龍懷高速公路橋梁預(yù)制場硬化層再利用技術(shù)

秦尚進(jìn)

摘要： 本文結(jié)合在建汕昆高速實(shí)況，對預(yù)制梁場硬化層再利用進(jìn)行了分析，從結(jié)構(gòu)受力分析、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益提出如何較好的進(jìn)行預(yù)制場硬化層再利用，避免了破除臺座及硬化層的資源浪費(fèi)。

Abstract： In this paper， the hardening layer reuse of prefabricated beam field is analyzed in this paper， and the ways for the reuse of hardening layer in prefabricated beam field are put forward from the structural stress analysis， social benefit and economic benefit， to avoid the waste of resources in the removal of pedestal and hardening layer.

關(guān)鍵詞： 預(yù)制場硬化層；再利用；效益分析

Key words： prefabrication field hardening layer；reuse；benefit analysis

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）01-0151-03

0 引言

汕頭至昆明高速公路龍川至懷集段里程范圍為K2+474.166～K128+254。合同段內(nèi)地處高山深谷，交通運(yùn)輸不便，沿線橋梁較多，橋梁預(yù)制場的設(shè)置受場地限制。考慮到施工便利、易于吊裝、縮短運(yùn)距，橋梁預(yù)制場通常選在路基上，同時(shí)可以減少征地和對環(huán)境的破壞。

據(jù)管理處工程部統(tǒng)計(jì)龍懷高速共需在路基上建設(shè)預(yù)制場21個(gè)（其中挖方區(qū)5個(gè)，填方區(qū)及挖填區(qū)16個(gè)），預(yù)制場總長度達(dá)10392m，部分預(yù)制場的寬度超過路基寬度26m。硬化層總面積達(dá)27萬m2，需54000m3的混凝土硬化層以及54000m3的未篩分碎石墊層。若按照傳統(tǒng)的方法拆除預(yù)制場硬化層，將浪費(fèi)大量的人力、物力，影響工期，且拆除硬化層會(huì)造成大量棄渣，棄渣堆放不僅占用土地，也造成環(huán)境污染。為此，從保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、縮短工期、減少建筑垃圾等角度出發(fā)，對將預(yù)制廠硬化層作為路面結(jié)構(gòu)層再利用進(jìn)行研究分析，提出橋梁預(yù)制場混凝土硬化層作為路面墊層和底基層的方案。

1 工程概況

經(jīng)前期調(diào)研顯示，廣東省已有兩條高速采用了路基上硬化層再利用方案，分別為：云浮—羅定高速與連川—懷集高速。兩條高速硬化層再利用僅為經(jīng)驗(yàn)式的再利用，沒有考慮到預(yù)制場施工時(shí)的超載情況，以及再利用時(shí)作為路面結(jié)構(gòu)層對硬化層的要求。但從通車運(yùn)營情況來看那，目前這兩條高速的硬化層再利用處的路面狀況良好。這兩條高速公路預(yù)制場再利用情況見表1。

2 硬化層再利用方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案

硬化層再利用的基本思路為：本龍懷高速項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件要求路基回彈模量不得小于40MPa，所以假設(shè)填方區(qū)及挖填交匯區(qū)路基回彈模量為40MPa，挖方區(qū)路基回彈模量為80MPa。結(jié)合云羅高速、連懷高速的再利用情況雖然已通車運(yùn)營但兩條高速硬化層再利用僅為經(jīng)驗(yàn)式的再利用，沒有考慮到預(yù)制場施工時(shí)的超載情況。

路基回填或開挖至路基頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高以下10cm后，先鋪筑20cm未篩分碎石，再采用25cm C25水泥混凝土硬化。預(yù)制場梁體預(yù)制吊裝完成后，拆除臺座，整平場地，20cm未篩分碎石作為路面結(jié)構(gòu)層中的墊層，25cm C25水泥混凝土硬化層作為路面結(jié)構(gòu)層的底基層使用，如圖4與圖5所示。

2.2 設(shè)計(jì)方案驗(yàn)算過程

①在填方區(qū)及挖填交匯區(qū)，路基回彈模量取40MPa。

在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力：？滓p=1.47×10-3r0.7hcP0.95=3.31MPa，小于C25混凝土彎拉強(qiáng)度3.5MPa，滿足要求。

②在挖方區(qū)，路基回彈模量取80MPa。

在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力：

？滓p=1.47×10-3r0.7hcP0.94=3.02MPa

計(jì)算得到的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為3.02MPa，小于C25混凝土彎拉強(qiáng)度3.5MPa，滿足要求。

由上述驗(yàn)算可知，路基回彈模量為40MPa和80MPa情況下，硬化層臨界荷位處的荷載應(yīng)力均小于混凝土的彎拉強(qiáng)度，方案可行。

2.3 硬化層作為路面結(jié)構(gòu)層驗(yàn)算

復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算包括水泥混凝土硬化層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算和復(fù)合式瀝青路面彎沉驗(yàn)算以及各層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算。水泥混凝土硬化層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，可以采用舊水泥路面加鋪瀝青層的驗(yàn)算模型，表4 為驗(yàn)算時(shí)的參數(shù)取值。

