求进行了统一规定,有利于生产厂家规范模具尺寸,统一模具[7-9]模数,为大规模工厂化生产创造了技术条件｡3)预制检查井标准化设计和工厂化生产受设计人员和现场施工人员水平的影响较小,有利于保证检查井建设质量,可以有效避免检查井设计和施工过程中的质量问题,延长检查井使用寿命,降低后期养护成本｡4)预制检查井的标准化设计有利于推进产品换代升级;有利于四新技术的推广应用;有利于绿色生产和环境保护;有利于节约建设材料､降低产品造价､提高经济效益｡5)预制检查井的标准化设计的使用能够减少设计人员重复劳动､提高设计效率,加快设计进度｡6)标准化的模块和构件有利于重复操作,使得现场施工人员能够快速掌握拼装技能,提高施工效率,减少质量问题｡

1.3标准化设计的限制条件1)很难满足检查井多样化和个性化的需求｡尽管标准化设计能够满足大多数情况下项目设计需求,但在一些特殊情况下无法满足设计需求,需要设计人员根据实际情况具体设计｡2)很难满足大管径接入三通､四通检查井的标准化设计需求｡由于运输车辆大小和城市交通运输对限高､限宽条件的设置,三通､四通等超大井室内径尺寸的模块,在无法解决横向接缝漏水问题的前提下,暂时无法进行标准化设计｡3)标准化设计还面临着施工单位和构件生产厂家之间经济利益的重新分配问题｡4)标准化设计还需要克服供应链管理和产品质量控制的问题,确保供应商和生产厂家提供符合标准要求的产品构件｡

1.4标准化设计技术难点及应对策略

预制排水检查井的标准化设计虽然具有许多优势,但在标准化文件设计时还需要解决许多技术难题｡

1)需要解决不同管径､标高､角度支管的接入问题｡应对策略有:一是在接入排水主管道前,通过在支管上设置现浇检查井,解决上述问题｡二是按照排水工程设计文件和预制检查井的拼装组合设计文件要求,在预留孔口位置依据尺寸设置检查井预留孔堵头模具,在完成模具安装后,进行混凝土浇筑,待混凝土充分凝固后,拆除堵头模具,预留孔径较接入支管外径增加60mm~100mm｡凡是有支管接入预制检查井时,设计人员应提前与生产厂家联系,确定预留孔洞的大小､高程和方向,由构件生产厂商按照设计要求生产｡

2)需要解决构件之间竖向拼接处防水问题｡竖向拼接处通过采用承插口设计,即单个预制构件下部承口设计上部插口设计,其优点在于上下部构件之间能够快速对准位置精确安装,拼接处内高外低的设计也能够起到一定的防水作用｡为进一步加强防水能力在拼接处设计膨胀橡胶止水条[10-12]做好双重保险｡构件上部插口图详见图1,接缝大样图详见图2｡

图1构件上部插口图

图2接缝大样图

3)需要解决大埋深等多种工程应用场景检查井整体结构和构件拼接处局部安全问题｡检查井结构安全验算利用计算机软件进行仿真模拟,实现整体和局部有限元分析[13-15]｡建立仿真验算模型时要充分考虑结构设计安全性､适用性和经济性的原则,结合多种工程应用场景对检查井结构施加自重､水压力､土压力､车辆荷载､地震Ex､地震Ey等荷载｡边界条件设置时从整体和细节全面考虑,采用合理的数值模拟土弹簧,尽可能真实反映检查井和土体的受力关系｡本次利用计算机软件对不同型号和尺寸检查井进行建模分析,能够找出结构受力薄弱点并进行重点加强处理,解决了多种工程应用场景检查井整体和局部结构安全问题｡

4)需要解决不同型号检查井中井室和井筒构件尺寸模数的设计问题｡在预制混凝土检查井构件设计时,既要满足排水管道接入检查井设计内径尺寸,人员检修高度､流槽宽度要求,又要减少生产模具数量｡因此科学合理设计构件尺寸模数尤为重要,也是标准化设计中的难点问题｡井筒设计时以踏步间距和井盖大小作为模数｡井室设计时较为复杂,受接入管径大小､方向影响较大,可分为圆形井室和矩形井室两种,每种井室又有许多不同的尺寸型号｡设计时需要满足雨､污水检查井检修室高度在管道埋深允许时,一般宜不小于1.8m｡雨水(合流)检查井流槽顶可与0.5倍大管管径处相平,污水检查井流槽顶宜与大管管内顶处相平｡

5)需要解决检查井井顶标高与路面标高高差问题｡检查井构件拼装至与路面标高相差20cm左右时,即采用升井垫圈进行调节,升井垫圈设计50mm,100mm,150mm三种高度,能够满足井顶标高和路面标高高差调节的需求｡

6)需要解决大重量构件吊装[16-18]的问题｡根据预制构件的形状和重量不同结合其受力特点分别设置吊环或吊装孔｡圆形构件设计吊环,矩形构件设计吊装孔｡吊环或吊装孔的大小､位置均经计算确定,位于构件中上部对称设置｡当吊装孔遇到钢筋冲突时,可适当移动吊装孔位置,避免截断钢筋｡

2、标准化设计案例

2019年,西安市市政设施管理局组织设计单位和混凝土预制产品生产单位,在前期广泛调研､总结研究和应用实践的基础上编制了陕西省地方标准陕2019TJ048预制装配式排水检查井图集,为陕西省预制装配式检查井的大面积推广应用提供了技术支撑｡现阶段该图集在陕西省已经广泛使用于各设计单位和预制构件生产厂商,取得了很好的社会效益和经济效益｡

