臨時施工道路裝配式混凝土路面設計研究

林華民 陳智勇 徐楊軍 周松濤

1.仙游縣建工投資集團有限公司

2.福建省凡士建設集團有限公司

3.武漢建工新興建材綠色產業科技有限公司

4.安陽鋼鐵建設有限責任公司

0 引言

“四節一環保”（節能、節材、節水、節地和環境保護）是我國建筑工程施工過程中的重要目標之一，即在確保施工安全和質量的前提下，通過科學管理和先進技術，盡可能節約資源，減少對環境的破壞［1］。

目前大多數施工現場臨時道路通常采用一次性現澆混凝土路面，項目完工后要破除清理，這會造成資源浪費，不符合國家倡導的綠色施工要求［2］。隨著裝配式建筑的不斷發展，臨時道路采用裝配式混凝土路面的情況逐漸普遍起來，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，施工期結束后道路板單元還可回收周轉。路面施工所需的設備簡單，能大幅減少設備采購方面的費用，道路板的采用可實現工廠化預制加工，成本低且質量容易控制，符合可持續發展的工程理念［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勢：

1）裝配式混凝土路面道路板單元對路基處理要求較低，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大于鋼板路面，在重載效應作用下，變形較小，車輛行駛更平衡。

3）裝配式混凝土路面道路板單元板底與路基緊密貼合，接觸面摩擦系數遠大于鋼板路面，臨時道路板鋪設完成后不易滑動移位，更適用于轉彎、坡道等路況較差的臨時道路［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 道路板設計

以某工程為實例，對施工現場裝配式混凝土路面的設計方法及要點加以分析，確定了滿足承載能力、耐久性、施工要求及經濟性的路面板設計參數。

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 號樓高度為140.3 m 44 層住宅樓，B6 號樓為129.2 m的43 層公寓樓。該項目現場施工臨時轉運設置在地下室頂板上，道路寬度為4.0 m，長度約500 m，采用裝配式混凝土路面作為臨時道路。

1.2 設計要求

1）承載能力

裝配式混凝土路面適用性廣泛，對現場的場地條件要求較低，可供50 t重車正常行駛，通過重載試驗驗證其承載能力和耐久性，且道路板單元損壞時可及時更換，確保施工道路暢通、安全可靠。

2）質量要求

工廠標準化生產的道路板單元的質量有保障，外觀平整、堅實、光潔，板塊組合規則、美觀，整體觀感效果較好。

3）道路板單元連接

板單元四周設置有連接裝置，通過連接裝置將拼裝的路面連接形成整體，達到現澆混凝土道路使用功能的效果。通過連接裝置約束道路板板邊的位移和轉動，確保拼裝的道路板不因車輛行駛等外力作用下導致錯位，且連接裝置改變了道路板受力狀態的邊界條件，提高了路面的承載能力。

1.3 設計參數

1）路面基層

路面基層為整平的自然土或堅實地基，地基承載能力特征值不小于120 kPa，其上攤鋪30～50 mm細砂墊層，整平后再鋪設防水PVC塑料布。

2）荷載工況

充分考慮施工現場特點，需滿足施工現場大型車輛（如混凝土罐車、鋼筋運輸車、混凝土構件運輸平板車等）通行要求。依據《公路橋涵設計通用規范》JTG D60-2015 規定，載重50 t 汽車荷載后軸豎向荷載標準值為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足多次周轉使用（周轉次數不少于10 次）的要求，達到節能環保的目標。綜合考慮使用要求、使用壽命和經濟適用性，混凝土強度等級采用C30，受力鋼筋采用HRB400 鋼筋。

4）道路板單元厚度

運用有限元分析軟件建立道路板受荷有限元計算模型，基層采用溫克勒地基模型模擬地基反力，分析計算不同板厚在荷載作用下的應力和內力，在滿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

經統計臨時施工行車道路寬度一般為4～6 m，綜合考慮臨時道路板使用功能、轉運、吊裝等因素，研究發現其平面尺寸為2 m×3 m 具合理的經濟實用價值。預埋螺紋套筒用于臨時道路板吊裝轉運并兼顧板單元間的橫向連接作用，其特點是安全、方便、可靠。

1.4 配筋計算

依據國家現行規范標準，采用最不利荷載工況組合，經計算得出，板跨中正彎荷載效應值為32 kN·m，板邊正彎荷載效應值為55 kN·m（見圖1）。依據荷載效應進行配筋計算，內配14@150/200 雙層雙向鋼筋，邊角配置4 根直徑6 mm 放射筋見圖2。道路板單元連接裝置圖見圖3。

圖1 有限元計算彎矩設計值（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 邊角保護措施

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

圖4 道路板邊角角鋼埋件大樣圖

2 經濟效益評估

以300 m 長、4 m 寬、200 mm 厚的硬化路面為例，將可周轉使用的裝配式混凝土路面與現場一次性澆筑硬化路面進行比較分析，兩者經濟效益如下：

1）采用現場澆筑混凝土硬化路面，混凝土用量240 m3，按定額計算制作費650 元/m3(含人工機械費用)，拆除破碎和運輸費60 元/m2，一次性發生費總計240×650+1 200×60=22.8萬元。

2）采用裝配式混凝土路面（道路板單元2 m×3 m×0.2 m），按定額計算單塊道路板的制作費1 800 元/塊，成本攤銷均按5 次，每塊為1 800÷5=360 元/塊；預制件每次吊裝、拆除和運輸費為300元/塊，則可周轉使用混凝土預制板道路的成本為200×(360+300)=13.2萬元。

實際節約臨時設施成本費為22.8萬元-13.2萬元=9.6萬元，一次性可降低臨時設施成本40.8%。

3 社會效益分析

3.1 建筑垃圾減量

以300 m 長、4 m 寬、200 mm 厚的硬化路面為例，按現場臨時道路采用混凝土硬化1 200 m2測算，其混凝土用量為0.2×1 200=240 m3；若按每個施工現場使用一次臨時道路板1 200 m2，周轉5 次計算，每周轉一次可周轉使用臨時道路板，可一次性減少建筑垃圾排放240 m3，若按周轉5 次后結束道路板的使用壽命，則總計可減少建筑垃圾排放1 200 m3。

3.2 減少CO2排放量

我國水泥生產以煤為主能源結構，按現有水泥生產工藝水平計算，每生產或使用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，因而每個施工現場的臨時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5 次后結束道路板使用壽命，則總計可減排292.5 tCO2。

3.3 綜合社會效益

裝配式混凝土路面通過裝配的方式安裝成型，項目結束后道路板單元可拆卸回收并周轉至下一個項目，減少資源的浪費，有利于施工企業降低成本、縮短施工周期。道路板單元生產制作單位還可以基于該產品開發租賃業務。

4 結語

通過在某地鐵工程項目的實施應用，裝配式混凝土路面解決了項目臨時道路需現澆混凝土的問題，有效控制了該項目材料成本、人工成本，合理減少了該項目工期、減少了施工過程中的安全隱患、減少了施工廢棄物的產生及對環境的影響，與傳統現澆路面相比現場文明施工程度更高。綜上，裝配式混凝土路面具有良好的應用前景。