綠色可循環(huán)裝配式道路面板的應(yīng)用

仉 荃，王世舉

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

引 言

雄安新區(qū)環(huán)市民服務(wù)中心臨時道路位于容城容東片區(qū)，由橫一、縱一、縱二組成，其中，橫一路長457 m、寬8 m，縱一路長633 m、寬12 m，縱二路長549 m、寬8 m。

本文介紹綠色可循環(huán)裝配式道路面板在此工程中的應(yīng)用，以期為今后雄安新區(qū)的建設(shè)提供借鑒。

1 裝配式道路面板設(shè)計

1.1 面板結(jié)構(gòu)設(shè)計

預(yù)制面板標準尺寸為4 m×2 m×0.28 m，混凝土強度等級 C40，鋼筋采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)片，直徑14 mm，角部設(shè)置4根放射加強筋，鋼筋直徑16 mm，鋼筋等級均為HRB400，保護層最小厚度35 mm。

圖1 臨時道路結(jié)構(gòu)斷面

圖2 面板結(jié)構(gòu)

1.2 面板連接形式設(shè)計

裝配式道路預(yù)制面板選用直螺栓連接。所謂直螺栓形式連接是指面板與面板間通過預(yù)埋螺栓及預(yù)留槽進行連接形成整體，保證裝配式道路整體性。直徑30 mm的預(yù)埋螺栓，間距1 m，錨固長度500 mm。

圖3 面板連接示意

1）汽車和面板自重荷載計算

汽車及面板自重：平板牽引車自重32 t，平板掛車滿載重100 t，合計132 t；預(yù)制面板采用C40混凝土澆筑，長4 m，寬2 m，厚0.28 m，按6 t計算。

經(jīng)Robot計算表明，聯(lián)鎖板長邊邊沿受到的豎向力總和F豎長為302.50 kN，短邊邊沿受到的豎向力總和F豎短為63.55 kN。

圖4 有限元計算結(jié)果

2）汽車制動荷載計算

平板車最大速度為 60 km/h，緊急制動距離70 m。

汽車緊急制動時，連鎖板單邊受的總拉力F螺栓依據(jù)公式：

F總=F滑+F螺栓

式中：F總為平板車對路面的總制動力；F滑為道路連鎖板對平板車的滑動摩擦力；F螺栓為單邊螺栓承受的總拉力值。

L=1/2at2

v=at

F總=ma

m取設(shè)計平板牽引車自重32 t，平板掛車滿載重100 t，合計132 t。

F滑=uN

u取0.35，N取牽引車頭自重及預(yù)制面板自重32 t，計算得：F滑=94.27 kN，F(xiàn)螺栓=163.67 kN。

3）受力形式

假定汽車行駛方向垂直于聯(lián)鎖塊長邊，突然緊急制動，則直螺栓受力形式（僅考慮搭接連接）：

短邊螺栓水平受剪——由汽車緊急制動產(chǎn)生；

長、短邊螺栓豎向受剪——由汽車自重及道路聯(lián)鎖板自重產(chǎn)生。

4）受力結(jié)果

依據(jù)《水運工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTS 151-2011），取荷載分項系數(shù)為 1.4，不均勻系數(shù)1.35，考慮本工程為臨時性工程，安全等級為三級，取安全系數(shù)為0.9，計算如表1。

表1 受力計算

5）直螺栓核算

a.直螺栓抗剪計算

依據(jù)Nvb=nv(πd2/4)fvb（Nvb為普通螺栓受剪承載力設(shè)計值，N；nv為受剪面數(shù)目，取1；d為螺栓直徑，mm；fvb為螺栓抗剪強度設(shè)計值，取320 N/mm2），公式計算如表2。

表2 直螺栓抗剪計算

結(jié)果表明，直螺栓選用直徑30 mm鋼筋，滿足要求。

b.直螺栓錨固長度計算

依據(jù)F剪抵=0.77×b×fc×L（F剪抵為混凝土抗剪力；b為抗剪鍵寬度，按矩形截面考慮，則b=30/1.414=21.21 mm；fc為混凝土抗壓強度設(shè)計值，按C40取19.1 N/mm2；L為錨固長度，mm），公式計算如表3。

