預(yù)制裝配式混凝土路面技術(shù)的工程應(yīng)用

黎家輝，朱勇強

(廣東冠粵路橋有限公司，廣州 511450)

0 引言

水泥混凝土路面具有強度高、承載力大、耐久性好、耐高溫與水損害、施工相對簡單、材料來源廣、造價相比瀝青路面低等優(yōu)點，是我國各等級公路與城市道路主要的路面結(jié)構(gòu)形式之一，也廣泛應(yīng)用于各類建筑工程的臨時通行道路。但水泥混凝土路面在應(yīng)用過程中受到諸多問題影響：(1)現(xiàn)場施工受氣候影響較大；(2)施工及養(yǎng)生過程受到諸多因素影響，導(dǎo)致早期病害產(chǎn)生；(3)現(xiàn)場澆筑振實施工、養(yǎng)生時間長；(4)現(xiàn)場澆筑振實施工水泥混凝土路面作為一次性臨時道路，后期破除會產(chǎn)生大量建筑垃圾。

美國、日本等已在公路和機場道面中大量應(yīng)用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，有效地提高了混凝土路面的性能[1-2]，延長了水泥混凝土路面的使用壽命，而且非常便于養(yǎng)護和翻修。因此，對預(yù)制裝配式路面結(jié)構(gòu)的深入研究及產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用，將使水泥混凝土路面發(fā)生根本性的變革，對化解鋼筋、水泥等產(chǎn)能做出新的貢獻，這將是國際上公路工程現(xiàn)代化施工技術(shù)發(fā)展趨勢與方向。

為此，本文以在建項目為依托，對預(yù)制裝配式混凝土路面技術(shù)進行工程應(yīng)用與分析。

1 技術(shù)分析

1.1 預(yù)制裝配式路面板塊設(shè)計

1.1.1 預(yù)制板塊平面尺寸

在保證原有道路線形設(shè)計不變的情況下，針對道路平、縱、橫斷面平順的需求，對路線不同位置的板塊尺寸進行分析，以保證拼裝后的路面線形符合原有設(shè)計要求。為方便運輸、吊裝、施工與維修更換，預(yù)制板塊長度控制在5m以內(nèi)、寬度控制在3m以內(nèi)。

1.1.2 預(yù)制板塊配筋

為充分保證預(yù)制裝配式路面板在起吊、運輸和施工中的安全，及在服役期具有良好的耐久性，以實現(xiàn)高性價比的全壽命周期成本，需對預(yù)制裝配式混凝土路面進行配筋設(shè)計。預(yù)制板采用雙層鋼筋網(wǎng)，配筋量及鋼筋布置應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010-2010)及《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D40-2011)的技術(shù)要求。

1.1.3 預(yù)埋構(gòu)件設(shè)計要求

預(yù)埋構(gòu)件的作用是吊裝、調(diào)平。為保證預(yù)制混凝土板塊吊裝過程的穩(wěn)定性及準確性，在混凝土板塊四個角分別預(yù)埋設(shè)置吊環(huán)及調(diào)平裝置，吊環(huán)裸露在路面上的部分采取一定的防銹措施。調(diào)平裝置需要考慮其內(nèi)部預(yù)留的調(diào)平螺栓的長度，使其更好地滿足調(diào)平要求。

1.2 預(yù)制裝配式路面接縫處理及傳荷設(shè)計

傳力桿作為混凝土路面有效的傳荷裝置，不僅可以起到傳荷作用，同時也是調(diào)平拼裝板的一種手段。連續(xù)拼裝板塊時，預(yù)制板縱向采用一端預(yù)埋傳力桿，一端預(yù)留傳力桿槽的形式，傳力桿的形式選擇依據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D40-2011)。每塊板間通過在板每個邊角預(yù)留孔位，采用箍筋連接成一體。

1.3 混凝土面板裝配后結(jié)構(gòu)層間的處理

預(yù)制拼裝板吊裝完畢后，為了保證路面平整度的要求，下承層與板底可能會存在小范圍的脫空。為保證裝配式路面的耐久性，采用板底灌漿技術(shù)[3]，使預(yù)制裝配式路面板基層和路面支承均勻，且有效地控制預(yù)制裝配式路面板之間的平整度。對于需要快速通車的路段，采用快硬高強灌漿材料，可實現(xiàn)24h內(nèi)快速開放交通。

