裝配化樁板式道路系列技術創新與應用

曹皓 胡可 包葉波

摘要 隨著土地資源的日漸稀缺，公路建設與土地供給已經成為基礎建設的主要矛盾之一。為了探索一種新型的道路建造模式，提出了新型裝配化樁板式道路建造模式，以打入式預制管樁直接支撐鋼筋混凝土面板，形成一種簡潔透空的承載結構。通過裝配化輕型結構，取代傳統土路基，升級公路的工業化建造。文章從樁板式道路結構理念的提出、前期技術實踐情況、實踐中發現的主要問題及對應的解決方案等方面對樁板式道路結構進行了分析與研究，完善了其設計與施工技術，并將相關成果應用在了安徽省合肥－樅陽高速公路，落實綠色公路建造理念，實現用地調配平衡，升級工業化建造模式，創新了一種全新的公路建造模式。

關鍵詞 樁板式道路；工業化建造；模塊化設計；標準化施工

中圖分類號 U441.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0088-03

0 引言

隨著基礎設施建設技術的不斷進步，公路領域的結構形式一直處于持續創新中。樁板結構早期主要作為一種軟基加固措施，被廣泛應用在鐵路工程的軟基處理中。鐵路應用的樁板式路基由全部插打于軟土中的管樁和覆蓋在軟土表面的面板組成，作為控制軟土路基的沉降措施[1～2]。

安徽省最早提出將樁板式結構進行改進并應用在公路工程中，并開展了相關的研究與實踐[3～4]。為了更好地將樁板式道路結構應用在公路建設中，該文結合安徽省高速公路建設實踐，采用結構化的觀點，實施公路的少土、無土、高效和低價建設，以解決公路建設和土地資源稀缺之間的矛盾問題，積極響應公路工程的綠色發展，并結合工程實踐對這種新型裝配化樁板式道路結構進行了系統研究與改進升級，以形成更加適宜工業化建造的新型道路結構。

1 概念的提出

該文針對公路工程建設的主要矛盾，提出裝配化樁板式道路，以打入式預制管樁直接支撐鋼筋混凝土面板，形成一種簡潔透空的承載結構。

該結構為柔性體系，工作原理類似橋梁，但損傷局部可控。因此，有望取代公路傳統路堤結構，成為解決公路交通發展與土地資源保護之間矛盾的理想方案。新型道路總體上分為2類。

第一種方案為擴建公路裝配化樁板式道路。這種樁板式道路多跨一聯，預制梁板內側邊與原道路頂邊緣通過現澆枕梁進行橫向連接，形成具有側邊連續鉸限位的結構。樁板式道路橫向設置一排或多排預制管樁（如圖1所示）。

第二種方案為新建公路裝配化樁板式道路，這種樁板式道路也采用多跨一聯，形成具有群墩限位或抗力墩限位的結構。各獨立樁板式道路橫向設置兩排或多排預制管樁（如圖2所示）。

2 前期技術探索與實踐

2.1 獲得的主要技術優勢

裝配化樁板式道路首批應用于安徽省合寧高速公路擴建項目和合安高速公路擴建項目，即呈現出突出的技術經濟優勢：

（1）道路無需填土，用地減少。合安高速擴建技術應用段長1.5 km，擴建在原道路邊坡上進行，新增用地為0。

（2）預制管樁按設計打至相應持力層，道路工后沉降問題得到根本改善。

（3）預制管樁施工便于現場管理，污染及棄物少；面板預制和安裝工藝簡單。

（4）對比傳統常規道路，造價相當；對比軟土道路，造價降低40%以上；對比傳統橋梁，經濟優勢更為明顯。

2.2 需要進一步解決的技術問題

在初期的工程實踐中雖然取得了較好的綜合效果，但也暴露了部分技術不足，需要進一步改進與升級，表現在以下幾個方面。

（1）預制管樁的快速準確打入。預制管樁如何高效并可靠地打入一直是國內設計和施工爭論的焦點。分析現行打樁方式，存在的問題表現在以下幾方面：①選用打樁錘重按規范設定的范圍，憑經驗進行，缺乏選用的依據和調整的方法。②打樁中各參數之間內在關系不明，錘擊樁深和貫入度控制值的規定可執行性差。③錘擊難停的現象時常發生，成樁承載力往往難以確定。

這些問題嚴重制約了預制管樁在公路工業化建造中的應用。

（2）預制樁與梁板的快速連接。預制樁與梁板之間采用傳統濕接頭連接方式，臨時設施多，工作量過大；采用傳統槽口、齒塊等其他連接方式，結構構造復雜，鋼筋受損較多，預制、施工難度大，工業化優勢降低，連接效果也難以保證。

（3）預制梁板的快速可靠連接。預制梁板之間的濕接縫鋼筋連接一直是設計、施工中的難題，主要表現在以下3方面：①鋼筋按規范搭接，濕接縫過寬。②鋼筋按規范焊接，工作量過大。③采用其他連接，效果還在爭議。

技術滯后困擾著預制結構的使用。

（4）樁板式道路整體系統設計。在成系統設計過程中，仍存在以下關鍵問題需要解決：①樁板式道路一聯的合理樁距、合理長度、合理剛度、水平力分配、動力性能、抗震性能。②樁板式道路局部破壞的影響。③伸縮縫位置設置和功能選擇。④預制梁板的標準分類和分型。⑤預制管樁的標準分類和選型。

