給排水廠站工程預(yù)制裝配技術(shù)的應(yīng)用分析與展望

許大鵬 翟之陽 黃彪

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 200092

引言

較傳統(tǒng)粗放型建造方式不同，預(yù)制裝配技術(shù)通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、機(jī)械化施工、信息化管理等手段，更好地契合了當(dāng)前社會“綠色、經(jīng)濟(jì)、高效”的發(fā)展理念。采用預(yù)制裝配式建造技術(shù)可以提高生產(chǎn)效率，縮短施工工期，減少環(huán)境污染，是當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢［1，2］。

在引進(jìn)歐美日等先進(jìn)國家的成熟經(jīng)驗(yàn)后，我國現(xiàn)代化裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通過完善新的技術(shù)，自本世紀(jì)初開始了一段全新的發(fā)展歷程。以此為契機(jī)，相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系逐步建立，如《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 51231—2016）、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1—2014）等，為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系的技術(shù)進(jìn)步和推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)在市場上的占有率仍較低，為加快推動(dòng)我國預(yù)制裝配技術(shù)的發(fā)展，各級政府相繼出臺了預(yù)制裝配式建筑的專門指導(dǎo)意見和相關(guān)配套措施。在政策支持下，民建、交通等領(lǐng)域進(jìn)行了大量的工程應(yīng)用并形成了各自行業(yè)的核心技術(shù)［3］。給排水廠站工程作為土木行業(yè)的重要分支之一，因行業(yè)特點(diǎn)，預(yù)制裝配技術(shù)起步發(fā)展較為緩慢。但隨著節(jié)能減排、綠色施工的行業(yè)趨勢，加快推進(jìn)預(yù)制裝配式建造，完成建造技術(shù)升級、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型已然成為給排水廠站工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展方向。

本文首先結(jié)合給排水廠站工程建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)及分類，對預(yù)制裝配技術(shù)在該領(lǐng)域應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析；進(jìn)一步論述了給排水廠站工程大中型構(gòu)筑物裝配連接方案的核心技術(shù)；接著介紹了國內(nèi)給排水廠站工程采用預(yù)制裝配技術(shù)的典型案例；最后剖析了影響給排水工程領(lǐng)域預(yù)制裝配技術(shù)發(fā)展的重難點(diǎn)，并對相關(guān)技術(shù)應(yīng)用提出展望。

1 給排水廠站工程建（構(gòu)）筑物分類

本文涉及預(yù)制裝配技術(shù)的工程項(xiàng)目主要為大型給水工程與排水工程。考慮給排水廠站工程涵蓋的建（構(gòu)）筑物種類繁多，為確保系統(tǒng)性、條理性地分析廠站工程中預(yù)制裝配技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合工程中建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)，將其分為建筑物、大中型構(gòu)筑物、小型構(gòu)筑物和線型工程四大類，具體分類如表1 所示。

表1 給排水廠站工程建（構(gòu)）筑物分類Tab.1 Category of buildings and structures of water supply and drainage plant projects

2 給排水廠站工程預(yù)制裝配技術(shù)可行性分析

2.1 廠站建筑物結(jié)構(gòu)可行性分析

給排水廠站建筑物主要包括非生產(chǎn)性建筑與工業(yè)建筑兩大類。其中，非生產(chǎn)性建筑結(jié)構(gòu)多為地面式框架、框剪結(jié)構(gòu)等；工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)主要分為地面式工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)和地下建筑結(jié)構(gòu)。此類建筑結(jié)構(gòu)無蓄水功能，主要需解決受力、抗震、不均勻沉降等設(shè)計(jì)問題。

對于地面式的非生產(chǎn)用房與工業(yè)建筑廠房，可采用梁板柱部分預(yù)制或全預(yù)制的做法，減少大量現(xiàn)場濕作業(yè)的同時(shí)節(jié)省大量模板。在預(yù)制裝配技術(shù)上同民建項(xiàng)目類似。但需指出，給排水廠站工程的工業(yè)建筑有其特殊的工藝要求，設(shè)計(jì)中需結(jié)合建筑物的工藝特點(diǎn)定制合適的預(yù)制裝配方案。