為了便于灌漿的施工，將預(yù)制板塊的四個邊角做成倒角形式，以便于灌漿。雖然灌漿材料有一定的流動性和壓力，但是隨著灌漿料不斷地滲透、填充，其流動性逐漸降低[4]，無法保證距離灌漿孔較遠的脫空部位填充滿。因此，在預(yù)制拼裝板的板底預(yù)留流漿通道。流漿孔道的截面采用三角形，在底模上布置L50mm×50mm×4mm的角鋼。板底流漿通道設(shè)置為十字交叉形狀，如圖1所示。

圖1 預(yù)制板板底流漿槽

2 施工工藝與效益分析

2.1 施工工藝

(1)按照施工圖進行混凝土面板成型模具制作，以及預(yù)埋件、鋼筋等加工和安裝。

(2)根據(jù)施工配合比進行混凝土生產(chǎn)，通過運輸車運送至預(yù)制場內(nèi)，進行混凝土面板的澆筑預(yù)制、養(yǎng)生、堆放。

(3)準備下承層，對局部不平整的部位進行處理，確保標高、橫坡、平整度滿足要求。

(4)將養(yǎng)護好的混凝土面板通過平板運輸車運輸?shù)浆F(xiàn)場進行裝配，通過預(yù)埋調(diào)平裝置對混凝土面板進行精確調(diào)平，確保滿足平整度的要求。

(5)混凝土面板裝配調(diào)平并檢查合格后，對板塊采用灌漿工藝，將漿液通過預(yù)留的孔道注入，使預(yù)制裝配式路面板和下承層聯(lián)結(jié)緊密、充分，支承均勻，經(jīng)久耐用。對于需要快速開放交通的路段，采用高強快凝材料進行灌漿，可實現(xiàn)施工當天開放交通。

(6)混凝土面板灌漿后再次檢查混凝土路面的平整度，對局部不平整的區(qū)域表面采用精銑刨技術(shù)，以達到理想的平整度。

圖2 板塊連接

圖3 板底灌漿

2.2 特點

(1)預(yù)制裝配式水泥混凝土面板可提前在工廠內(nèi)進行集中預(yù)制及養(yǎng)生，不受天氣環(huán)境、外部環(huán)境及工作面移交等影響，加快施工進度，縮短施工周期。

(2)預(yù)制裝配式水泥混凝土面板通過在工廠內(nèi)標準化制作，混凝土振搗均勻、緊密，養(yǎng)生效果好，混凝土路面板質(zhì)量高，且均勻穩(wěn)定，承載力高，使用壽命長。

(3)預(yù)制裝配式混凝土路面施工及養(yǎng)護維修簡單快捷，實現(xiàn)當天施工當天開放交通，能夠有效地減少道路封閉時間。

(4)預(yù)制裝配式混凝土路面在用作臨時道路時可以多次周轉(zhuǎn)使用，避免了傳統(tǒng)工藝下后期路面破碎產(chǎn)生大量建筑垃圾，減少建筑資源浪費。

2.3 經(jīng)濟效益和社會效益

2.3.1 經(jīng)濟效益

相對傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土路面，采用預(yù)制裝配式混凝土路面施工成本主要增加了鋼筋網(wǎng)、灌漿等費用，經(jīng)測算，每m2增加成本約40元(其中增加鋼筋費用約30元，灌漿費用約10元)，其經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在后期的維修養(yǎng)護方面。

(1)預(yù)制裝配式混凝土路面由于采用雙層鋼筋網(wǎng)，而且在工廠內(nèi)標準化制作，混凝土振搗均勻、緊密，養(yǎng)生效果好，混凝土路面板質(zhì)量好，承載力高，不易開裂，使用壽命長，在其壽命周期內(nèi)能有效降低通車后的維修養(yǎng)護費用。

(2)采用預(yù)制裝配式混凝土路面，可對損壞的板塊進行快速破除及換板，采用高強快凝灌漿材料，施工當天即可恢復(fù)交通。而采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土路面，后期維修養(yǎng)生周期長，措施費用大，封閉維修時需占用兩條行車道，導(dǎo)致在兩車道隧道、匝道等特殊路段無法邊通車邊維修作業(yè)，只能采取封閉整個出入口進行維修，直接影響車輛通行數(shù)量，減少高速公路收費額度。以封閉一個出入口7d，平均每d減少收費20萬元計算，直接經(jīng)濟損失140萬元。

