仉 荃,王世舉
(中交一航局第一工程有限公司,天津 300456)
雄安新區(qū)環(huán)市民服務(wù)中心臨時(shí)道路位于容城容東片區(qū),由橫一、縱一、縱二組成,其中,橫一路長(zhǎng)457 m、寬8 m,縱一路長(zhǎng)633 m、寬12 m,縱二路長(zhǎng)549 m、寬8 m。
本文介紹綠色可循環(huán)裝配式道路面板在此工程中的應(yīng)用,以期為今后雄安新區(qū)的建設(shè)提供借鑒。
預(yù)制面板標(biāo)準(zhǔn)尺寸為4 m×2 m×0.28 m,混凝土強(qiáng)度等級(jí) C40,鋼筋采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)片,直徑14 mm,角部設(shè)置4根放射加強(qiáng)筋,鋼筋直徑16 mm,鋼筋等級(jí)均為HRB400,保護(hù)層最小厚度35 mm。
圖1 臨時(shí)道路結(jié)構(gòu)斷面
圖2 面板結(jié)構(gòu)
裝配式道路預(yù)制面板選用直螺栓連接。所謂直螺栓形式連接是指面板與面板間通過預(yù)埋螺栓及預(yù)留槽進(jìn)行連接形成整體,保證裝配式道路整體性。直徑30 mm的預(yù)埋螺栓,間距1 m,錨固長(zhǎng)度500 mm。
圖3 面板連接示意
1)汽車和面板自重荷載計(jì)算
汽車及面板自重:平板牽引車自重32 t,平板掛車滿載重100 t,合計(jì)132 t;預(yù)制面板采用C40混凝土澆筑,長(zhǎng)4 m,寬2 m,厚0.28 m,按6 t計(jì)算。
經(jīng)Robot計(jì)算表明,聯(lián)鎖板長(zhǎng)邊邊沿受到的豎向力總和F豎長(zhǎng)為302.50 kN,短邊邊沿受到的豎向力總和F豎短為63.55 kN。
圖4 有限元計(jì)算結(jié)果
2)汽車制動(dòng)荷載計(jì)算
平板車最大速度為 60 km/h,緊急制動(dòng)距離70 m。
汽車緊急制動(dòng)時(shí),連鎖板單邊受的總拉力F螺栓依據(jù)公式:
F總=F滑+F螺栓
式中:F總為平板車對(duì)路面的總制動(dòng)力;F滑為道路連鎖板對(duì)平板車的滑動(dòng)摩擦力;F螺栓為單邊螺栓承受的總拉力值。
L=1/2at2
v=at
F總=ma
m取設(shè)計(jì)平板牽引車自重32 t,平板掛車滿載重100 t,合計(jì)132 t。
F滑=uN
u取0.35,N取牽引車頭自重及預(yù)制面板自重32 t,計(jì)算得:F滑=94.27 kN,F(xiàn)螺栓=163.67 kN。
3)受力形式
假定汽車行駛方向垂直于聯(lián)鎖塊長(zhǎng)邊,突然緊急制動(dòng),則直螺栓受力形式(僅考慮搭接連接):
短邊螺栓水平受剪——由汽車緊急制動(dòng)產(chǎn)生;
長(zhǎng)、短邊螺栓豎向受剪——由汽車自重及道路聯(lián)鎖板自重產(chǎn)生。
4)受力結(jié)果
依據(jù)《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS 151-2011),取荷載分項(xiàng)系數(shù)為 1.4,不均勻系數(shù)1.35,考慮本工程為臨時(shí)性工程,安全等級(jí)為三級(jí),取安全系數(shù)為0.9,計(jì)算如表1。
表1 受力計(jì)算
5)直螺栓核算
a.直螺栓抗剪計(jì)算
依據(jù)Nvb=nv(πd2/4)fvb(Nvb為普通螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值,N;nv為受剪面數(shù)目,取1;d為螺栓直徑,mm;fvb為螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取320 N/mm2),公式計(jì)算如表2。
表2 直螺栓抗剪計(jì)算
結(jié)果表明,直螺栓選用直徑30 mm鋼筋,滿足要求。
b.直螺栓錨固長(zhǎng)度計(jì)算