對于地下建筑結(jié)構(gòu)，白龍港污水廠項(xiàng)目地下箱體結(jié)構(gòu)中選取平面布置規(guī)則的反應(yīng)池區(qū)域與二沉池區(qū)域進(jìn)行預(yù)制裝配技術(shù)應(yīng)用示范。其中B2層采用現(xiàn)澆，B1 層采用疊合板，B1 層至B0 層間采用預(yù)制柱，B0 板采用預(yù)制節(jié)點(diǎn)＋疊合板的方案（如圖1 所示），證明了預(yù)制裝配技術(shù)在地下建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用的可行性。

圖1 試驗(yàn)區(qū)地下建筑結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配方案Fig.1 Prefabricated assembly plan of the underground structure in the test area

2.2 廠站大中型構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)可行性分析

大中型水池構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)除具有建筑結(jié)構(gòu)的一些共同特點(diǎn)，還因其所處的工藝環(huán)境條件和施工條件而存在一定特殊性，需要重點(diǎn)解決板式拉彎構(gòu)件受力和接縫防水問題。

1.池體主體結(jié)構(gòu)

給排水廠站中鋼筋混凝土池體常用的平面形狀主要為圓形或矩形；按池體埋置位置不同，又可分為地下式、半地下式和地上式等。

池體主體結(jié)構(gòu)是由底板、壁板、頂板以及扶壁、柱、梁等構(gòu)件組成的空間結(jié)構(gòu)，承受的荷載主要包括池外水土壓力、池內(nèi)水壓力、覆土壓力、車輛荷載、設(shè)備荷載等，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜且防水要求較高。目前池體結(jié)構(gòu)由于技術(shù)、造價(jià)等多方面原因，預(yù)制裝配技術(shù)應(yīng)用還較少。

對于采用預(yù)制裝配技術(shù)的池體主體結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)問題是解決預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)的可靠性和防水性，目前采用的技術(shù)形式主要有如下幾類：插口（杯口）式連接、預(yù)應(yīng)力法連接、灌漿套筒或漿錨搭接、疊合板現(xiàn)澆層連接、混凝土現(xiàn)澆段連接、超高性能UHPC連接。圖2 為泰和水廠采用UHPC連接的池體設(shè)計(jì)思路。圖3 為Beckton 污水處理廠兩座曝氣池采用疊合板方案的現(xiàn)場施工圖［4］。各技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)將在第3 節(jié)技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)論述。

圖2 泰和水廠采用UHPC 連接的預(yù)制裝配水池設(shè)計(jì)思路Fig.2 Desigh thinking of UHPC connection for a prefabricated assembly water tank in Taihe water plant

圖3 Beckton STW 曝氣池疊合板施工流程［4］Fig.3 Construction of aeration tanks used superimposed slabs in Beckton STW［4］

2.池體內(nèi)部混凝土構(gòu)件

根據(jù)水池結(jié)構(gòu)功能的不同及工藝要求，水池內(nèi)部混凝土構(gòu)件可分為如下三類：

（1）工藝設(shè)備構(gòu)件：該類構(gòu)件主要為服務(wù)于工藝運(yùn)行的設(shè)備構(gòu)件，如沉淀池內(nèi)的指型槽、折板，濾池內(nèi)的V型槽、濾板（圖4a）等。

（2）輔助性結(jié)構(gòu)構(gòu)件：主要包括用于支撐工藝設(shè)備的構(gòu)件，如指型槽下立柱、折板兩側(cè)隔墻、濾板下隔墻，沉淀池底坎、水池內(nèi)導(dǎo)流墻（圖4b）等。

圖4 池體內(nèi)部構(gòu)件預(yù)制裝配應(yīng)用案例Fig.4 Cases of prefabricated assembly technology used for internal structures

（3）附屬功能構(gòu)件：如沉淀池排泥槽、樓梯、連接天橋、渠道等。

池體內(nèi)部混凝土構(gòu)件種類繁多，現(xiàn)澆施工過程繁瑣且質(zhì)量難以保證，構(gòu)件結(jié)構(gòu)受力較?。ɑ虿皇芰Γ?，防水要求不高，采用預(yù)制裝配技術(shù)可以提高質(zhì)量，縮短工期，具有良好的應(yīng)用前景。具體實(shí)施思路可從三方面落實(shí)：

