預應力回填式匝道施工技術

張夢燦 羅建鵬 張雙龍 宋修平 倪宏達 羅 松

1. 中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204；2. 中國建筑股份有限公司阿爾及利亞公司 北京 100125

1 背景介紹

匝道是高架橋、立交橋必不可少的組成部分，其作用是供車輛進行上下。國內高架橋、立交橋的匝道一般是現(xiàn)澆混凝土結構。阿爾及爾新機場項目高架橋采用預應力回填式匝道，匝道兩側為厚14 cm預制混凝土墻，混凝土墻之間用優(yōu)質回填土回填夯實，回填土中埋設高強度纖維帶與混凝土墻連接，防止其傾斜倒塌。預應力回填式匝道為法國專業(yè)公司TERRE ARMEE的專利，在歐洲較為常見，其施工快速簡潔，立面效果精致美觀。阿爾及利亞首都阿爾及爾新機場項目高架橋（圖1）采用這種形式的匝道，本文對其施工要點進行介紹。

2 工作原理簡介

圖1 阿爾及爾新機場匝道效果圖

預應力回填式匝道的工作原理主要分為內部穩(wěn)定和外部穩(wěn)定2部分。預制混凝土墻和回填土通過高強纖維帶組成一個自平衡體系，混凝土墻阻止回填土向兩側塌陷，纖維帶通過與回填土的摩擦力拉住混凝土墻阻止其倒塌。內部穩(wěn)定根據(jù)匝道的高度和設計荷載，計算分析混凝土墻所需的厚度、配筋，纖維帶所需的強度和埋設長度，以及回填土需要的干密度、摩擦角。外部穩(wěn)定根據(jù)匝道下方的土質情況以及匝道的設計荷載進行地基穩(wěn)定性計算，確定地基需要使用優(yōu)質回填土進行換填的深度（圖2）。

經過TERRE ARMEE的計算分析，阿爾及爾新機場項目高架橋匝道采用厚14 cm的預制混凝土墻，選用拉伸強度為37.5 kN的纖維帶，根據(jù)位置的不同纖維帶埋設長度為4.6、5.2 m，回填土的最大干密度不超過2.2 t/m3，摩擦角必須大于34°，地基穩(wěn)定性計算要求使用滿足上述要求的回填土換填1 m深的厚度。

圖2 預應力回填式匝道工作原理

3 混凝土墻的預制和安裝

3.1 混凝土墻概況

阿爾及爾新機場項目高架橋匝道全長70 m，兩側混凝土墻的最大高度7.8 m，最低高度1.2 m（圖3）。現(xiàn)場施工時使用鋼模板（圖4），預制不同高度的混凝土板（圖5）。不同高度的混凝土板通過預埋件拼裝起來，組成匝道的兩面混凝土墻。

圖3 混凝土墻幾何尺寸

圖4 專業(yè)鋼模板

圖5 預制混凝土板形狀及預埋件位置

3.2 混凝土板的預制

混凝土板采用TERRE ARMEE提供的專業(yè)鋼模板進行預制。預制過程中需放置PVC棒、安裝吊鉤、杯口鐵棒、纖維帶塑料殼和脫模鋼筋5種預埋件。

PVC棒長23 cm，直徑1.5 cm，埋入混凝土板中15 cm，預埋在混凝土板上部（圖6）。其作用是拼裝混凝土板時插入下方相鄰兩塊混凝土板板底的杯口中，使全部混凝土板連接成一個整體，組裝成混凝土墻。

圖6 固定在模板中的PVC棒

杯口鐵棒是一個錐形鐵棒，其直接固定在鋼模板上，預埋在混凝土板底，埋入深度8 cm。其作用是拆除后在混凝土板底留下杯口，供PVC棒插入。

安裝吊鉤（圖7）預埋在混凝土板頂部，其作用是在拼裝混凝土板時方便吊車起吊。預埋時吊鉤上部包裹一枚塑料殼，避免預制時混凝土堵塞吊鉤上部的孔洞。

纖維帶塑料殼預埋在混凝土板的中間位置。安裝混凝土板時，高強纖維帶會從該塑料殼穿進混凝土板中，以達到回填過程中拉住混凝土板的作用（圖8）。

圖7 安裝吊鉤

圖8 預埋好的纖維帶塑料殼

以上4種埋件均由TERRE ARMEE提供，脫模鋼筋用現(xiàn)場直徑12 mm的鋼筋彎折制作而成。其作用是混凝土強度達到要求后方便脫模。

預制過程中，清理模板后使用脫模劑涂刷模板表面以及杯口鐵棒便于脫模。澆筑過程中，由于混凝土板厚僅14 cm，故使用直徑3 cm的振搗棒進行振搗。振搗要均勻密實，避免混凝土板表面出現(xiàn)氣泡，影響美觀。

