適應惡劣環境下的建筑工程裝配式臨時施工道路研究

張慶洋，戴朝煒，單云輝，楊俊博

（中建八局第二建設有限公司，山東 濟南 250014）

0 引言

房屋建筑工程在項目初期需要完成施工臨時道路的規劃和建設，一般施工臨時道路采用全現澆混凝土、鋼板鋪裝和預制混凝土塊鋪裝形式，而施工臨時道路實際使用年限小于 3 年，極少數成為永久道路。如果項目施工臨時道路完全采用現澆混凝土，大多臨時道路會在項目竣工交付后掩埋廢棄，增加了項目前期運營的成本，也造成一定程度的資源浪費。與此同時，采用高強高板鋪裝道面墊板往往出現強度足夠、剛度不足的情況，循環使用多次后容易翹曲變形，冬季施工過程中表面結冰或結霜造成安全隱患。

范小響等［1］開展預制混凝土道路面板的彎拉性能研究及試驗，研究發現預制混凝土道路面板設計彎拉強度應不小于原路面結構，面板尺寸宜為 2.5 m×2.5 m，板間可采用環氧砂漿、碎石等塞縫，并用 TST 改性瀝青粘結料密封。趙軍軍［2］考慮混凝土厚度、路面基層類型、模量等參數對預制混凝土道路面板結構性能的影響。劉強等［3］率先采用裝配式臨時施工道路板運用到亞信聯創全球總部研發中心工程中，取得了較好的經濟和社會效益。王國盤等［4］對重車荷載下預制混凝土塊路面受力分析，研究發現以 C20 普通混凝土材料制備的鋼框混凝土塊體易在重車荷載下損壞，受路基壓實度影響較大。李林等［5］開展了 FRP 路面板構件研究。方海等［6］采用高強玻纖增強復合材料夾層結構來制備快速搶修路面墊板，經過受力分析和野外現場車載試驗，發現路面墊板受力可靠、機動性強、適應各類惡劣場地土條件。向雅賢［7］采用鋼纖維混凝土對裝配式綠色道路路面板開展研究，發現裝配式鋼纖維路面能產生一定的經濟和社會效益。

本文對房建項目施工現場臨時道路進行研究，通過對裝配式鋼纖維混凝土道面和格構增強復合材料道面進行比較，開展了施工現場臨時道路的制備工藝、施工工藝和社會經濟效益等研究。

1 制備工藝

1.1 原材料

裝配式鋼纖維混凝土道面采用水泥、粉煤灰、砂、粗集料、鋼纖維和高效聚羧酸減水劑制備而成，其中考慮到道面板在吊裝過程中受彎拉應力較大，摻入鋼纖維來增加韌性。采用先干后濕的攪拌工藝，首先將水泥、砂子和石子干拌，在攪拌過程中均勻投入鋼纖維，攪拌過程為 1 min，然后加入水和減水劑，攪拌時間為 2 min，保證鋼纖維沒有出現結團現象，最后澆筑入模，其制備過程如圖 1 所示。

圖1 裝配式鋼纖維混凝土道面制備工藝

格構增強復合材料道面由芯材、樹脂、纖維布 3 種材質組成［8］。其中芯材材質可為 Balsa 木、泡桐木、杉木、橡木、膠合板；纖維布材質可為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或雜交纖維布；樹脂材質可為不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂或酚醛樹脂，采用真空導入成型工藝制造。

1.2 制備過程

1.2.1 裝配式鋼纖維混凝土道面

對于預制混凝土道面板，可能在運輸吊裝過程中異常受力損壞，同時為提高其使用壽命、可周轉率和裝配效率，采用鋼纖維混凝土和配筋設計方案來實現。配筋應遵循以下原則：短跨和長跨方向鋼筋直徑相同，避免應力集中出現，其中短跨方向鋼筋置于長跨鋼筋上層，截面受力更合理；可采用φ20＠200，保護層厚度30 mm；可采用規格為 30 mm×30 mm×3 mm 角鋼作為道面板護角，預埋在混凝土道面板上，如圖 2 所示。