（1）池體內(nèi)部混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)化，針對不同廠站規(guī)模，進(jìn)行定型化設(shè)計(jì)；

（2）此類預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)形式可采用全預(yù)制或疊合板形式，構(gòu)件大小滿足施工運(yùn)輸、吊裝的要求；

（3）構(gòu)件連接應(yīng)根據(jù)其受力特點(diǎn)與防水要求，選擇不同的連接方式，并應(yīng)方便施工。

2.3 廠站小型構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)可行性分析

給排水廠站內(nèi)的小型構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)主要包括：各類閥門井、流量儀井、檢修井（圖5）、加藥管溝、電纜溝等。此類井、管溝構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：

圖5 標(biāo)準(zhǔn)雨水檢查井Fig.5 Standardized rain inspection wells

（1）體型較小、形狀簡單、功能單一、易于設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)尺寸：如可將閥門井尺寸按照管徑、管數(shù)等進(jìn)行歸納分類，形成標(biāo)準(zhǔn)圖集；

（2）結(jié)構(gòu)受力小、防水要求較低：井、管溝通常設(shè)置于綠化帶內(nèi)，承受荷載不大，且其內(nèi)部設(shè)備、管道等自身防水性能好，對結(jié)構(gòu)本身防水要求較低；

（3）施工成本高：給排水廠站內(nèi)管道、電纜溝、閥門井等數(shù)量繁多、錯(cuò)綜復(fù)雜，采用混凝土現(xiàn)澆施工需耗費(fèi)大量人力和時(shí)間。

由上述分析可知，給排水廠站內(nèi)井、管溝等小型構(gòu)筑物易于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)受力小、防水要求低，具備預(yù)制裝配技術(shù)的應(yīng)用條件，并且較現(xiàn)澆施工可以節(jié)省大量人工，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。此類結(jié)構(gòu)預(yù)制率往往可以達(dá)到80%以上。具體實(shí)施思路如下：

（1）小型構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，針對不同廠站規(guī)模應(yīng)進(jìn)行定型化設(shè)計(jì)；

（2）對難以整體預(yù)制的井類結(jié)構(gòu)形式可采用底板現(xiàn)澆，壁板、蓋板預(yù)制的方式；對于管溝類結(jié)構(gòu)形式可采用底板、壁板整體或分節(jié)預(yù)制，節(jié)段之間采用承插或現(xiàn)澆方式連接。

2.4 廠站線型工程可行性分析

廠站線型工程由于標(biāo)準(zhǔn)化程度高，力學(xué)模型簡單，十分契合預(yù)制裝配的建造模式。該類工程裝配連接技術(shù)可參考池體主體結(jié)構(gòu)，對防水要求不高的工程亦可采用干式連接技術(shù)。目前，部分廠站線型工程已形成系列標(biāo)準(zhǔn)化圖集，較其余三種結(jié)構(gòu)形式，該類工程對應(yīng)的預(yù)制裝配比率也更高。

3 給排水廠站大中型構(gòu)筑物裝配連接技術(shù)分析

大中型水池構(gòu)筑物主體結(jié)構(gòu)形式主要為整體板式、無梁樓蓋式、壁柱梁板式等。考慮池體工藝環(huán)境與施工條件的特殊性，大中型構(gòu)筑物預(yù)制裝配需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題主要包括：（1）防水問題；（2）受力特殊性，尤其是縱向拉力；（3）不均勻沉降；（4）制作、運(yùn)輸以及現(xiàn)場施工便捷性。

池體主體結(jié)構(gòu)的連接技術(shù)可分為干式連接與濕式連接兩類，具體分類如圖6 所示。

圖6 給排水大中型構(gòu)筑物裝配連接技術(shù)分類Fig.6 Classification of assembly connection technology used for water supply and drainage structures

3.1 插口（杯口）式連接

杯口連接（圖7a）可用于基礎(chǔ)與柱、底板與壁板之間的連接部位。底板杯口連接為鉸接，可用于有頂板矩形池或圓形水池中，力學(xué)性能上整體性一般，工程應(yīng)用中應(yīng)注意保證杯口的設(shè)計(jì)剛度和施工質(zhì)量［5］。