表3 直螺栓錨固長度計算

結(jié)果表明，直螺栓錨固長度為 500 mm，滿足要求。

1.3 吊點設(shè)計

裝配式道路預(yù)制面板采用“四點吊”工藝，吊點選用圓頭吊釘，吊釘使用配套橡膠球與模板固定，吊具選用鴨嘴扣吊具。該種工藝不僅吊點外觀美觀、吊裝安全系數(shù)高，而且在施工過程中掛扣方式簡單，施工效率高。

2 裝配式道路面板預(yù)制

裝配式道路預(yù)制面采用“翻面預(yù)制”工藝，考慮面板預(yù)制完成后需進行翻面，分別于面板底面設(shè)置4個脫模吊點，面板側(cè)面安裝2個翻面吊點，面板地面設(shè)置4個安裝吊點。

1）面板模板施工

裝配式道路面板模板采取蹲底預(yù)制工藝。模板為定型鋼模板，由四片側(cè)模和一片底模組成，模板側(cè)模與側(cè)模使用螺栓連接，側(cè)模與底模使用磁盒連接。模板拼裝前要清理模板表面的雜物和灰渣，同時用角磨機打磨，保證模板表面光潔無銹并均勻涂刷脫模劑，模板拼裝之前利用清掃臺對模板進行清理，之后可進行模板拼裝，拼裝過程中要避免脫模劑污染鋼筋。

2）面板鋼筋施工

裝配式道路面板鋼筋由雙層雙向鋼筋網(wǎng)片組成，鋼筋網(wǎng)片于加工場地由人工進行綁扎，然后整體搬運至模板內(nèi)進行安裝。

鋼筋綁扎使用限位架控制鋼筋間距，綁扎鉛絲要牢固，剩余鉛絲需剪掉，防止伸入混凝土保護層。鋼筋網(wǎng)片安裝使用高強度塑料墊塊來控制鋼筋保護層厚度，鋼筋骨架底部墊塊相間隔1 m梅花形布置，側(cè)面墊塊上下2塊組成一組，每組間距1 m進行布置。

3）面板混凝土施工

裝配式道路面板混凝土澆筑，由混凝土運輸罐將混凝土倒入布料機中，移動布料機至模板正上方后，然后進行混凝土澆筑。

混凝土振搗采用人工振搗，模板邊緣處使用Ф50插入式振搗器進行人工振搗，振搗順序從近模板處開始，先外后內(nèi)，移動距離不大于550 mm，振搗器至模板的距離不大于150 mm，并盡量避免碰撞模板和鋼筋。

混凝土抹面，首先使用鋁合金刮杠將混凝土面刮平，然后使用塑料抹子進行抹面，最后使用鐵抹子抹面，抹面次數(shù)不少于3次，抹面過程中禁止灑水。

4）面板蒸養(yǎng)施工

裝配式道路面板養(yǎng)護選用蒸汽養(yǎng)護?；炷翝仓瓿珊螅瑯?gòu)件表面鋪設(shè)塑料，使用升降機整體放置到蒸養(yǎng)槽內(nèi)進行蒸養(yǎng)。

蒸養(yǎng)流程為：靜放4小時（池外靜放）→靜放2小時（20～25 ℃）→升溫 2小時→恒溫 2小時（50～55 ℃）→降溫2小時。

3 裝配式道路面板安裝

裝配式道路面板由汽車吊進行安裝。安裝時，汽車吊將面板吊運至安裝位置上方，由人工進行位置調(diào)整，待正位后落鉤完成安裝。若安裝完成后對面板進行位置調(diào)整，需重新對砂墊層進行整平。

面板安裝縫寬5 mm，面板間采用橡膠條柔性連接，膠條設(shè)置在板側(cè)上方，尺寸5 mm×50 mm，每100 m設(shè)置一個結(jié)構(gòu)縫，采用Ω型橡膠條，面板與面板間安裝需緊密，面板縫采用砂漿進行填充。