圖2 裝配式鋼纖維混凝土道面配筋設計（單位：mm）

調查分析工地實際常規車輛通行需求，以三軸混凝土泵車、渣土車和全掛車為例，載重及尺寸參數如表 1 所示，發現工地常規通行車輛軸距均超過 1.2 m，輪間距均＜ 2.5 m。結合標準號 JTG D40－2011《公路水泥混凝土路面設計規范》、道面板受力分析和運輸裝配效率，預制混凝土道面板尺寸宜為 3.75 m×1 m。

表1 工地常規通行車輛載重及尺寸

雖然建設工程施工臨時道路使用年限較短，一般在 1～3 年，但是考慮到預制道路面板重復利用，將交通等級設計為重交通。通過采用彎拉強度更高、彈性模量更高的鋼纖維混凝土，校核其荷載疲勞應力、溫度疲勞應力、結構極限狀態等參數，設計裝配式鋼纖維混凝土道面板厚度為 180 mm。

1.2.2 格構增強復合材料道面

格構增強復合材料道面墊板主要承受彎曲荷載，由芯材、面板、防滑層和腹板 4 個部分組成［9］，如圖 3 所示，其中面板承擔拉力和壓力，芯材承擔剪切力。考慮到道面墊板的受力與造價，芯材采用國產泡桐木，樹脂采用乙烯基酯樹脂，纖維布采用強度高、延伸率大，彈性模量較低、造價較低的玻璃纖維。

圖3 格構增強復合材料道面制備工藝

面板由芯材上下表面纖維布和樹脂固化形成，并在面板上表面設置由金剛砂和樹脂混合的防滑層；腹板由芯材側面纖維布和樹脂固化形成；道面板邊緣區域設計特殊構造連接，采用金屬螺栓插銷連接。

2 施工工藝分析

傳統預制裝配式路面在實際運用中易出現板底脫空斷裂破壞、路面平整度差［10］、自重造成的運輸吊裝難度較大等問題，大大影響了裝配式路面的施工質量和使用效果。

2.1 裝配式鋼纖維混凝土道面

1）高韌性鋼纖維混凝土。隨著行車荷載的增加，道面板可能會出現塑性變形過大、混凝土應力過大，造成板底脫空和斷裂破壞。為保證道面具有足夠的抗彎拉強度、耐久性、抗滑等性能，采用動彈性模量更高、韌性更好的鋼纖維混凝土。為保證道面板板塊精度和批量加工效率，采用鋼模澆筑，并在道面板上表面刻槽，增大行車摩阻力。

2）路面平整度控制。設置標高基準線，清除基層松散破碎的材料后，壓實路基，提高路基頂面回彈模量，為道面提供穩定的支撐。路基設置大于 2 % 的橫向坡度，并合理設置截水溝、排水溝等排水設施。為減少路基的不均勻沉降問題，一方面可適當選擇在基層頂面鋪設 30～50 mm 砂墊層，壓實填平；另一方面可適當采用塑料土工格柵均勻、平整地鋪設在基層底部和側面，利用 U 型釘或插釘來固定。

3）道面板拼縫設計。道面板尺寸為 3.75 m×1 m×0.18 m，自重約 1 687 kg，在長跨方向設計 6 個吊鉤，對稱三等分布置，滿足運輸、吊裝及裝配需求。考慮到預埋吊鉤直接和土壤、空氣、水接觸，而道面板需循環多次使用。普通鋼材耐腐蝕性能較差，難以滿足耐久性需求，可采用抗腐蝕性極好、強度更高、延性較好、價格合適的 GFRP- 鋼筋復合筋。在裝配式鋼纖維混凝土道面板設計采用直徑為 8 mm 的 GFRP- 鋼筋復合筋（玻璃纖維、樹脂和內芯鋼筋組成）［11］，其物理力學性能如圖 4 所示。