此外，該連接方式防水性能對灌漿材料的密實(shí)性能和收縮性能要求較高，控制不好易出現(xiàn)漏水情況，且杯口連接部位在構(gòu)筑物內(nèi)部形成凸起結(jié)構(gòu)，對水池內(nèi)儲水容量、水流流態(tài)會造成影響。傳統(tǒng)的插口（杯口）式連接若要應(yīng)用于池體主體結(jié)構(gòu)，還需進(jìn)行深入研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)。

承插口式與企口式連接（圖7b、7c）可用于管廊、箱涵等線型構(gòu)筑物的整體縱向連接，為干式連接，力學(xué)模型為鉸接，不能承受傳遞拉力和彎矩。

圖7 插口（杯口）式連接Fig.7 Spigot or cup connection

3.2 預(yù)應(yīng)力法連接

預(yù)應(yīng)力法連接多用于大型預(yù)制圓形水池，如圖8a所示，水池底板現(xiàn)澆，預(yù)制壁板與底板以杯口式連接，沿池壁均布扶壁柱并預(yù)留穿筋孔洞，待水池預(yù)制結(jié)構(gòu)、后澆段實(shí)施完成后進(jìn)行體外無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉，使圓形水池壁板產(chǎn)生有效的預(yù)壓應(yīng)力，滿足水池受力要求［6］。

此外，近年來地下管廊多用預(yù)應(yīng)力法連接，具體包括預(yù)應(yīng)力筋（或PC 鋼棒）和螺栓連接。通過在混凝土預(yù)制構(gòu)件中預(yù)留孔道，構(gòu)件安裝就位后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉或螺栓固定。該做法也可用于具備條件的水池結(jié)構(gòu)中，可滿足受力要求，如圖8b、8c所示［7］。

圖8 預(yù)應(yīng)力法連接節(jié)點(diǎn)Fig.8 Connection joint of pre-stress method

預(yù)應(yīng)力連接的防水需依靠預(yù)制構(gòu)件之間的防水材料，防水效果取決于材料密封性、預(yù)應(yīng)力壓緊效果和施工質(zhì)量，仍存在一定的滲漏風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 灌漿套筒或漿錨搭接

灌漿套筒連接或漿錨搭接（圖9）是民用建筑中柱、剪力墻等構(gòu)件常用的連接技術(shù)，是裝配式結(jié)構(gòu)中縱向受力鋼筋有效且可靠的機(jī)械連接方式［8］。其連接后的力學(xué)性能可得到保證，達(dá)到等同現(xiàn)澆，但其防水性能仍依賴密封防水材料的技術(shù)突破和施工質(zhì)量保證。與剪力墻結(jié)構(gòu)不同，給排水廠站池體的壁板等主體結(jié)構(gòu)部位的受力鋼筋往往間距較小，鋼筋直徑從小到大跨度大，因此該連接方式在廠站工程主體結(jié)構(gòu)的實(shí)施難度較大。

圖9 灌漿套筒或漿錨搭接技術(shù)Fig.9 Grout sleeve or grout-filled lab connection

3.4 疊合板現(xiàn)澆層連接

疊合板作為裝配整體式連接方式，在民建中有著廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)通過連接筋將兩側(cè)預(yù)制板固定相連，而后在預(yù)制板間空隙灌注混凝土形成墻體，工程實(shí)例表明其結(jié)構(gòu)性能達(dá)到等同現(xiàn)澆程度。

該連接形式的結(jié)構(gòu)整體性、防水性能在原理上有一定保障，可在構(gòu)筑物主體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用及推廣。但需指出的是，給排水工程水池構(gòu)筑物壁板為拉彎構(gòu)件，需解決好壁板與底板之間、壁板與壁板之間的受力連接問題和后澆混凝土的溫度收縮問題。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方式上仍需進(jìn)行深入研究。圖10a 為Beckton 污水處理廠兩座疊合板曝氣池的工程案例［4］，圖10b為泰和水廠池體結(jié)構(gòu)采用疊合板預(yù)制裝配的研究試驗(yàn)案例。

