裝配式路面技術(shù)的研究現(xiàn)狀

蘇 凱

上海城投（集團）有限公司 上海 200210

我國裝配式路面技術(shù)研究起步比較早，20世紀80年代末國內(nèi)就開展了裝配式水泥混凝土路面研究與應用[1]，但是相關(guān)研究與應用幾乎停滯了近30年。直到近幾年，在國家和地方政策的引導與鼓勵下，裝配式路面技術(shù)研究與應用才又煥發(fā)生機，國內(nèi)學者開展了一定數(shù)量和規(guī)模的研究與應用，但是相比其他工程行業(yè)，研究與應用步伐仍偏緩慢。

本文圍繞當前裝配式路面技術(shù)研究主要聚焦的幾個方向，即裝配式道路基層板塊、裝配式瀝青路面板塊、裝配式水泥混凝土路面板塊以及板塊處理等，進行了簡要的梳理與分析，以期為同行業(yè)開展研究提供借鑒。

1 裝配式基層研究與分析

預制板塊鋪筑基層的質(zhì)量控制難度非常高，影響指標多，如板塊、長度、連接方式及鋪設工藝等，若處理不當，則會嚴重影響基層結(jié)構(gòu)的強度、耐久和抗裂等性能。

1.1 板塊長度影響最大豎向應變

運用Abaqus有限元分析軟件研究板塊邊長、厚度、彈性模量對基層底部力學行為的影響，結(jié)果表明預制基層板塊的長度宜在1.4～1.5 m之間。因為在這一長度范圍內(nèi)，基層結(jié)構(gòu)底部的最大值豎向應變位于最小值范圍內(nèi)，厚度和彈性模量對基底最大豎向應變值的影響較小[2]。

1.2 處理板塊連接會提高耐久性

無論是否在裝配式基層板塊之間設置連接裝置或澆筑砂漿[3]，裝配式基層結(jié)構(gòu)均能滿足板底最大豎向應變和最大水平拉應力要求，但是在裝配式基層板塊接縫之間填筑自流平水泥基砂漿材料，填縫材料的力學性能、耐久性和抗凍性不僅滿足實際工程要求，而且還會提高裝配式基層板塊的耐久性；設置凹凸相嵌合連接，使得板底的最大豎向應變減小，而且可以增強裝配式基層的協(xié)同工作能力。

1.3 設置土工格柵防止反射裂縫

通過工程實踐論證，在裝配式基層板塊安裝前，除了按規(guī)定做好表土清理、松鋪厚度與材料控制、路堤壓實等施工外，在基層板塊底部滿鋪呈五面包裹狀的雙向拉力土工格柵[4-5]，可有效分散應力，預防反射裂縫產(chǎn)生。

2 裝配式水泥混凝土路面板塊研究與分析

2.1 板塊制作研究

采用傳統(tǒng)現(xiàn)場或場外預制水泥混凝土路面預制板塊工藝，不但成熟，而且簡單。但傳統(tǒng)工藝存在板塊自重大、成本高、安裝平整度不易控制等缺點，因此相關(guān)研究人員探索采用了次輕混凝土、預應力混凝土制作水泥混凝土板塊。采用陶粒替代50%粗集料制作次輕混凝土，可降低板塊表觀密度10%以上；將預應力工藝引入板塊制作，在承載力不變的條件下，可使板塊厚度減少30%～60%[6-7]。精細控制預制板塊的模板剛度與模板設置，可有效提高預制板塊的精度，將安裝后水泥混凝土路面板塊的高度、底面平整度、側(cè)面平整度等偏差控制在2 mm以內(nèi)。

2.2 板塊接縫處理研究

混凝土路面預制板塊接縫主要承擔著傳遞剪力的任務，其處理效果直接關(guān)系著面板的抗破壞性和耐久性。

1）接縫寬度控制：將接縫寬度控制在8～12 mm[8]，在板塊間增加橫向連接鋼筋并填入可融化柔性材料，不僅可以提高接縫傳遞荷載的能力，還可增強其抗裂性能。

2）接縫形式：不帶企口和預留企口是2種常見的路面板塊拼接方式。不帶企口的拼接方式雖然成本低、操作方便，但容易破損、耐久性差、平整度控制難度高，而帶企口的拼接效果好、平整度高、荷載傳遞能力強，尤其當跨矢比選擇合適時，如跨矢比為3.5時，圓形企口縫的傳遞荷載能力最好，可有效防止因接縫早期破壞而產(chǎn)生反射裂縫損壞路面[9]。