圖4 GFRP-鋼筋復合筋的物理力學性能

在裝配過程中，道面板裝配過程中遵循以下原則：短邊密拼，長邊間隔 100 mm 裝配；在條帶空隙區域上層澆筑 50 mm 厚的高延性水泥基復合材料（ECC）［12，13］，可適當在條帶間隙長度方向通長配置φ6 鋼筋（見圖 5）；在條帶空隙下層鋪設 130 mm 厚砂墊層，壓實。既能滿足裝配式路面的吊裝需求、隱藏吊鉤位置、拆卸方便、循環使用，又能在一定程度上實現弧形施工道路、坡道等特殊情況。

圖5 裝配式鋼纖維混凝土的裝配簡圖（單位：mm）

2.2 格構增強復合材料道面

1）力學性能優異的 GFRP 復合材料。道面板強度高、承載能力強、韌性好，即使在松軟土質下，也能滿足 15 t 輪載。GFRP 材料耐久性、抗疲勞性較好，可反復拆裝、多次循環使用。質量極輕，板重 22 kg/m2，尺寸為 3.75 m×1 m×0.3 m 的道面板僅 46 kg，運輸安裝成本低，裝配效率高。

2）截面設計與插銷構造加快裝配效率。格構式截面設計在很大程度上保證了道面板具有良好的力學性能，并采用金屬螺栓插銷連接，如圖 6 所示。鋪設形式靈活，可拼裝成單車道、雙車道；道路形式可分為道路直線型、“T”型以及環型道路。可根據工地實際需求，定制不同厚度的格構增強復合材料道面（30、55、80 mm），可在極惡劣場地土上快速拼裝形成道路與場地，能經受重載車輛反復碾壓，且變形可恢復、無界面剝離破壞。

圖6 格構增強復合材料道面截面設計

3 社會與經濟效益分析

近年來我國大力推行建筑垃圾分類、回收利用，在工程建設過程中控制建筑垃圾數量，很大程度上取決于經濟效益和項目管理人員的管理水平。而裝配式臨時施工道路的推廣應用，能夠更早地從設計和策劃階段創造一定的社會和經濟效益，契合節能與環保的發展方向。

3.1 建筑垃圾輕量化

按照房屋建筑工程的中型項目體量，假定施工臨時道路總長 300 m，寬度為 6 m，厚度 0.2 m，混凝土用量約 360 m3。裝配式道面板設計周轉次數＞3 次，建筑垃圾可減少排放 1 080 m3。

3.2 臨時設施費減量化

以中型項目體量為例，常規施工現場臨時道路通常在 300 m 以上，混凝土用量超過 360 m3，總造價超過 18 萬元。房屋建設工程的施工臨時道路一般難以二次利用，大多作為室外回填材料保留下來。通過采用租賃裝配式臨時施工道路，能夠加快項目進場前的準備工作，節約項目建安費用。

3.3 裝配式道路集約化

隨著我國裝配式建筑的蓬勃發展，重點城市不斷設立新型裝配式建筑產業園，支持建筑部品部件生產企業完善品種和規格，提高裝配式建材應用比例。對于房屋建設工程領域，項目大多在城市輻射范圍內，裝配式鋼纖維混凝土道面能夠直接利用當地的裝配式建筑部件加工廠來澆筑、養護、運營，在極大程度上降低了加工難度、運輸和維護成本等，促進工程建設領域臨時施工道路的集約化管理。

4 結論

本文從制備工藝、施工工藝、社會和經濟效益角度，對建設工程中裝配式施工道路開展研究，提出采用裝配式鋼纖維混凝土道面和格構增強復合材料道面作為臨時施工道路，初步發現：

1）裝配式鋼纖維混凝土道面和格構增強復合材料道面在受力性能上較好，理論上能解決板底脫空斷裂破壞、路面平整度差、自重造成的運輸吊裝難度較大等問題；

2）裝配式鋼纖維混凝土道面制備工藝簡單，能夠在項目當地裝配式建筑加工廠制備，降低運輸和運營維護成本；

3）格構增強復合材料道面加工工藝成熟，輕質高強，裝配效率極高，可在極惡劣場地土上快速拼裝形成道路與場地，能經受重載車輛反復碾壓，且變形可恢復；

4）通過采用裝配式道路，能夠實現建筑垃圾輕量化、臨時設施費減量化和臨時施工道路集約化發展。