改變公路道路的傳統結構形式和傳統建造方式，在理念變為現實的過程中，技術需要不斷改進升級。

3 技術改進

針對存在的問題，裝配化樁板式道路進行了系統性的技術改進，強化了基礎理論和關鍵技術研究，建立了結構更完備、標準更齊全的技術體系。

3.1 一體化樁墩施工方法

基于力學動量定理和能量守恒定律，該文提出一種對公路樁板式道路一體化樁墩進行準確定量打入的方法，以及更為適用的錘擊貫入度計算公式，應用于實際工程，針對不同土質的土層計算出相應的錘擊貫入度控制值，用于控制打樁，取得理想實測效果，解決了傳統方法終止打樁標準亂、成樁承載力不確定的問題，推動了預制管樁在公路工業化建造中的應用（如圖3所示）。

3.2 預制樁與梁板的快速連接

歷經對U型鋼筋骨架現澆混凝土彈性連接鉸、預制墩－板快速連接結構、3種筒形剪力撐連接結構、3種十字剪力撐連接結構進行的多輪論證、研究和試驗，最新發展出的多重剪力鍵樁和板連接裝置，具有綜合技術優勢，正在接受新一輪測試（如圖4所示）。

在多重剪力鍵樁、板連接裝置中，預制管樁和梁板就位后，剪力鋼筋錨固于樁頂，上端套裝于帶肋剪力筒內。剪力螺栓上端定位于梁板內，下端掛連于剪力筒頂法蘭盤底面。裝置定位并封堵后，灌注填充料，形成樁、板連接。這一技術提高了梁板預制工業化程度，實現了樁、板快速連接。有限元計算和試驗驗證連接裝置受力明確，安全可靠。連接裝置也為以后的結構養護提供了便利條件。

3.3 免模板O型鋼筋濕接縫結構

預制面板之間采用帶托板的O型鋼筋濕接縫進行連接。這種接縫結構由兩排U型鋼筋對向交叉形成O型鋼筋結構，O型鋼筋結構內設置多個支墊鋼筋，在帶底托的槽口內灌注混凝土，形成錨具式連接，由此改變了鋼筋連接的傳統模式和傳力機理，實現了工廠預制構件的工地快速連接。

3.4 豎向限位伸縮縫

伸縮縫設置于支撐點外，可實現最大的連接標準化設計。但梁板端部需設置牛腿，且兩梁端可能存在不協調位移，可能引起接縫錯動變形。

為了解決該問題，在牛腿間設隱式支承裝置，與豎向限位伸縮縫形成聯合體，形成豎向限位伸縮縫。

豎向限位伸縮縫構件采用強度和剛度大、整體高度低的焊接型鋼制造；滑動構件跨縫后套裝于限位構件內，由限位構件進行導向和限位；構件套裝后焊接于梁板頂預埋鋼板上，形成整體結構。滑動構件兼做排污和排水槽（如圖5所示）。

這一技術具有限位和伸縮雙重功能，實現了兩邊梁板的豎向協同變形，解決了梁端跳車問題，對懸空設置的伸縮縫具有極好的適應性。

3.5 標準化預制梁板節段組

包括四種節段型式、兩種端部構造（如圖6所示）。節段采用標準化設計，梁板等高度，面板等厚度，濕接縫自帶底托。同時，鋼筋采用模塊化配筋，形式為簡潔的直線或U形。濕接縫U形筋交錯布置。

由此，結構的加工和組裝更簡化，能更好地適應工業化建造模式對結構設計的要求。

這些最新發展的技術將進一步改進結構原有形式和工作機理，改善結構工作狀態和安全狀態，支持結構簡潔設計和輕型設計，提高結構制造精度和裝配速度，提供更好的安裝、檢測、維修和更換條件，實現了資源節約和造價降低的目標。

3.6 模塊化系統加勁結構

由抱箍和連梁組成。構件采用焊接型鋼制造。抱箍分為兩半圓部分，貼附于墩身設計部位后，由螺栓進行緊固，并與連梁進行連接，形成整體結構。其結構具有多種功能：①可按模數以標準梁板加大結構跨徑。②按鋼板組合梁模式進行自架設施工。③用于對下部聯合，形成結構制動墩。④提高結構適應性，方便升級承載力。⑤兼顧結構容錯性，快速加固薄弱部。

由此，實現了樁板式道路的系統設計以及與工業化建造橋梁的系統對接，進一步保證了樁板式道路的安全耐久性和運營維護性。

4 結語

安徽省合肥—蕪湖高速公路，拓寬改建工程，采用最新裝配化樁板式道路，解決用地難題，兼顧處理軟基。采用模塊化構件，預制質量進一步改進。配套模塊化的連接，安裝效率進一步提高。安徽省合肥－樅陽高速公路，落實綠色公路建造理念，采用最新裝配化樁板式道路12 km，建設性用地調配平衡，工業化建造模式升級。

公路的大規模建設正面臨建設資源供應逐漸萎縮、環境保護投入日益加大的形勢和困境。該文提出樁板式道路解決方案，形成了綠色公路建造模式，減少了對土地等資源的占用，實現了交通的可持續發展，解決了擺在行業面前的突出問題。

實施綠色公路建設，離不開以標準化、系統化、模塊化、信息化為特征的工業化建造技術。工業化建造技術應持續改進，不斷向產業化發展，以高質、高效的運轉發揮集約、環保的優勢。

參考文獻

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