龍懷高速公路橋梁預制場硬化層再利用技術

秦尚進

摘要： 本文結合在建汕昆高速實況，對預制梁場硬化層再利用進行了分析，從結構受力分析、社會效益、經濟效益提出如何較好的進行預制場硬化層再利用，避免了破除臺座及硬化層的資源浪費。

Abstract： In this paper， the hardening layer reuse of prefabricated beam field is analyzed in this paper， and the ways for the reuse of hardening layer in prefabricated beam field are put forward from the structural stress analysis， social benefit and economic benefit， to avoid the waste of resources in the removal of pedestal and hardening layer.

關鍵詞： 預制場硬化層；再利用；效益分析

Key words： prefabrication field hardening layer；reuse；benefit analysis

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）01-0151-03

0 引言

汕頭至昆明高速公路龍川至懷集段里程范圍為K2+474.166～K128+254。合同段內地處高山深谷，交通運輸不便，沿線橋梁較多，橋梁預制場的設置受場地限制。考慮到施工便利、易于吊裝、縮短運距，橋梁預制場通常選在路基上，同時可以減少征地和對環境的破壞。

據管理處工程部統計龍懷高速共需在路基上建設預制場21個（其中挖方區5個，填方區及挖填區16個），預制場總長度達10392m，部分預制場的寬度超過路基寬度26m。硬化層總面積達27萬m2，需54000m3的混凝土硬化層以及54000m3的未篩分碎石墊層。若按照傳統的方法拆除預制場硬化層，將浪費大量的人力、物力，影響工期，且拆除硬化層會造成大量棄渣，棄渣堆放不僅占用土地，也造成環境污染。為此，從保護環境、節約資源、縮短工期、減少建筑垃圾等角度出發，對將預制廠硬化層作為路面結構層再利用進行研究分析，提出橋梁預制場混凝土硬化層作為路面墊層和底基層的方案。

1 工程概況

經前期調研顯示，廣東省已有兩條高速采用了路基上硬化層再利用方案，分別為：云浮—羅定高速與連川—懷集高速。兩條高速硬化層再利用僅為經驗式的再利用，沒有考慮到預制場施工時的超載情況，以及再利用時作為路面結構層對硬化層的要求。但從通車運營情況來看那，目前這兩條高速的硬化層再利用處的路面狀況良好。這兩條高速公路預制場再利用情況見表1。

2 硬化層再利用方案設計

2.1 設計方案

硬化層再利用的基本思路為：本龍懷高速項目設計文件要求路基回彈模量不得小于40MPa，所以假設填方區及挖填交匯區路基回彈模量為40MPa，挖方區路基回彈模量為80MPa。結合云羅高速、連懷高速的再利用情況雖然已通車運營但兩條高速硬化層再利用僅為經驗式的再利用，沒有考慮到預制場施工時的超載情況。

路基回填或開挖至路基頂面設計標高以下10cm后，先鋪筑20cm未篩分碎石，再采用25cm C25水泥混凝土硬化。預制場梁體預制吊裝完成后，拆除臺座，整平場地，20cm未篩分碎石作為路面結構層中的墊層，25cm C25水泥混凝土硬化層作為路面結構層的底基層使用，如圖4與圖5所示。

2.2 設計方案驗算過程

①在填方區及挖填交匯區，路基回彈模量取40MPa。

在臨界荷位處產生的荷載應力：？滓p=1.47×10-3r0.7hcP0.95=3.31MPa，小于C25混凝土彎拉強度3.5MPa，滿足要求。

②在挖方區，路基回彈模量取80MPa。

在臨界荷位處產生的荷載應力：

？滓p=1.47×10-3r0.7hcP0.94=3.02MPa

計算得到的臨界荷位處產生的荷載應力為3.02MPa，小于C25混凝土彎拉強度3.5MPa，滿足要求。

由上述驗算可知，路基回彈模量為40MPa和80MPa情況下，硬化層臨界荷位處的荷載應力均小于混凝土的彎拉強度，方案可行。

2.3 硬化層作為路面結構層驗算

復合式路面結構驗算包括水泥混凝土硬化層層底拉應力驗算和復合式瀝青路面彎沉驗算以及各層層底拉應力驗算。水泥混凝土硬化層層底拉應力驗算時，可以采用舊水泥路面加鋪瀝青層的驗算模型，表4 為驗算時的參數取值。