2.1标准化图集设计内容

1)明确了适用范围和设计参数｡《预制装配式排水检查井图集》适用于民用建筑与小区､工业建筑与厂区､市政排水管道工程;管径200mm~3000mm埋地塑料､混凝土､钢筋混凝土管道工程;抗震设防烈度为8度及8度以下地区｡预制检查井设计使用年限为50a｡设计荷载采用汽车荷载等级按城-A级,地面堆积荷载为20kN/m2,二者不叠加计算,取其大者｡地下水位按地面以下3m计算｡检查井最大允许埋深(指地面至检查井底板顶面距离)为16m｡

2)明确了标准化设计内容｡图集内容主要包括检查井预制标准化构件组合拼装图､各个标准化构件的编号和设计详图､标准化构件的选取方法以及接口､踏步大样图｡图集中根据检查井不同模块的使用功能将构件分为井筒标准化构件､井室标准化构件和连接转换盖板标准化构件三部分｡圆形检查井组合拼装图详见图3,矩形检查井组合拼装图详见图4｡

图3圆形检查井组合拼装图

图4矩形检查井组合拼装图

井筒标准化构件设计时从内径､高度和使用深度三个方面进行考虑｡采用圆形井筒直径有ϕ700mm,ϕ800mm,ϕ1000mm三种规格;设计高度时,考虑到踏步竖向间距为360mm,因此标准化构件设计高度均为360mm的整数倍,分别为360mm,720mm,1080mm,1440mm和1800mm｡在设计时充分考虑强度､安全和经济性目标,选取适用井筒构件深度小于4m,小于8m和不小于8m三种情况分别计算｡

井室标准化构件设计时从连接管径､人员检修､埋设深度三个方面进行考虑｡井室标准化构件平面形状选型,排水管径d200mm~d800mm采用圆形检查井设计,管径d1000mm~d3000mm采用矩形检查井设计｡圆形检查井井室分为上下两部分标准化构件,对于同一管径雨污水检查井下部标准化构件高度一致,上部标准化构件高度需满足雨污水检查井对检修室高度不小于1800mm的要求,主管预留孔洞位于下部标准化构件当中｡矩形检查井井室分为上､中､下三部分标准化构件,污水检查井较雨水检查井增加上部标准化构件实现雨污水检查井的井室高度的设计需求,主管预留孔洞位于中部标准化构件和下部标准化构件之间｡井室内宽设计为1.1m和1.5m两种｡圆形井室下部构件详见图5,矩形井室中部构件详见图6｡

图5圆形井室下部构件图

图6矩形井室中部构件图

连接转换盖板标准化构件主要是解决上下部标准化构件因为尺寸不一致相互连结的问题｡分为井室盖板标准化构件和井筒盖板标准化构件两种形式｡盖板孔洞上部采用插口设计下部周边采用承口设计｡盖板设计时,选取盖板顶覆土小于8m和不小于8m两种情况分别计算｡

3)明确了标准化构件竖向连接处防水处理｡要求膨胀橡胶止水条与检查井预制构件配套供应｡橡胶表面清洁平整,无划痕､气泡及其他杂质,边缘整齐｡当检查井井壁厚为200mm时,设置20mm×20mm膨胀橡胶止水条一条;当检查井井壁厚为300mm和350mm时,设置30mm×20mm膨胀橡胶止水条两条｡

4)明确了吊装和踏步设计｡图集中对标准化构件的吊环､吊装孔和踏步的位置､结构形式､材料选用进行了详细设计,构件预制完成后即对后期装配化施工创造了条件｡吊装施工现场使用小型吊装机,吊装前必须编制吊装作业的专项施工方案｡

5)明确了构件产品制作与检测要求｡构件的制作应严格按照GB50204—2015混凝土结构工程施工质量验收规范相关要求执行｡预制混凝土构件必须保证表面平整､光滑､无蜂窝麻面｡生产厂家可以利用现有成熟和先进的预制构件生产工艺｡检查井构件尺寸允许偏差详见表1｡

表1构件尺寸允许偏差表

2.2改进方向

《预制装配式排水检查井图集》使用至今得到了设计单位和生产厂商的一致认可,创造了良好的经济效益和社会效益｡在使用过程中,编制组不断收集各方意见,发现仍有一些需要改进的问题｡一方面需要进一步细化边界条件和适用范围,预制检查井埋设深度以及地下水见水深度等重要设计参数的选取,将直接影响标准化设计构件的原材用量,对于标准化构件生产成本的降低起着至关重要的作用｡通过对边界条件和适用范围的细分,不断增加图集中标准化构件库数量,为使用者提供更多结构安全和经济合理的选择｡另一方面,对于标准化构件横向接缝连接处防水设计,将作为后期技术攻坚难点和重点研究方向,横向接缝连结防水问题的解决将对三通､四通及大管径检查井的标准化设计提供技术支撑｡

3、结论

预制装配式排水检查井的标准化设计､工厂化生产､装配化施工､智能化管理是市政排水行业未来发展的趋势｡标准化设计是推动行业技术水平提高和产品升级转型的前提基础和重要标志｡为此,我们要将标准化设计作为有利手段,不断提高产品质量,降低产品成本,减小施工周期和施工难度,不断推动绿色生产和环境保护｡

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基金资助:2020年度陕西省建设厅优秀工程建设标准设计编制项目;

文章来源:李滢.预制装配式排水检查井标准化设计技术研究[J].山西建筑,2025,51(05):109-112+130.