圖5 板縫處理

最后使用壓路機進行面板壓實，碾壓時，第一遍沿單塊面板中心進行低速碾壓，第二遍碾壓時全斷面依次碾壓，碾壓過程中，禁止大幅度轉(zhuǎn)變方向及掉頭，全程采用靜碾壓。

4 裝配式道路效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

以本工程為例，根據(jù)雄安地區(qū)建筑市場進行綠色可循環(huán)裝配式道路與現(xiàn)澆道路進行比較分析，兩者經(jīng)濟效益如下：

1）采用現(xiàn)澆道路。從混凝土、鋼筋、場內(nèi)攤銷、路面拆除及固廢處理等方面進行考慮，現(xiàn)澆道路成本約512元/m2。

2）采用綠色可循環(huán)裝配式道路。從混凝土、鋼筋、吊點、場內(nèi)攤銷、運輸、安拆等方面進行考慮，裝配式道路預(yù)制一次攤銷成本約710元/m2，一次性安拆成本137元/m2，綜合847元/m2。

根據(jù)上述對比，裝配式道路一次攤銷成本高于現(xiàn)澆道路，但裝配式路面可周轉(zhuǎn)使用，綜合單價低于現(xiàn)澆混凝土路面。

4.2 社會效益分析

1）建筑垃圾減量

裝配式鋪面的生產(chǎn)全部在專業(yè)預(yù)制廠生產(chǎn)，從混凝土的制備到構(gòu)件養(yǎng)護成型，全部流水線施工，粉塵及噪聲污染全部降到最低。路基及鋪面均可在回收再利用，實現(xiàn)“零建筑垃圾”。

2）減少CO2量排放

我國主要以煤為主能源生產(chǎn)水泥，1 t水泥綜合能耗約120 kg標準煤，向大氣排放CO2氣體接近0.75 t。每澆筑1 m3混凝土須要0.325 t水泥，因而每個施工現(xiàn)場使用一次可重復(fù)使用臨時道路板，其一次性可以減少 CO2的排放量為 0.325×375×0.75=91.4 t，假定周轉(zhuǎn)4次后結(jié)束道路板使用壽命，則總計可減排CO2的量為365.6 t。

4.3 綜合社會效益

綠色可循環(huán)裝配式鋪面能實現(xiàn)專業(yè)流水線生產(chǎn)、專業(yè)設(shè)備安裝，可周轉(zhuǎn)多個工程使用，減少建筑資源的浪費，有利于降低降低成本、縮短施工周期，為相關(guān)專業(yè)化行業(yè)或公司的建立提供了良好契機。

5 裝配式道路后期發(fā)展方向

考慮雄安新區(qū)裝配式道路的應(yīng)用前景和市場，我們將繼續(xù)對裝配式臨時道路施工進行研究，重點向自動化、智能化方向發(fā)展，目前，1.0代裝配式道路面板鋪裝機已制作完成，正處于設(shè)備調(diào)試階段。

圖6 裝配式道路面板鋪裝機

6 結(jié) 語

雄安新區(qū)的發(fā)展，必將迎來基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大潮，而臨時道路在建筑結(jié)構(gòu)主體施工中起著非常重要的作用，直接影響到整個工程的經(jīng)濟性以及施工進度，與以往道路現(xiàn)澆工藝相比，裝配式道路具有在規(guī)劃未落實的情況下，可根據(jù)項目開發(fā)的需要，先行建設(shè)；基層材料和路面結(jié)構(gòu)可重復(fù)利用，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標；建設(shè)期間環(huán)境污染少，效率高，安拆方便，在局部有損毀時，可以快速恢復(fù)，對交通不利影響??；面向施工期間的重型車需求，針對性強，行駛舒適感好；可多次重復(fù)利用，有利于降低成本等優(yōu)點，更能適應(yīng)中國新時期建設(shè)特色，確保工程建設(shè)每一工序的環(huán)保節(jié)能。