圖10 疊合板現(xiàn)澆層連接Fig.10 Connection of superimposed slabs with cast-in-place concrete

3.5 混凝土現(xiàn)澆段連接

該連接節(jié)點(diǎn)處的鋼筋可采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)鋼筋的連接方式（圖11），主要包括：機(jī)械螺紋套筒連接、鋼筋搭接、鋼筋焊接等。預(yù)制混凝土構(gòu)件與后澆混凝土的接觸面須做成粗糙面或鍵槽面或兩者兼有，以確保界面可靠貼合，提高混凝土抗剪能力。

圖11 混凝土現(xiàn)澆段連接Fig.11 Connection of cast-in-place concrete

該連接形式力學(xué)上等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)；防水性能和界面處理有較大關(guān)系，處理良好可達(dá)到較好的防水效果；但現(xiàn)場澆筑混凝土的作業(yè)量偏大。

3.6 超高性能UHPC連接

UHPC在國際上系指抗壓強(qiáng)度為150MPa 以上，具有高強(qiáng)度、高韌性、長耐久性、低孔隙率的水泥基復(fù)合材料；國標(biāo)《活性粉末混凝土（RPC）》（GB／T 31387—2015）要求抗壓強(qiáng)度最低為100MPa。

UHPC在橋梁建造上有諸多應(yīng)用先例，包括小型橋梁的全預(yù)制，大中型橋梁的重要構(gòu)件預(yù)制以及預(yù)制橋段之間的連接等。相關(guān)研究表明，普通鋼筋在UHPC中的錨固長度達(dá)到10d 時(shí)即可保證鋼筋錨固性能，為其在預(yù)制裝配節(jié)點(diǎn)連接的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

在民建領(lǐng)域，已有工程采用UHPC 進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的裝配式連接。采用“節(jié)點(diǎn)預(yù)制＋構(gòu)件后澆”形式（如圖12a 所示），節(jié)點(diǎn)澆筑材料使用UHPC，具體實(shí)施方式如下：（1）梁梁節(jié)點(diǎn)：鋼筋使用搭接的方式連接，搭接長度為10d；（2）梁柱節(jié)點(diǎn)：預(yù)制柱內(nèi)縱筋穿過預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)預(yù)留的螺紋對穿孔后，注漿封閉；（3）柱柱節(jié)點(diǎn)：通過預(yù)埋在預(yù)制柱里?50 的灌漿孔進(jìn)行UHPC 的灌漿連接。

相較于傳統(tǒng)的連接技術(shù)，UHPC 連接具有后澆帶更窄、連接更可靠、布置更靈活等優(yōu)勢。鑒于這些優(yōu)勢，UHPC 連接亦可在給排水工程構(gòu)筑物主體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用及推廣，圖12b 為泰和水廠采用UHPC連接的預(yù)制裝配水池試驗(yàn)案例。此外，UHPC連接可使預(yù)制構(gòu)件的制作趨于標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化，使其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

圖12 超高性能UHPC 連接Fig.12 High-performance connection of UHPC

上述給排水大中型構(gòu)筑物的主體結(jié)構(gòu)連接技術(shù)及主要特點(diǎn)匯總?cè)绫? 所示。綜上所述，技術(shù)方案4、5、6 可確保結(jié)構(gòu)的整體性等同現(xiàn)澆，其中方案4、6 宜推廣應(yīng)用；方案2、3 需保證防水材料和施工質(zhì)量的可靠性，存在一定的滲漏水風(fēng)險(xiǎn)，可在防水要求不高的條件下應(yīng)用；方案1 可在特定的受力與防水要求下應(yīng)用。

表2 水池構(gòu)筑物主體結(jié)構(gòu)連接技術(shù)Tab.2 Connection technology used in water tank structures

4 給排水廠站預(yù)制裝配典型工程案例

4.1 白龍港污水處理廠預(yù)制裝配技術(shù)應(yīng)用

白龍港污水處理廠地下污水廠反應(yīng)池區(qū)域、二沉池區(qū)域上部箱體部分采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，其余部分均采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

