绿色可循环装配式道路面板的应用

仉 荃，王世举

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

引 言

雄安新区环市民服务中心临时道路位于容城容东片区，由横一、纵一、纵二组成，其中，横一路长457 m、宽8 m，纵一路长633 m、宽12 m，纵二路长549 m、宽8 m。

本文介绍绿色可循环装配式道路面板在此工程中的应用，以期为今后雄安新区的建设提供借鉴。

1 装配式道路面板设计

1.1 面板结构设计

预制面板标准尺寸为4 m×2 m×0.28 m，混凝土强度等级 C40，钢筋采用双层双向钢筋网片，直径14 mm，角部设置4根放射加强筋，钢筋直径16 mm，钢筋等级均为HRB400，保护层最小厚度35 mm。

图1 临时道路结构断面

图2 面板结构

1.2 面板连接形式设计

装配式道路预制面板选用直螺栓连接。所谓直螺栓形式连接是指面板与面板间通过预埋螺栓及预留槽进行连接形成整体，保证装配式道路整体性。直径30 mm的预埋螺栓，间距1 m，锚固长度500 mm。

图3 面板连接示意

1）汽车和面板自重荷载计算

汽车及面板自重：平板牵引车自重32 t，平板挂车满载重100 t，合计132 t；预制面板采用C40混凝土浇筑，长4 m，宽2 m，厚0.28 m，按6 t计算。

经Robot计算表明，联锁板长边边沿受到的竖向力总和F竖长为302.50 kN，短边边沿受到的竖向力总和F竖短为63.55 kN。

图4 有限元计算结果

2）汽车制动荷载计算

平板车最大速度为 60 km/h，紧急制动距离70 m。

汽车紧急制动时，连锁板单边受的总拉力F螺栓依据公式：

F总=F滑+F螺栓

式中：F总为平板车对路面的总制动力；F滑为道路连锁板对平板车的滑动摩擦力；F螺栓为单边螺栓承受的总拉力值。

L=1/2at2

v=at

F总=ma

m取设计平板牵引车自重32 t，平板挂车满载重100 t，合计132 t。

F滑=uN

u取0.35，N取牵引车头自重及预制面板自重32 t，计算得：F滑=94.27 kN，F螺栓=163.67 kN。

3）受力形式

假定汽车行驶方向垂直于联锁块长边，突然紧急制动，则直螺栓受力形式（仅考虑搭接连接）：

短边螺栓水平受剪——由汽车紧急制动产生；

长、短边螺栓竖向受剪——由汽车自重及道路联锁板自重产生。

4）受力结果

依据《水运工程混凝土结构设计规范》（JTS 151-2011），取荷载分项系数为 1.4，不均匀系数1.35，考虑本工程为临时性工程，安全等级为三级，取安全系数为0.9，计算如表1。

表1 受力计算

5）直螺栓核算

a.直螺栓抗剪计算

依据Nvb=nv(πd2/4)fvb（Nvb为普通螺栓受剪承载力设计值，N；nv为受剪面数目，取1；d为螺栓直径，mm；fvb为螺栓抗剪强度设计值，取320 N/mm2），公式计算如表2。

表2 直螺栓抗剪计算

结果表明，直螺栓选用直径30 mm钢筋，满足要求。

b.直螺栓锚固长度计算

依据F剪抵=0.77×b×fc×L（F剪抵为混凝土抗剪力；b为抗剪键宽度，按矩形截面考虑，则b=30/1.414=21.21 mm；fc为混凝土抗压强度设计值，按C40取19.1 N/mm2；L为锚固长度，mm），公式计算如表3。

表3 直螺栓锚固长度计算

结果表明，直螺栓锚固长度为 500 mm，满足要求。

1.3 吊点设计

装配式道路预制面板采用“四点吊”工艺，吊点选用圆头吊钉，吊钉使用配套橡胶球与模板固定，吊具选用鸭嘴扣吊具。该种工艺不仅吊点外观美观、吊装安全系数高，而且在施工过程中挂扣方式简单，施工效率高。

2 装配式道路面板预制

装配式道路预制面采用“翻面预制”工艺，考虑面板预制完成后需进行翻面，分别于面板底面设置4个脱模吊点，面板侧面安装2个翻面吊点，面板地面设置4个安装吊点。

1）面板模板施工

装配式道路面板模板采取蹲底预制工艺。模板为定型钢模板，由四片侧模和一片底模组成，模板侧模与侧模使用螺栓连接，侧模与底模使用磁盒连接。模板拼装前要清理模板表面的杂物和灰渣，同时用角磨机打磨，保证模板表面光洁无锈并均匀涂刷脱模剂，模板拼装之前利用清扫台对模板进行清理，之后可进行模板拼装，拼装过程中要避免脱模剂污染钢筋。