2.3.2 社會效益

(1)預(yù)制裝配式混凝土路面施工技術(shù)，能有效地縮短建設(shè)項目的現(xiàn)場施工周期，在維修養(yǎng)護時，大幅縮短道路封閉和交通管制時間，實現(xiàn)道路的快速恢復(fù)交通，有效緩解交通壓力，降低道路使用者的安全風險。

(2)裝配式混凝土路面質(zhì)量穩(wěn)定，承載能力高，使用壽命長，能多次周轉(zhuǎn)使用，避免后期路面破碎拆除后產(chǎn)生大量建筑垃圾，減少建筑資源浪費，達到了綠色環(huán)保的目的。

3 工程應(yīng)用

本次依托工程位于廣東省潮州至惠州高速公路TJ1標鳳塘立交A匝道及收費站入口路段，采用預(yù)制裝配式混凝土施工工藝，其中A匝道預(yù)制板厚度為28cm，共1 503.81m2；收費站入口路段預(yù)制板厚度為30cm，共1 515.76m2。預(yù)制裝配式混凝土路面設(shè)計強度C40，采用雙層鋼筋網(wǎng)，配筋率為1.12%。

3.1 原材料及配合比設(shè)計

3.1.1 原材料

(1)水泥：采用華潤水泥(封開)有限公司產(chǎn)的P.II 52.5水泥，其強度、收縮性、抗凍性、初終凝時間等各項指標經(jīng)檢驗均符合規(guī)范要求。

(2)鋼筋：縱向筋及橫向箍筋均采用福建三鋼閩光股份有限公司生產(chǎn)的HRB335φ12mm鋼筋，傳力桿采用φ32mm圓鋼，吊環(huán)鋼筋采用φ18mm圓鋼，鋼筋的各項指標經(jīng)檢驗均符合規(guī)范要求。

(3)碎石：采用經(jīng)過試驗抽檢合格的揭西龍?zhí)妒瘓?6～26.5mm、9.5～16mm、4.75～9.5mm碎石，并經(jīng)過水洗，顆粒級配篩分合格無風化、雜質(zhì)，各項指標經(jīng)檢驗符合規(guī)范要求。

(4)砂：選用天然干凈的榕江沙場的Ⅱ中砂，集料的各項指標符合規(guī)范要求。

(5)水：自來水。

(6)外加劑：采用江蘇超力建材科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸引氣緩凝高效減水劑，型號為CNF-3，各項指標均符合規(guī)范要求。

(7)灌漿材料：采用鄭州永泰公司生產(chǎn)的高強無收縮灌漿料和華潤P.Ⅱ52.5水泥漿，其各項技術(shù)指標均符合《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50448-2015)的相關(guān)要求。

3.1.2 配合比

本次預(yù)制裝配式混凝土路面按設(shè)計要求為C40混凝土，配合比為：水泥:砂:大石:中石:小石:水:外加劑=350:723:369:738:123:147:5.25，水灰比為0.420，砂率為37%，設(shè)計坍落度為45mm。

3.2 預(yù)制裝配式混凝土路面首件工程

根據(jù)本項目實際的施工情況，預(yù)制裝配式混凝土路面首件工程采用1臺南方筑路機械公司的HZS120Q型水泥混凝土拌合站出料，運輸車采用3臺三一重工的10m3水泥混凝土攪拌運輸車，預(yù)制場內(nèi)采用叉車進行模板及鋼筋的安裝，1臺25t吊車負責在預(yù)制場內(nèi)吊轉(zhuǎn)預(yù)制混凝土板塊。

裝配現(xiàn)場采用3臺平板運輸車進行預(yù)制板塊運輸，1臺20t吊車進行吊裝，1套壓漿料攪拌設(shè)備及水泥泵機進行板底灌漿。

混凝土攪拌時間為65s，澆筑時隨澆隨振，均勻振搗，待抗壓強度大于8.0MPa后，開始拆模，拆模后繼續(xù)灑水養(yǎng)生14d。預(yù)制板吊裝前對基層標高、平整度達不到設(shè)計要求的部位進行修整，利用檢測數(shù)據(jù)進行掛線控制拼裝板塊頂面的標高。