生物反應(yīng)池區(qū)域平面尺寸為151.2m×254m，頂板標(biāo)高-2.000m，層高5m；二沉池區(qū)域平面尺寸80.15m×254m，頂板標(biāo)高-2.000m，層高5.8m。該兩部分區(qū)域平面布置規(guī)則，下部水池頂板厚度均為200mm，可作為上部箱體嵌固端。上部箱體位于地下，為單層結(jié)構(gòu)，可按地下室處理。預(yù)制部分根據(jù)以下原則布置：（1）上部箱體外壁采用現(xiàn)澆；（2）箱體上設(shè)置進(jìn)出通道處、通風(fēng)井處樓板現(xiàn)澆；（3）箱體梁、柱采用現(xiàn)澆；（4）箱體其余板采用250mm 厚疊合板預(yù)制構(gòu)件：100mm預(yù)制板＋150mm整澆層。

在二沉池區(qū)域選擇B2 區(qū)域作為預(yù)制裝配示范區(qū)，采用B1 層板預(yù)制，B1 層柱預(yù)制，B0 層梁節(jié)點(diǎn)預(yù)制＋疊合板的預(yù)制裝配方案，如圖1 所示。該區(qū)域中預(yù)制部分根據(jù)以下原則布置：（1）下部水池頂板采用200mm 厚疊合板：100mm 預(yù)制板＋150mm 整澆層；（2）箱體柱采用預(yù)制構(gòu)件，采用套筒灌漿方式連接；（3）箱體梁采用預(yù)制構(gòu)件，采用節(jié)點(diǎn)預(yù)制的十字構(gòu)件形式；（4）箱體板采用250mm 厚疊合板預(yù)制構(gòu)件：100mm 預(yù)制板＋150mm整澆層。

預(yù)制節(jié)點(diǎn)（圖13）的長度為1／3 梁段跨距，兩個(gè)預(yù)制節(jié)點(diǎn)間采用現(xiàn)場澆筑施工。預(yù)制節(jié)點(diǎn)預(yù)留鋼筋接駁器，現(xiàn)澆段鋼筋通過預(yù)留接駁器與預(yù)制節(jié)點(diǎn)連接，兩側(cè)鋼筋在現(xiàn)澆段內(nèi)以搭接方式連接。

圖13 梁預(yù)制節(jié)點(diǎn)及安裝示意Fig.13 Prefabricated node and construction of beam

該示范區(qū)應(yīng)用預(yù)制裝配技術(shù)對比整體現(xiàn)澆方式存在如下特點(diǎn)：（1）構(gòu)件預(yù)制，質(zhì)量較好；現(xiàn)場需定制支撐模具；（2）工期較現(xiàn)澆方案縮短約10%；（3）造價(jià)上較現(xiàn)澆方案增加200 ～400元／m2。

4.2 泰和水廠預(yù)制裝配技術(shù)應(yīng)用

泰和水廠實(shí)施兩組裝配式水池，每組平面尺寸為21.85m×8.4m，池壁高度為3.3m，采用敞口水池設(shè)計(jì)。水池底板采用C30 混凝土現(xiàn)澆而成，厚度600mm，預(yù)留豎向鋼筋與池壁鋼筋連接。

其中一組水池池壁采用雙面疊合墻的裝配整體式連接，池壁共拆分為18 片疊合墻體。另一組水池的池壁采用整體預(yù)制后澆超高性能混凝土（UHPC）拼縫連接，池壁共拆分為18 片預(yù)制墻體。兩座水池建造完成后，對水池進(jìn)行注水加載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明疊合板各連接節(jié)點(diǎn)及UHPC和混凝土連接界面均無滲漏。見圖14。

圖14 泰和水廠2 座預(yù)制裝配水池現(xiàn)場施工Fig.14 Construction of two prefabricated assembly water tanks in Taihe water plant

雙面疊合墻池體壁板連接（圖15a）采用夾心層內(nèi)設(shè)置附加水平筋、豎向插筋和箍筋，并后澆混凝土形成連接。壁板與底板連接（圖15b）采用在現(xiàn)澆底板上預(yù)留U型鋼筋及預(yù)埋止水鋼板，并與疊合墻預(yù)留錨固鋼筋搭接，后澆混凝土形成連接。

