周 俊,徐佳誠,閆 壘,于 翔
(1.江蘇宿遷交通工程建設(shè)有限公司,江蘇 宿遷 223800;2.南京工業(yè)大學道路工程研究所,江蘇 南京 211816)
近年來,國家大力發(fā)展基礎(chǔ)建設(shè),促進了我國公路建設(shè)的快速發(fā)展。依據(jù)我國交通發(fā)展方向和特點,瀝青路面因施工便捷、行車舒適等優(yōu)點已成為主導路面,但瀝青路面建設(shè)是高能耗、高污染的行業(yè)[1]。相較于瀝青路面,水泥路面的原材料更易獲得,因其抗壓強度高、剛度較大、耐久性較強、使用壽命長而被廣泛使用[2],但由于硅酸鹽水泥混凝土的性質(zhì),現(xiàn)澆水泥混凝土路面養(yǎng)護時間長、強度增長慢、開放交通晚,無法滿足路面快速施工的要求。
為了在道路施工中實現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?!保ü?jié)能、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)地和環(huán)境保護)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[3],本文基于綠色建筑和智能建造技術(shù)理論開發(fā)了一種新型可循環(huán)使用的路面體系,即裝配式預應(yīng)力混凝土路面。這種路面既可廣泛應(yīng)用于公路新建、改擴建和養(yǎng)護工程,也可用于地震、泥石流等極端自然災(zāi)害條件下的道路搶修。
裝配式預應(yīng)力混凝土路面是由一系列經(jīng)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的預制面板組成,通過鋼絞線采用后張法將預應(yīng)力施加到路面板中,可提高路面結(jié)構(gòu)性能和耐久性,同時可降低路面板厚度[4]。具體的預制面板結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 預制面板
如圖1(a)所示,連接板位于裝配式路面的兩端,每塊連接板之間包含一個伸縮縫,主要“吸收”因溫度變化產(chǎn)生的膨脹和收縮運動。連接板的一端為伸縮縫的位置,另一端是剪切鍵,用于與基礎(chǔ)板嵌鎖搭接。錨固槽預留在連接板的中部,用于錨固縱向預應(yīng)力鋼絞線。
如圖1(b)所示,基礎(chǔ)板是連接板和中央應(yīng)力板之間的“填充面板”,其數(shù)量取決于裝配式路面的長度(伸縮縫之間)?;A(chǔ)板邊緣的剪切鍵,確保面板在拼裝時能正確對齊。此外,縱向預應(yīng)力筋孔道被澆筑在板中間,孔道在整塊面板上等距分布。
第三種類型的面板是中央應(yīng)力板,如圖1(c)所示。中央應(yīng)力板與基礎(chǔ)板類似,不同之處在于在每個預應(yīng)力筋孔道處設(shè)有全深度的張拉槽。為了防止面板受到穿孔弱化的影響,全深度的張拉槽在兩個相鄰的中央應(yīng)力板之間交替排列,確保面板獲得足夠的剛度。將預應(yīng)力鋼絞線從張拉槽穿入,在錨固槽處穿出并錨固,并在張拉槽區(qū)域進行對稱張拉。張拉完成后,張拉槽區(qū)域填充快凝混凝土,以便快速開放交通。
典型的裝配式預應(yīng)力面板組件如圖2所示。裝配式預應(yīng)力路面由3種類型的面板組成,面板將按照順序放置,從連接板開始,基礎(chǔ)板放置在連接板后,然后是2塊中央應(yīng)力板,之后是其他的基礎(chǔ)板和第二塊連接板。在所有的面板都安裝到位后,將預應(yīng)力筋通過中央應(yīng)力板的張拉槽插入孔道中,并穿過縱向預應(yīng)力孔道穿入連接板的錨固槽進行錨固,將預應(yīng)力筋從張拉槽對稱張拉。最后,在基礎(chǔ)板的張拉槽和連接板處的錨固槽填充快凝混凝土,以供車輛平穩(wěn)行駛。
圖2 典型的裝配式預應(yīng)力路面組件
