裝配式路面技術的研究現狀

蘇 凱

上海城投（集團）有限公司 上海 200210

我國裝配式路面技術研究起步比較早，20世紀80年代末國內就開展了裝配式水泥混凝土路面研究與應用[1]，但是相關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，裝配式路面技術研究與應用才又煥發生機，國內學者開展了一定數量和規模的研究與應用，但是相比其他工程行業，研究與應用步伐仍偏緩慢。

本文圍繞當前裝配式路面技術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構的強度、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，基層結構底部的最大值豎向應變位于最小值范圍內，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]，裝配式基層結構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

采用傳統現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、側面平整度等偏差控制在2 mm以內。

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的道路快速施工與維修，如西北干旱缺水地區、西北沙漠地區。2019年，在內蒙古連霍高速公路玉門段的公路養護工程中，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，經分析后發現，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]，能夠適應西北地區晝夜溫差大的特殊氣候環境，且在這種基層上鋪設的瀝青面層板發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，可以作為沙漠地區瀝青路面快速養護的新選擇[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、質量輕、安裝拆卸方便和可調色等優點，適用于人行路面、輕載路面和重載路面等不同交通工況[12]，循環利用超過15 a（周轉利用5次），而水泥混凝土板塊僅可周轉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，不僅實現了快速施工工程便道的目的，而且經濟，無裂縫產生，重復使用性強[13]。

5 結語

通過調研、梳理與分析近年來國內裝配式路面研究情況，可得出以下幾點結論：

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，相關研究內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，希望實現降低路面板塊的質量、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境氣候嚴苛地區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的研究與應用提供了新的思路，有助于開發出重復周轉率更高、制作安裝更簡便、環境適應能力更強的裝配式路面技術。

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