圖15 疊合墻池體連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（單位： mm）Fig.15 Connection design of the water tank used superimposed slabs（unit：mm）

采用UHPC的池體壁板連接（圖16a）通過兩側(cè)預(yù)制墻體預(yù)留錨固鋼筋并澆筑超高性能混凝土進(jìn)行連接。壁板與底板連接（圖16b）則通過將現(xiàn)澆底板預(yù)留的錨固鋼筋同上部預(yù)制墻體的錨固鋼筋搭接，后澆連接段下部鑿毛并設(shè)置遇水膨脹止水條，內(nèi)外側(cè)支模后澆筑超高性能混凝土形成連接。

圖16 池體UHPC 連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)（單位： mm）Fig.16 Connection design of the water tank used UHPC（unit：mm）

4.3 松浦泵站預(yù)制裝配閥門井

工程東南側(cè)地下管線數(shù)量多、管徑大、埋深深，某防汛閥門井（4.450m（長）×4.450m（寬）×4.250m（高））處在臨時(shí)道路上。為保證總體工程按時(shí)連通通水的計(jì)劃要求，減少對臨近工地的影響，經(jīng)綜合研究后提出采用預(yù)制裝配閥門井［9］，如圖17 所示。

圖17 預(yù)制裝配閥門井［9］Fig.17 Prefabricated assembly valve well［9］

防汛閥門井底板、豎向壁板均采用工廠預(yù)制，其中底板四周、豎向壁板下端均預(yù)留插筋，以便施工現(xiàn)場定位完畢后現(xiàn)澆，以確保嵌固部位的整體性和防水效果，連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)見圖18。實(shí)踐證明預(yù)制閥門井安全可靠，防水性能可滿足工程使用要求，同時(shí)現(xiàn)場施工工期大大縮短，具有推廣價(jià)值。

圖18 預(yù)制裝配閥門井連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)［9］Fig.18 Connection design of the prefabricated assembly valve well［9］

5 應(yīng)用展望

5.1 預(yù)制裝配技術(shù)在給排水廠站工程發(fā)展的重難點(diǎn)

促進(jìn)預(yù)制裝配技術(shù)在給排水廠站工程中發(fā)展的重難點(diǎn)主要包括如下幾點(diǎn)：

（1）技術(shù)應(yīng)用范圍：目前預(yù)制裝配技術(shù)種類繁多，主要應(yīng)用在民建、橋梁等領(lǐng)域，各種連接技術(shù)和結(jié)構(gòu)體系能較好地滿足結(jié)構(gòu)性能，達(dá)到等同現(xiàn)澆的目的。由于給排水工程構(gòu)筑物特有的防水問題，在預(yù)制裝配技術(shù)選型時(shí)需根據(jù)不同的構(gòu)筑物類型采用不同的連接技術(shù)。例如采用預(yù)應(yīng)力連接技術(shù)的預(yù)制綜合管廊節(jié)段需配合止水條來防止地下水侵入，但多因節(jié)段的制作精度和質(zhì)量參差不齊、止水條種類和質(zhì)量繁雜，需對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行二次加工，并選用價(jià)格昂貴的進(jìn)口止水條，導(dǎo)致最終造價(jià)較高。因此在給排水工程構(gòu)筑物的預(yù)制裝配技術(shù)選型中需要綜合考慮質(zhì)量、防水、價(jià)格等因素，給出合理的建議和評價(jià)。

（2）工程造價(jià)提升：受場地、運(yùn)輸、模具等因素影響，造價(jià)提升是現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)向預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型過程中不可避免的因素［10］。從上海市推出的預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則以及其在2016 年至2020年指標(biāo)變化中可知，控制預(yù)制率和裝配率的指標(biāo)在合理范圍，可確保工程費(fèi)用增加在可控范圍內(nèi)，并能有效刺激預(yù)制裝配領(lǐng)域的發(fā)展。因此給排水廠站工程中應(yīng)用預(yù)制裝配技術(shù)導(dǎo)致的工程造價(jià)提升，需制定合理的計(jì)算細(xì)則和政策指標(biāo)（目前上海市已準(zhǔn)備發(fā)布《推進(jìn)預(yù)制裝配式技術(shù)水務(wù)工程應(yīng)用三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023 年）》和《上海市水務(wù)工程裝配式建（構(gòu)）筑物預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則》），在合理控制造價(jià)提升的同時(shí)達(dá)到刺激給排水工程預(yù)制裝配技術(shù)的發(fā)展和競爭。

