臨時(shí)施工道路裝配式混凝土路面設(shè)計(jì)研究

林華民 陳智勇 徐楊軍 周松濤

1.仙游縣建工投資集團(tuán)有限公司

2.福建省凡士建設(shè)集團(tuán)有限公司

3.武漢建工新興建材綠色產(chǎn)業(yè)科技有限公司

4.安陽(yáng)鋼鐵建設(shè)有限責(zé)任公司

0 引言

“四節(jié)一環(huán)保”（節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)地和環(huán)境保護(hù)）是我國(guó)建筑工程施工過(guò)程中的重要目標(biāo)之一，即在確保施工安全和質(zhì)量的前提下，通過(guò)科學(xué)管理和先進(jìn)技術(shù)，盡可能節(jié)約資源，減少對(duì)環(huán)境的破壞［1］。

目前大多數(shù)施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路通常采用一次性現(xiàn)澆混凝土路面，項(xiàng)目完工后要破除清理，這會(huì)造成資源浪費(fèi)，不符合國(guó)家倡導(dǎo)的綠色施工要求［2］。隨著裝配式建筑的不斷發(fā)展，臨時(shí)道路采用裝配式混凝土路面的情況逐漸普遍起來(lái)，它是一種新型的路面體系，該路面體系安裝完成后即可投入使用，施工期結(jié)束后道路板單元還可回收周轉(zhuǎn)。路面施工所需的設(shè)備簡(jiǎn)單，能大幅減少設(shè)備采購(gòu)方面的費(fèi)用，道路板的采用可實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)化預(yù)制加工，成本低且質(zhì)量容易控制，符合可持續(xù)發(fā)展的工程理念［3］。此外，與鋼板路面相比，裝配式混凝土路面也具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)：

1）裝配式混凝土路面道路板單元對(duì)路基處理要求較低，同等路基條件下承載能力大于鋼板路面［4］。

2）裝配式混凝土路面道路板單元平面外剛度遠(yuǎn)大于鋼板路面，在重載效應(yīng)作用下，變形較小，車(chē)輛行駛更平衡。

3）裝配式混凝土路面道路板單元板底與路基緊密貼合，接觸面摩擦系數(shù)遠(yuǎn)大于鋼板路面，臨時(shí)道路板鋪設(shè)完成后不易滑動(dòng)移位，更適用于轉(zhuǎn)彎、坡道等路況較差的臨時(shí)道路［5］。

4）裝配式混凝土路面道路板單元之間的拼縫易于排水，保證路面干凈整潔［6］。

1 道路板設(shè)計(jì)

以某工程為實(shí)例，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)裝配式混凝土路面的設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)加以分析，確定了滿(mǎn)足承載能力、耐久性、施工要求及經(jīng)濟(jì)性的路面板設(shè)計(jì)參數(shù)。

1.1 工程概況

某地鐵上蓋工程總建筑面積141 327.12 m2，包含5 層地下室及6 棟主樓，其中B2、B3、B5 號(hào)樓高度為140.3 m 44 層住宅樓，B6 號(hào)樓為129.2 m的43 層公寓樓。該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)置在地下室頂板上，道路寬度為4.0 m，長(zhǎng)度約500 m，采用裝配式混凝土路面作為臨時(shí)道路。

1.2 設(shè)計(jì)要求

1）承載能力

裝配式混凝土路面適用性廣泛，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地條件要求較低，可供50 t重車(chē)正常行駛，通過(guò)重載試驗(yàn)驗(yàn)證其承載能力和耐久性，且道路板單元損壞時(shí)可及時(shí)更換，確保施工道路暢通、安全可靠。

2）質(zhì)量要求

工廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的道路板單元的質(zhì)量有保障，外觀(guān)平整、堅(jiān)實(shí)、光潔，板塊組合規(guī)則、美觀(guān)，整體觀(guān)感效果較好。

3）道路板單元連接

板單元四周設(shè)置有連接裝置，通過(guò)連接裝置將拼裝的路面連接形成整體，達(dá)到現(xiàn)澆混凝土道路使用功能的效果。通過(guò)連接裝置約束道路板板邊的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，確保拼裝的道路板不因車(chē)輛行駛等外力作用下導(dǎo)致錯(cuò)位，且連接裝置改變了道路板受力狀態(tài)的邊界條件，提高了路面的承載能力。

1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

1）路面基層

路面基層為整平的自然土或堅(jiān)實(shí)地基，地基承載能力特征值不小于120 kPa，其上攤鋪30～50 mm細(xì)砂墊層，整平后再鋪設(shè)防水PVC塑料布。

2）荷載工況

充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，需滿(mǎn)足施工現(xiàn)場(chǎng)大型車(chē)輛（如混凝土罐車(chē)、鋼筋運(yùn)輸車(chē)、混凝土構(gòu)件運(yùn)輸平板車(chē)等）通行要求。依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTG D60-2015 規(guī)定，載重50 t 汽車(chē)荷載后軸豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為200 kN。

3）路面材料選型

裝配式混凝土路面需要具有一定的耐久性以滿(mǎn)足多次周轉(zhuǎn)使用（周轉(zhuǎn)次數(shù)不少于10 次）的要求，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。綜合考慮使用要求、使用壽命和經(jīng)濟(jì)適用性，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，受力鋼筋采用HRB400 鋼筋。

4）道路板單元厚度

運(yùn)用有限元分析軟件建立道路板受荷有限元計(jì)算模型，基層采用溫克勒地基模型模擬地基反力，分析計(jì)算不同板厚在荷載作用下的應(yīng)力和內(nèi)力，在滿(mǎn)足承載能力極限要求和正常使用要求的前提下，板厚取200 mm。