3 裝配式瀝青路面板塊研究與分析

瀝青路面材料整體強度和剛度遠低于水泥混凝土材料，應用其預制與安裝路面板塊的難度要遠高于水泥混凝土材料，故近年來關(guān)于應用裝配式板塊鋪筑瀝青路面的研究較少。近幾年的研究主要是針對氣候條件較惡劣地區(qū)的道路快速施工與維修，如西北干旱缺水地區(qū)、西北沙漠地區(qū)。2019年，在內(nèi)蒙古連霍高速公路玉門段的公路養(yǎng)護工程中，實施了“預制裝配式常溫改性瀝青路面”的試驗段，實現(xiàn)了對損壞厚度不超過10 mm路面病害的快速維修。

裝配式瀝青路面研究的內(nèi)容主要涉及板塊預制和基層底板選擇。利用Abaqus有限元分析軟件建模，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)，當采用厚2 mm的玻璃鋼板作為基層時，其彈性模量高達70 GPa[10]，能夠適應西北地區(qū)晝夜溫差大的特殊氣候環(huán)境，且在這種基層上鋪設的瀝青面層板發(fā)生反射裂縫的概率非常低。將長度、寬度和厚度范圍分別為5～20 m、1～20 m和0.44～1.20 mm的預制瀝青混凝土板塊與鍍鋅鐵板通過乳化瀝青連接，可以作為沙漠地區(qū)瀝青路面快速養(yǎng)護的新選擇[11]。

4 復合裝配式路面板塊研究與分析

為降低臨時道路建設成本，提高施工效率，適應環(huán)境，研究人員探索采用了樹脂纖維復合板、鋼板等鋪筑道路路面的施工工藝。樹脂纖維復合板具有力學性能好、承載力大、質(zhì)量輕、安裝拆卸方便和可調(diào)色等優(yōu)點，適用于人行路面、輕載路面和重載路面等不同交通工況[12]，循環(huán)利用超過15 a（周轉(zhuǎn)利用5次），而水泥混凝土板塊僅可周轉(zhuǎn)2～3次。將厚度為20 mm的鋼板加工成尺寸為3 000 mm×1 000 mm和6 000 mm×2 000 mm的標準件，然后鋪筑于碎石道砟基層上，不僅實現(xiàn)了快速施工工程便道的目的，而且經(jīng)濟，無裂縫產(chǎn)生，重復使用性強[13]。

5 結(jié)語

通過調(diào)研、梳理與分析近年來國內(nèi)裝配式路面研究情況，可得出以下幾點結(jié)論：

1）道路基層應用裝配式板塊研究較為細致且深入。在道路基層應用裝配式板塊研究方向，相關(guān)研究內(nèi)容已不再局限于板塊制作材料與安裝施工工藝，而是深入到板塊基底處理、板塊尺寸、板塊接縫方式等方面。

2）裝配式水泥混凝土路面板塊研究聚焦于減重與接縫處理。由于水泥混凝土路面預制板塊制作與安裝施工工藝已相當成熟，近年來國內(nèi)學者將研究重心放在次新混凝土、預應力混凝土等方面，希望實現(xiàn)降低路面板塊的質(zhì)量、減少材料用量、提高安裝施工效率和便捷度等目標。此外，對于常見的由接縫所導致的板塊破損問題，也通過研究找到了解決辦法，如增加橫向連接鋼筋、控制縫寬、控制矢跨比、做成圓形企口縫等。

3）裝配式瀝青路面板塊研究尚處于初期階段。裝配式瀝青路面板塊研究工作主要針對環(huán)境氣候嚴苛地區(qū)的瀝青路面的快速維修展開，且尚處于應用初期階段。裝配式瀝青路面板塊研究的廣度、深度均有非常大的研究空間。

4）復合裝配式路面板塊是裝配式路面研究的新亮點。采用樹脂纖維復合板、鋼板等材料制成裝配式路面板塊，為裝配式路面板塊技術(shù)的研究與應用提供了新的思路，有助于開發(fā)出重復周轉(zhuǎn)率更高、制作安裝更簡便、環(huán)境適應能力更強的裝配式路面技術(shù)。

總之，隨著城市化建設不斷加速，以及人們對城市基礎(chǔ)設施服務水平要求的不斷提高，裝配式路面技術(shù)的重要性將日益顯現(xiàn)。顯然，以目前國內(nèi)關(guān)于裝配式路面技術(shù)的研究水平，尚不足以支撐起未來市場的需要，裝配式路面技術(shù)仍有廣闊的研究空間。