2）面板钢筋施工

装配式道路面板钢筋由双层双向钢筋网片组成，钢筋网片于加工场地由人工进行绑扎，然后整体搬运至模板内进行安装。

钢筋绑扎使用限位架控制钢筋间距，绑扎铅丝要牢固，剩余铅丝需剪掉，防止伸入混凝土保护层。钢筋网片安装使用高强度塑料垫块来控制钢筋保护层厚度，钢筋骨架底部垫块相间隔1 m梅花形布置，侧面垫块上下2块组成一组，每组间距1 m进行布置。

3）面板混凝土施工

装配式道路面板混凝土浇筑，由混凝土运输罐将混凝土倒入布料机中，移动布料机至模板正上方后，然后进行混凝土浇筑。

混凝土振捣采用人工振捣，模板边缘处使用Ф50插入式振捣器进行人工振捣，振捣顺序从近模板处开始，先外后内，移动距离不大于550 mm，振捣器至模板的距离不大于150 mm，并尽量避免碰撞模板和钢筋。

混凝土抹面，首先使用铝合金刮杠将混凝土面刮平，然后使用塑料抹子进行抹面，最后使用铁抹子抹面，抹面次数不少于3次，抹面过程中禁止洒水。

4）面板蒸养施工

装配式道路面板养护选用蒸汽养护。混凝土浇筑完成后，构件表面铺设塑料，使用升降机整体放置到蒸养槽内进行蒸养。

蒸养流程为：静放4小时（池外静放）→静放2小时（20～25 ℃）→升温 2小时→恒温 2小时（50～55 ℃）→降温2小时。

3 装配式道路面板安装

装配式道路面板由汽车吊进行安装。安装时，汽车吊将面板吊运至安装位置上方，由人工进行位置调整，待正位后落钩完成安装。若安装完成后对面板进行位置调整，需重新对砂垫层进行整平。

面板安装缝宽5 mm，面板间采用橡胶条柔性连接，胶条设置在板侧上方，尺寸5 mm×50 mm，每100 m设置一个结构缝，采用Ω型橡胶条，面板与面板间安装需紧密，面板缝采用砂浆进行填充。

图5 板缝处理

最后使用压路机进行面板压实，碾压时，第一遍沿单块面板中心进行低速碾压，第二遍碾压时全断面依次碾压，碾压过程中，禁止大幅度转变方向及掉头，全程采用静碾压。

4 装配式道路效益分析

4.1 经济效益分析

以本工程为例，根据雄安地区建筑市场进行绿色可循环装配式道路与现浇道路进行比较分析，两者经济效益如下：

1）采用现浇道路。从混凝土、钢筋、场内摊销、路面拆除及固废处理等方面进行考虑，现浇道路成本约512元/m2。

2）采用绿色可循环装配式道路。从混凝土、钢筋、吊点、场内摊销、运输、安拆等方面进行考虑，装配式道路预制一次摊销成本约710元/m2，一次性安拆成本137元/m2，综合847元/m2。

根据上述对比，装配式道路一次摊销成本高于现浇道路，但装配式路面可周转使用，综合单价低于现浇混凝土路面。

4.2 社会效益分析

1）建筑垃圾减量

装配式铺面的生产全部在专业预制厂生产，从混凝土的制备到构件养护成型，全部流水线施工，粉尘及噪声污染全部降到最低。路基及铺面均可在回收再利用，实现“零建筑垃圾”。

2）减少CO2量排放

我国主要以煤为主能源生产水泥，1 t水泥综合能耗约120 kg标准煤，向大气排放CO2气体接近0.75 t。每浇筑1 m3混凝土须要0.325 t水泥，因而每个施工现场使用一次可重复使用临时道路板，其一次性可以减少 CO2的排放量为 0.325×375×0.75=91.4 t，假定周转4次后结束道路板使用寿命，则总计可减排CO2的量为365.6 t。

4.3 综合社会效益

绿色可循环装配式铺面能实现专业流水线生产、专业设备安装，可周转多个工程使用，减少建筑资源的浪费，有利于降低降低成本、缩短施工周期，为相关专业化行业或公司的建立提供了良好契机。

5 装配式道路后期发展方向

考虑雄安新区装配式道路的应用前景和市场，我们将继续对装配式临时道路施工进行研究，重点向自动化、智能化方向发展，目前，1.0代装配式道路面板铺装机已制作完成，正处于设备调试阶段。

图6 装配式道路面板铺装机

6 结 语

雄安新区的发展，必将迎来基础设施建设的大潮，而临时道路在建筑结构主体施工中起着非常重要的作用，直接影响到整个工程的经济性以及施工进度，与以往道路现浇工艺相比，装配式道路具有在规划未落实的情况下，可根据项目开发的需要，先行建设；基层材料和路面结构可重复利用，实现节能减排的目标；建设期间环境污染少，效率高，安拆方便，在局部有损毁时，可以快速恢复，对交通不利影响小；面向施工期间的重型车需求，针对性强，行驶舒适感好；可多次重复利用，有利于降低成本等优点，更能适应中国新时期建设特色，确保工程建设每一工序的环保节能。