安裝時將板體預(yù)留的傳力桿槽位對齊，以便緊固連接。在每塊板的吊裝過程中，板的四個角都有工作人員，根據(jù)吊裝的實際情況不斷地調(diào)整吊裝板的位置，保證吊裝板的安裝一次就位，避免出現(xiàn)吊裝板落位后出現(xiàn)位置偏差的情況。吊裝時，將鋼墊板安置于預(yù)制板四個角調(diào)平螺桿下方的基層上，防止調(diào)平螺桿在調(diào)預(yù)制板頂面標高的過程中直接陷入基層中。

預(yù)制板現(xiàn)場安裝、調(diào)平后，及時進行板底灌漿處理。本次預(yù)制裝配式混凝土路面板板底灌漿料采用兩種灌漿材料，其中在鳳塘互通立交A匝道左幅預(yù)制拼裝段采用鄭州永泰公司生產(chǎn)的高強無收縮灌漿料；在鳳塘互通立交A匝道右幅及收費站入口預(yù)制拼裝段采用華潤P.Ⅱ52.5水泥漿。

表1 灌漿料配合比

表2 試件強度

板底注漿完成后，隨后進行封孔、刻紋、灌縫、養(yǎng)護后即可開放交通。

3.3 首件工程檢測結(jié)果

預(yù)制裝配式混凝土路面首件工程的質(zhì)量檢驗情況見表3。

表3 混凝土預(yù)制板塊質(zhì)量檢測結(jié)果

表4 預(yù)制裝配式混凝土路面質(zhì)量檢測結(jié)果

3.4 工程實施效果

首件工程施工結(jié)果表明，預(yù)制裝配式路面各項質(zhì)量指標符合設(shè)計及規(guī)范要求。

潮惠高速公路LTJ1標在鳳塘立交A匝道及收費站入口路段采用預(yù)制裝配式混凝土施工工藝，累計施工約3 000m2，增加成本約12萬元；在其壽命周期內(nèi)，維修養(yǎng)護費用減少約10萬元，減少由于封閉匝道造成的收費損失約140萬元。

4 施工經(jīng)驗

(1)加強原材料質(zhì)量控制，嚴把進料質(zhì)量關(guān)。根據(jù)水泥及其他原材料的特性合理選用外加劑，以減少混凝土拌合物泌水離析，改善和易性，優(yōu)先選用中砂進行混凝土生產(chǎn)。

(2)根據(jù)施工需要，選擇適宜的拌合、運輸和灌漿設(shè)備以及灌漿材料。

(3)加強混凝土預(yù)制板安裝平整度的控制。預(yù)制裝配式混凝土路面的拼裝對基層平整度的要求較高，基層施工時應(yīng)嚴格按規(guī)范要求控制好標高、橫坡以及平整度，安裝板塊前對基層標高和平整度達不到設(shè)計要求的部位進行修整，確保拼裝板路面的平整度。

由于預(yù)制板安裝與預(yù)制的誤差，在對預(yù)制拼裝進行灌漿后，平整度不滿足行車要求時，通過路面局部的精銑刨，達到水泥混凝土路面理想的平整度。

(4)加強板底灌漿的質(zhì)量控制。預(yù)制板安裝調(diào)平后應(yīng)及時進行板底灌漿處理，灌漿前要做好板邊的封堵措施，防止?jié){液流失。灌漿過程中應(yīng)加強對周邊板塊的巡視監(jiān)測，若有漏漿現(xiàn)象及時采取相應(yīng)的措施。

第一次灌漿滿后要等待5min，等待過程中注意觀察漿面是否有下降損失的情況，如有應(yīng)及時補足，使孔隙部位充實，達到基層均勻支承面板的目的。

(5)將首件工程確定的施工參數(shù)作為施工過程中質(zhì)量控制的標準。

(6)各個工序完成后，經(jīng)檢查驗收合格后，方可進行下一道工序。

5 結(jié)語

預(yù)制裝配式混凝土路面應(yīng)用技術(shù)利用裝配式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，將混凝土的成型及養(yǎng)生時間前置，有效縮短水泥混凝土路面的施工及維修時間，實現(xiàn)快速開放交通的目標，降低道路通行風險。而且混凝土路面板在預(yù)制場內(nèi)進行標準化制作，混凝土振搗均勻、緊密，養(yǎng)生效果好，混凝土強度高且均勻穩(wěn)定，使用壽命相比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土路面大幅提高并能周轉(zhuǎn)重復(fù)利用，避免了傳統(tǒng)工藝下后期路面破碎產(chǎn)生大量建筑垃圾，減少建筑資源浪費，達到綠色環(huán)保的目的。