3.3 混凝土板的安裝

混凝土板分層進行安裝（圖9），不同顏色代表不同層。安裝完混凝土一層混凝土板后立即開始回填，回填到該層混凝土板頂部后，再開始安裝下一層。整個匝道施工過程中，混凝土板安裝和回填土回填交叉進行。

圖9 混凝土板的安裝層次順序

安裝第1層混凝土板時，首先在墊層彈出混凝土板外立面的邊線，避免混凝土板安裝不平順，出現(xiàn)彎折、拐彎的現(xiàn)象。安裝過程中使用水平尺檢查混凝土板頂部的水平度。低的地方在混凝土板下方塞入混凝土墊塊進行調整。安裝結束后，在墊層上打進鋼筋塞入木楔，擠緊混凝土板的底部；同時用鋼管在混凝土墻的外側頂住板的頂部，使混凝土板向內側傾斜1%的坡度，避免其出現(xiàn)移動。混凝土板向內傾斜1%的坡度，主要是由于回填土在碾壓的過程中會擠壓混凝土板，導致混凝土板向外傾斜1%。提前讓混凝土板向內傾斜，回填碾壓結束后混凝土板會有比較理想的垂直度（圖10）。

圖10 混凝土板安裝

后續(xù)各層混凝土板在上一層安裝好的混凝土板上放置橡膠墊后即可開始安裝。安裝時注意，后續(xù)各層混凝土板外側沒有鋼管支撐，須向內傾斜2%的坡度。其水平度可通過調整橡膠墊的厚度調整。

4 回填土施工

4.1 回填準備工作

安裝完一層預制混凝土板后即可以開始回填。一層混凝土板內的回填一般分2次進行，每次回填深度37.5 cm。第1次回填至需要埋設纖維帶的位置，第2次回填至該層混凝土板的頂部。

第1次回填開始之前需用土工織物在混凝土墻的內側遮擋住預制混凝土板之間的拼縫，并用步步緊夾緊土工織物，避免回填土顆粒從預制板的縫隙流出。步步緊在預制混凝土板的拼縫處夾緊可加強混凝土板之間的連接，避免在回填夯實過程中混凝土板在拼縫處向外側凸起。

4.2 回填碾壓

做好準備工作后開始第1次回填。使用裝載機和卡車進行上料，平地機進行精平。碾壓夯實是第1次回填的控制要點，距離混凝土板1.5 m以外的中間區(qū)域，使用碾壓荷載小于15 t的小型雙鋼輪壓路機進行碾壓，碾壓結束后要求壓實度大于95%。距離預制混凝土板1.5 m以內的范圍，必須使用小型手扶壓路機進行碾壓，且這部分區(qū)域的壓實度達到92%即可。這是由于這部分區(qū)域離混凝土板較近，使用大壓路機碾壓易出現(xiàn)混凝土板向外傾斜的現(xiàn)象；由于這部分區(qū)域車輛行走頻率較中間區(qū)域小且不易碾壓，故達到92%即可。

第1次回填結束后開始做第2次回填的準備工作。第2次回填的準備工作主要是將纖維帶穿到混凝土板內的塑料殼內以及在第1次回填的完成面上挖預應力溝槽。為了便于穿設纖維帶，可先在預制混凝土板內的纖維帶埋件內倒入一定的肥皂水進行潤滑，同時穿設過程中使用塑料篾子做引子。

預應力溝槽寬30 cm，深10 cm，其中線距離混凝土板2 m。預應力溝槽開挖結束后，將纖維帶沿著垂直于混凝土板的方向拉緊伸展開，越過預應力溝槽并在端頭用鋼筋頭釘緊。預應力溝槽的作用是在第2次回填時回填土將拉緊的纖維帶壓入溝槽內，從而使纖維帶受到一個預緊力，進而拉緊混凝土板。

上述準備工作完成后即可開始第2次回填（圖11）。第2次回填時先用回填土覆蓋預應力溝槽之間的區(qū)域，之后再回填之外的區(qū)域，同時注意回填過程中機械不可直接碾壓纖維帶。第2次回填的碾壓控制要點和第1次回填一致。第2次回填結束后即可開始安裝下一層混凝土板，直至整個匝道施工結束。

圖11 第2次回填施工

5 結語

預應力回填式匝道與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結構匝道相比，其造價低、施工簡便、外形美觀，在工期和經濟效益上都有著巨大的優(yōu)勢。以阿爾及爾新機場項目為例，預應力回填式匝道全部造價約2 000萬第納爾，施工周期30 d；若變更成同等尺寸的現(xiàn)澆混凝土形式的匝道，據(jù)項目結構設計人員保守估算，需要5 000萬第納爾，施工周期60 d。預應力回填式匝道為歐洲專利，在國內使用較少，具有較大的推廣空間。