5）平面尺寸和吊裝

經(jīng)統(tǒng)計(jì)臨時(shí)施工行車(chē)道路寬度一般為4～6 m，綜合考慮臨時(shí)道路板使用功能、轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝等因素，研究發(fā)現(xiàn)其平面尺寸為2 m×3 m 具合理的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值。預(yù)埋螺紋套筒用于臨時(shí)道路板吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)并兼顧板單元間的橫向連接作用，其特點(diǎn)是安全、方便、可靠。

1.4 配筋計(jì)算

依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，采用最不利荷載工況組合，經(jīng)計(jì)算得出，板跨中正彎荷載效應(yīng)值為32 kN·m，板邊正彎荷載效應(yīng)值為55 kN·m（見(jiàn)圖1）。依據(jù)荷載效應(yīng)進(jìn)行配筋計(jì)算，內(nèi)配14@150/200 雙層雙向鋼筋，邊角配置4 根直徑6 mm 放射筋見(jiàn)圖2。道路板單元連接裝置圖見(jiàn)圖3。

圖1 有限元計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值（kN·m）

圖2 道路板單元配筋圖

圖3 道路板單元連接裝置圖

1.5 邊角保護(hù)措施

道路板單元頂部四周采用∟30×3 角鋼護(hù)邊，角鋼上每隔500 mm 焊接1 根拉筋錨入混凝土，在轉(zhuǎn)運(yùn)和使用中保護(hù)邊角不受損壞，增加道路板使用壽命（見(jiàn)圖4）。

圖4 道路板邊角角鋼埋件大樣圖

2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

以300 m 長(zhǎng)、4 m 寬、200 mm 厚的硬化路面為例，將可周轉(zhuǎn)使用的裝配式混凝土路面與現(xiàn)場(chǎng)一次性澆筑硬化路面進(jìn)行比較分析，兩者經(jīng)濟(jì)效益如下：

1）采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土硬化路面，混凝土用量240 m3，按定額計(jì)算制作費(fèi)650 元/m3(含人工機(jī)械費(fèi)用)，拆除破碎和運(yùn)輸費(fèi)60 元/m2，一次性發(fā)生費(fèi)總計(jì)240×650+1 200×60=22.8萬(wàn)元。

2）采用裝配式混凝土路面（道路板單元2 m×3 m×0.2 m），按定額計(jì)算單塊道路板的制作費(fèi)1 800 元/塊，成本攤銷(xiāo)均按5 次，每塊為1 800÷5=360 元/塊；預(yù)制件每次吊裝、拆除和運(yùn)輸費(fèi)為300元/塊，則可周轉(zhuǎn)使用混凝土預(yù)制板道路的成本為200×(360+300)=13.2萬(wàn)元。

實(shí)際節(jié)約臨時(shí)設(shè)施成本費(fèi)為22.8萬(wàn)元-13.2萬(wàn)元=9.6萬(wàn)元，一次性可降低臨時(shí)設(shè)施成本40.8%。

3 社會(huì)效益分析

3.1 建筑垃圾減量

以300 m 長(zhǎng)、4 m 寬、200 mm 厚的硬化路面為例，按現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)道路采用混凝土硬化1 200 m2測(cè)算，其混凝土用量為0.2×1 200=240 m3；若按每個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)使用一次臨時(shí)道路板1 200 m2，周轉(zhuǎn)5 次計(jì)算，每周轉(zhuǎn)一次可周轉(zhuǎn)使用臨時(shí)道路板，可一次性減少建筑垃圾排放240 m3，若按周轉(zhuǎn)5 次后結(jié)束道路板的使用壽命，則總計(jì)可減少建筑垃圾排放1 200 m3。

3.2 減少CO2排放量

我國(guó)水泥生產(chǎn)以煤為主能源結(jié)構(gòu)，按現(xiàn)有水泥生產(chǎn)工藝水平計(jì)算，每生產(chǎn)或使用1 t 水泥，平均綜合能耗約120 kgce，向大氣排放CO2氣體接近0.75 t。每澆筑1 m3混凝土需0.325 t 水泥，因而每個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)道路使用一次裝配式混凝土路面，可減少CO2排放量58.5 t，周轉(zhuǎn)5 次后結(jié)束道路板使用壽命，則總計(jì)可減排292.5 tCO2。

3.3 綜合社會(huì)效益

裝配式混凝土路面通過(guò)裝配的方式安裝成型，項(xiàng)目結(jié)束后道路板單元可拆卸回收并周轉(zhuǎn)至下一個(gè)項(xiàng)目，減少資源的浪費(fèi)，有利于施工企業(yè)降低成本、縮短施工周期。道路板單元生產(chǎn)制作單位還可以基于該產(chǎn)品開(kāi)發(fā)租賃業(yè)務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在某地鐵工程項(xiàng)目的實(shí)施應(yīng)用，裝配式混凝土路面解決了項(xiàng)目臨時(shí)道路需現(xiàn)澆混凝土的問(wèn)題，有效控制了該項(xiàng)目材料成本、人工成本，合理減少了該項(xiàng)目工期、減少了施工過(guò)程中的安全隱患、減少了施工廢棄物的產(chǎn)生及對(duì)環(huán)境的影響，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆路面相比現(xiàn)場(chǎng)文明施工程度更高。綜上，裝配式混凝土路面具有良好的應(yīng)用前景。