（3）指標(biāo)體系建立：目前以國家標(biāo)準(zhǔn)及地方計(jì)算細(xì)則為主導(dǎo)的裝配式指標(biāo)體系，在民建領(lǐng)域應(yīng)用較多，針對給排水工程領(lǐng)域并不完全適用，尤其針對部分特殊結(jié)構(gòu)體系的池體構(gòu)筑物基本無法開展計(jì)算。因此建立給排水工程特有的指標(biāo)體系是推廣應(yīng)用預(yù)制裝配技術(shù)的前提之一。

（4）關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展：預(yù)制裝配技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用主要集中在民建、橋梁等領(lǐng)域，針對給排水廠站工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的預(yù)制裝配技術(shù)缺乏深入研究，使得該領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展落后于其他建造領(lǐng)域。因此有必要推廣新技術(shù)的研發(fā)、試驗(yàn)來充實(shí)給排水工程預(yù)制裝配技術(shù)的積累。

5.2 預(yù)制裝配技術(shù)在給排水工程中的應(yīng)用展望

隨著我國建筑工業(yè)化體系的不斷完善，預(yù)制裝配技術(shù)在給排水工程領(lǐng)域?qū)⒅鸩降玫酵茝V應(yīng)用。但總體而言，給排水工程較民建、交通領(lǐng)域仍處于緩慢發(fā)展階段，需在以下方面進(jìn)行深入研究和發(fā)展：

（1）結(jié)構(gòu)體系及連接節(jié)點(diǎn)的研究。給排水工程中傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法并不完全適用于裝配式結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)體系和連接節(jié)點(diǎn)等方面都需進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。給排水工程復(fù)雜繁多的結(jié)構(gòu)體系使得各連接節(jié)點(diǎn)的適用范圍具有局限性。根據(jù)各結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)研究針對性連接節(jié)點(diǎn)，確保連接節(jié)點(diǎn)受力性能的前提下滿足防水、施工便捷等各項(xiàng)要求，對給排水工程裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

（2）新型材料研發(fā)。UHPC 應(yīng)用使得預(yù)制裝配技術(shù)得到快速發(fā)展，防水密封材料保障了預(yù)應(yīng)力法等連接形式的防水性能，由此可見探索新型高性能材料在給排水工程預(yù)制裝配領(lǐng)域的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)交叉學(xué)科的互利共贏，有助于拓寬行業(yè)發(fā)展的道路。

（3）規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制定。目前給排水工程領(lǐng)域裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較少，預(yù)制裝配質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)亦缺乏相關(guān)檢測方法及判定依據(jù)，因此加快規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制定是推廣預(yù)制裝配技術(shù)的理論保障。

（4）預(yù)制裝配技術(shù)信息化建設(shè)。BIM 技術(shù)的快速發(fā)展，使得預(yù)制裝配技術(shù)在設(shè)計(jì)階段、構(gòu)件生產(chǎn)階段和建造階段均能實(shí)現(xiàn)信息共享與協(xié)同工作［11］。設(shè)計(jì)階段對結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)件拆分，全過程模擬論證節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的可行性與現(xiàn)場裝配的便捷性；生產(chǎn)階段調(diào)取構(gòu)件的BIM模型數(shù)據(jù)，指導(dǎo)廠家加工生產(chǎn)流程，確保預(yù)制構(gòu)件精度；建造階段全過程模擬裝配流程，指導(dǎo)現(xiàn)場裝配等施工操作，提高預(yù)制裝配效率。

（5）給排水工程預(yù)制裝配技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。給排水工程預(yù)制裝配技術(shù)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工都尚未形成完整體系，需積累更多工程經(jīng)驗(yàn)，因此在國家政策的指導(dǎo)下需加快形成適用于給排水工程領(lǐng)域的裝配式建造產(chǎn)業(yè)鏈。