水泥混凝土路面的接縫主要有3種:集料嵌鎖、傳力桿和企口縫。本文研究的裝配式預應(yīng)力路面,接縫傳荷主要由預應(yīng)力鋼絞線和企口縫傳荷。企口縫使用的結(jié)構(gòu)主要為梯形企口縫和圓形企口縫[5]。梯形企口縫在使用時板與板之間的嵌鎖作用強于圓形企口縫,因此,本文使用梯形企口縫作為接縫形式。不同的榫頭坡度對應(yīng)的接縫傳荷能力不同,當榫頭坡度1∶4、榫頭厚度4 cm時,企口縫的傳荷能力最好。因此,本路面結(jié)構(gòu)采用這種企口尺寸。圖3為鍵槽尺寸示意圖。本次梯形企口縫是沿面板邊緣連續(xù)的剪切鍵槽。這些連續(xù)剪切鍵槽有助于確保面板在安裝時垂直對齊,有利于實現(xiàn)路面快速組裝。
圖3 裝配式面板的鍵槽尺寸(單位:mm)
吊裝施工是預制拼裝過程中必不可少的步驟,吊裝位置的選擇對預制板內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力有很大影響。本文采用四點吊裝方式,能均勻分配負載,減少吊裝面板時擺動的幅度[6]。為加快面板的吊裝速率,在每個面板中澆筑4個吊裝錨,它們位于距離面板邊緣0.2L位置處。其中,L是指面板的長度。
全尺寸的預制板在實驗室成型較為困難,因此對實體模型進行等比例縮放,擬定了多種幾何相似的路面板試驗?zāi)P?。最終確定以1∶3.75的相似比制作路面板試驗?zāi)P蚚7],路面厚度保持不變。
根據(jù)實驗室內(nèi)場地規(guī)劃、相應(yīng)的技術(shù)標準和預制面板的圖紙尺寸,采用木模板制作三類面板。各個類型的預制板模板如圖4所示。試驗?zāi)P吐返念A制面板共計8塊。由于實驗場地限制要求,8塊板分三次預制完成。在混凝土攤鋪前,仔細校核木模板的支撐部件、標高、預應(yīng)力鋼絞線位置等。校核完成后,用小型攪拌機拌合混凝土,用推車配合鐵鍬把混凝土攤鋪在模板內(nèi)。如圖5所示,澆筑應(yīng)連續(xù),非必要條件下禁止施工過程間斷?;炷恋恼駬v采用插入式振搗器,振搗時先在模板邊緣振搗,緊接著采用“梅花”點狀插入式振搗中部,盡量避免振搗器和PVC管道碰撞,避免漏振、過振,做到緊插慢拔,預制完成后進行覆蓋保溫,養(yǎng)生28 d。
圖4 木模板示意圖
圖5 預制面板澆筑
在預制面板澆筑完成后,通??梢栽跐仓?4 h后進行拆模。由于冬季氣溫較低,早晚溫差比較大,脫模時間延長至5 d。滿足脫模要求后,將面板從模板中取下并堆疊。預制面板拼裝的順序為連接板→基礎(chǔ)板→中央應(yīng)力板→基礎(chǔ)板→連接板。裝配式路面板在進行拼裝時,首先利用壓路機將基層部分壓實,表面整平,利用叉車通過吊鉤將預制面板吊起至指定區(qū)域內(nèi)進行初步就位。在進行拼裝時將設(shè)有凸榫和凹槽的連續(xù)剪切鍵配對組裝,以提供平整的行駛面,裝配式路面板的裝配張拉工藝如圖6所示。
圖6 裝配式路面施工工藝
在預制面板拼裝完成后,將預應(yīng)力鋼絞線從中央應(yīng)力板的張拉槽兩端穿入,在錨固槽穿出。由于按照相似比計算的張拉槽尺寸較小,不足以實現(xiàn)千斤頂張拉操作,故本次試驗方案采取在張拉槽處錨固,在兩端進行分級對稱張拉。本試驗?zāi)P吐防锩婀才渲昧?根預應(yīng)力鋼絞線,每邊4根,如圖7(a)所示,從左往右依次為鋼束1~鋼束4,對稱交錯布置。
鋼絞線張拉時采用單孔夾片錨,一端錨固,在另一端張拉,張拉設(shè)備采用穿頭式千斤頂,張拉順序為鋼束2→鋼束3→鋼束1→鋼束4。每根預應(yīng)力鋼絞線按照20%、40%、70%、100%的張拉力分4級對稱張拉。張拉鋼絞線的順序由內(nèi)到外,張拉過程如圖7(b)所示。
圖7 張拉預應(yīng)力鋼絞線
本文對預應(yīng)力裝配式路面的結(jié)構(gòu),包括裝配式面板的結(jié)構(gòu)設(shè)計、接縫和吊點位置進行了詳細介紹。由于試驗場地的限制,對裝配式路面按照1∶3.75的相似比制作了試驗?zāi)P?,路面厚度保持不變。通過預應(yīng)力鋼絞線,對預制面板進行對稱分級張拉并錨固。此裝配式路面可標準化設(shè)計、工廠化預制和現(xiàn)場模塊化安裝,施工速度快,施工環(huán)境不受極端天氣的影響,使用性能優(yōu)異,既可廣泛應(yīng)用于公路新建、改擴建和養(yǎng)護工程,也可用于地震、泥石流等極端自然災(zāi)害條件下的道路搶修。