2.4 水泥混凝土硬化層層底拉應(yīng)力計(jì)算

利用HPDS2011軟件，采用舊水泥路面加鋪瀝青層的驗(yàn)算模型，25cm厚混凝土硬化層計(jì)算結(jié)果見表5、表6。

由上表可知，復(fù)合路面硬化層的荷載疲勞應(yīng)力與荷載最大應(yīng)力均遠(yuǎn)小于C25混凝土的抗拉強(qiáng)度3.5MPa，故滿足要求。

2.5 復(fù)合式瀝青路面彎沉驗(yàn)算以及各層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算

利用HPDS2011軟件對復(fù)合式瀝青路面進(jìn)行彎沉驗(yàn)算及各層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算：

①25cm厚硬化層路基回彈模量為40MPa。

基于設(shè)計(jì)彎沉值通過以下公式計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：

LD= 20（0.01mm）

H（4）=200mm LS=12（0.01mm）

鑒于設(shè)計(jì)層厚度 H（4）=Hmin時(shí) LS<=LD，故判定彎沉計(jì)算完全符合設(shè)計(jì)要求。

H（4）=200mm（僅考慮彎沉）endprint

基于容許拉應(yīng)力通過運(yùn)算得到設(shè)計(jì)層厚度：

H（4）=200mm（第1層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第2層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第3層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第4層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第5層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第6層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

路面設(shè)計(jì)層厚度：

H（4）=200mm（僅考慮彎沉）

H（4）=200mm（同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力）

②25cm厚硬化層路基回彈模量為80MPa。

基于設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：

LD=20（0.01mm）

H（4）=200mm LS=10.4（0.01mm）

鑒于設(shè)計(jì)層厚度 H（4）=Hmin時(shí) LS<=LD，因此判定彎沉計(jì)算完全符合設(shè)計(jì)要求。

H（4）=200mm（僅考慮彎沉）

基于容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：

H（4）=200mm（第 1 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第 2 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第 3 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第 4 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第 5 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（4）=200mm（第 6 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

路面設(shè)計(jì)層厚度：

H（4）=200mm（僅考慮彎沉）

H（4）=200mm（同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力）

在兩種路基回彈模量情況下，計(jì)算彎沉與各層層底拉應(yīng)力均滿足要求。

由上述兩種驗(yàn)算結(jié)果可知，硬化層厚度25cm下能滿足作為路面結(jié)構(gòu)層的要求。

3 復(fù)合式路面施工工序及要求

3.1 施工順序

路基填筑或開挖→路床驗(yàn)收→預(yù)制場墊層施工→預(yù)制場硬化層施工→預(yù)制場臺座施工→預(yù)制梁板→預(yù)制梁板施工完畢后鑿除臺座→修整混凝土硬化層→混凝土硬化層驗(yàn)收。

施工過程中應(yīng)加強(qiáng)各工序的質(zhì)量控制，保證預(yù)制梁場的施工質(zhì)量。

3.2 施工要求

①填方路基采用可靠的最大干密度，嚴(yán)格控制壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)、松鋪厚度。②挖方路基在進(jìn)行路基開挖的同時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求開挖截水溝，搞好排水工程，做好路拱碾壓至設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度。③未篩分碎石墊層鋪筑整形、精平、碾壓及原材料質(zhì)量嚴(yán)格控制。④為避免硬化場地混凝土產(chǎn)生不規(guī)則裂縫，防止雨水和施工用水滲入，澆筑混凝土前需將作業(yè)面灑水濕潤，施工后及時(shí)切縫封縫，施工縫處建議采用瀝青纖維板，表面用改性瀝青封閉處理。⑤場地硬化時(shí)做好縱橫向排水措施，減少場地積水。⑥不得采用爆破手段來清除預(yù)制場混凝土臺座，可以將其鑿除。鑿除臺座的過程中切忌破壞混凝土硬化層，如果不慎將硬化層損壞，必須及時(shí)修整。

4 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)業(yè)主提供的路基上建設(shè)預(yù)制梁場的統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得龍懷高速全線路基上的橋梁預(yù)制場硬化層的再利用直接節(jié)省工程費(fèi)用1647萬元，并且每個(gè)預(yù)制場的清理作業(yè)節(jié)省了20天工期，為減小整個(gè)工程的施工周期，提前開放交通創(chuàng)造了有利條件。減少了施工棄渣的產(chǎn)生，最大限度地利用棄渣，大大減小了對環(huán)境的破壞。另外從路面質(zhì)量來看，用混凝土硬化層代替路面墊層或底基層，路面結(jié)構(gòu)比較完整，有效規(guī)避了路面不均勻沉降的問題，路面結(jié)構(gòu)層質(zhì)量大大改善，并且經(jīng)濟(jì)效益十分客觀。表7為經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算結(jié)果。

4.2 社會(huì)效益

全線可節(jié)約棄渣場地約50.63畝，農(nóng)田征用面積更小，環(huán)境污染得到有效控制。同時(shí)可以減小施工周期，有利于更早的通車。

5 結(jié)語

高速公路橋梁預(yù)制場混凝土硬化層再利用技術(shù)，收到了節(jié)約工期降低工程造價(jià)、綠色環(huán)保施工的顯著成效。減少了對環(huán)境的破壞，符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。值得在今后類似工程中推廣應(yīng)用。

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