2.4 水泥混凝土硬化層層底拉應力計算

利用HPDS2011軟件，采用舊水泥路面加鋪瀝青層的驗算模型，25cm厚混凝土硬化層計算結果見表5、表6。

由上表可知，復合路面硬化層的荷載疲勞應力與荷載最大應力均遠小于C25混凝土的抗拉強度3.5MPa，故滿足要求。

2.5 復合式瀝青路面彎沉驗算以及各層層底拉應力驗算

利用HPDS2011軟件對復合式瀝青路面進行彎沉驗算及各層層底拉應力驗算：

①25cm厚硬化層路基回彈模量為40MPa。

基于設計彎沉值通過以下公式計算設計層厚度：

LD= 20（0.01mm）

H（4）=200mm LS=12（0.01mm）

鑒于設計層厚度 H（4）=Hmin時 LS<=LD，故判定彎沉計算完全符合設計要求。

H（4）=200mm（僅考慮彎沉）endprint

基于容許拉應力通過運算得到設計層厚度：

H（4）=200mm（第1層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第2層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第3層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第4層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第5層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第6層底面拉應力計算滿足要求）

路面設計層厚度：

H（4）=200mm（僅考慮彎沉）

H（4）=200mm（同時考慮彎沉和拉應力）

②25cm厚硬化層路基回彈模量為80MPa。

基于設計彎沉值計算設計層厚度：

LD=20（0.01mm）

H（4）=200mm LS=10.4（0.01mm）

鑒于設計層厚度 H（4）=Hmin時 LS<=LD，因此判定彎沉計算完全符合設計要求。

H（4）=200mm（僅考慮彎沉）

基于容許拉應力計算設計層厚度：

H（4）=200mm（第 1 層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第 2 層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第 3 層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第 4 層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第 5 層底面拉應力計算滿足要求）

H（4）=200mm（第 6 層底面拉應力計算滿足要求）

路面設計層厚度：

H（4）=200mm（僅考慮彎沉）

H（4）=200mm（同時考慮彎沉和拉應力）

在兩種路基回彈模量情況下，計算彎沉與各層層底拉應力均滿足要求。

由上述兩種驗算結果可知，硬化層厚度25cm下能滿足作為路面結構層的要求。

3 復合式路面施工工序及要求

3.1 施工順序

路基填筑或開挖→路床驗收→預制場墊層施工→預制場硬化層施工→預制場臺座施工→預制梁板→預制梁板施工完畢后鑿除臺座→修整混凝土硬化層→混凝土硬化層驗收。

施工過程中應加強各工序的質量控制，保證預制梁場的施工質量。

3.2 施工要求

①填方路基采用可靠的最大干密度，嚴格控制壓路機的碾壓遍數、松鋪厚度。②挖方路基在進行路基開挖的同時應按設計要求開挖截水溝，搞好排水工程，做好路拱碾壓至設計要求的壓實度。③未篩分碎石墊層鋪筑整形、精平、碾壓及原材料質量嚴格控制。④為避免硬化場地混凝土產生不規則裂縫，防止雨水和施工用水滲入，澆筑混凝土前需將作業面灑水濕潤，施工后及時切縫封縫，施工縫處建議采用瀝青纖維板，表面用改性瀝青封閉處理。⑤場地硬化時做好縱橫向排水措施，減少場地積水。⑥不得采用爆破手段來清除預制場混凝土臺座，可以將其鑿除。鑿除臺座的過程中切忌破壞混凝土硬化層，如果不慎將硬化層損壞，必須及時修整。

4 經濟社會效益分析

4.1 經濟效益分析

根據業主提供的路基上建設預制梁場的統計，計算得龍懷高速全線路基上的橋梁預制場硬化層的再利用直接節省工程費用1647萬元，并且每個預制場的清理作業節省了20天工期，為減小整個工程的施工周期，提前開放交通創造了有利條件。減少了施工棄渣的產生，最大限度地利用棄渣，大大減小了對環境的破壞。另外從路面質量來看，用混凝土硬化層代替路面墊層或底基層，路面結構比較完整，有效規避了路面不均勻沉降的問題，路面結構層質量大大改善，并且經濟效益十分客觀。表7為經濟效益計算結果。

4.2 社會效益

全線可節約棄渣場地約50.63畝，農田征用面積更小，環境污染得到有效控制。同時可以減小施工周期，有利于更早的通車。

5 結語

高速公路橋梁預制場混凝土硬化層再利用技術，收到了節約工期降低工程造價、綠色環保施工的顯著成效。減少了對環境的破壞，符合我國可持續發展的戰略目標。值得在今后類似工程中推廣應用。

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