依據(jù)F剪抵=0.77×b×fc×L(F剪抵為混凝土抗剪力;b為抗剪鍵寬度,按矩形截面考慮,則b=30/1.414=21.21 mm;fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,按C40取19.1 N/mm2;L為錨固長(zhǎng)度,mm),公式計(jì)算如表3。
表3 直螺栓錨固長(zhǎng)度計(jì)算
結(jié)果表明,直螺栓錨固長(zhǎng)度為 500 mm,滿足要求。
裝配式道路預(yù)制面板采用“四點(diǎn)吊”工藝,吊點(diǎn)選用圓頭吊釘,吊釘使用配套橡膠球與模板固定,吊具選用鴨嘴扣吊具。該種工藝不僅吊點(diǎn)外觀美觀、吊裝安全系數(shù)高,而且在施工過程中掛扣方式簡(jiǎn)單,施工效率高。
裝配式道路預(yù)制面采用“翻面預(yù)制”工藝,考慮面板預(yù)制完成后需進(jìn)行翻面,分別于面板底面設(shè)置4個(gè)脫模吊點(diǎn),面板側(cè)面安裝2個(gè)翻面吊點(diǎn),面板地面設(shè)置4個(gè)安裝吊點(diǎn)。
1)面板模板施工
裝配式道路面板模板采取蹲底預(yù)制工藝。模板為定型鋼模板,由四片側(cè)模和一片底模組成,模板側(cè)模與側(cè)模使用螺栓連接,側(cè)模與底模使用磁盒連接。模板拼裝前要清理模板表面的雜物和灰渣,同時(shí)用角磨機(jī)打磨,保證模板表面光潔無銹并均勻涂刷脫模劑,模板拼裝之前利用清掃臺(tái)對(duì)模板進(jìn)行清理,之后可進(jìn)行模板拼裝,拼裝過程中要避免脫模劑污染鋼筋。
2)面板鋼筋施工
裝配式道路面板鋼筋由雙層雙向鋼筋網(wǎng)片組成,鋼筋網(wǎng)片于加工場(chǎng)地由人工進(jìn)行綁扎,然后整體搬運(yùn)至模板內(nèi)進(jìn)行安裝。
鋼筋綁扎使用限位架控制鋼筋間距,綁扎鉛絲要牢固,剩余鉛絲需剪掉,防止伸入混凝土保護(hù)層。鋼筋網(wǎng)片安裝使用高強(qiáng)度塑料墊塊來控制鋼筋保護(hù)層厚度,鋼筋骨架底部墊塊相間隔1 m梅花形布置,側(cè)面墊塊上下2塊組成一組,每組間距1 m進(jìn)行布置。
3)面板混凝土施工
裝配式道路面板混凝土澆筑,由混凝土運(yùn)輸罐將混凝土倒入布料機(jī)中,移動(dòng)布料機(jī)至模板正上方后,然后進(jìn)行混凝土澆筑。
混凝土振搗采用人工振搗,模板邊緣處使用Ф50插入式振搗器進(jìn)行人工振搗,振搗順序從近模板處開始,先外后內(nèi),移動(dòng)距離不大于550 mm,振搗器至模板的距離不大于150 mm,并盡量避免碰撞模板和鋼筋。
混凝土抹面,首先使用鋁合金刮杠將混凝土面刮平,然后使用塑料抹子進(jìn)行抹面,最后使用鐵抹子抹面,抹面次數(shù)不少于3次,抹面過程中禁止灑水。
4)面板蒸養(yǎng)施工
裝配式道路面板養(yǎng)護(hù)選用蒸汽養(yǎng)護(hù)?;炷翝仓瓿珊螅瑯?gòu)件表面鋪設(shè)塑料,使用升降機(jī)整體放置到蒸養(yǎng)槽內(nèi)進(jìn)行蒸養(yǎng)。
蒸養(yǎng)流程為:靜放4小時(shí)(池外靜放)→靜放2小時(shí)(20~25 ℃)→升溫 2小時(shí)→恒溫 2小時(shí)(50~55 ℃)→降溫2小時(shí)。
裝配式道路面板由汽車吊進(jìn)行安裝。安裝時(shí),汽車吊將面板吊運(yùn)至安裝位置上方,由人工進(jìn)行位置調(diào)整,待正位后落鉤完成安裝。若安裝完成后對(duì)面板進(jìn)行位置調(diào)整,需重新對(duì)砂墊層進(jìn)行整平。
面板安裝縫寬5 mm,面板間采用橡膠條柔性連接,膠條設(shè)置在板側(cè)上方,尺寸5 mm×50 mm,每100 m設(shè)置一個(gè)結(jié)構(gòu)縫,采用Ω型橡膠條,面板與面板間安裝需緊密,面板縫采用砂漿進(jìn)行填充。
圖5 板縫處理
最后使用壓路機(jī)進(jìn)行面板壓實(shí),碾壓時(shí),第一遍沿單塊面板中心進(jìn)行低速碾壓,第二遍碾壓時(shí)全斷面依次碾壓,碾壓過程中,禁止大幅度轉(zhuǎn)變方向及掉頭,全程采用靜碾壓。
以本工程為例,根據(jù)雄安地區(qū)建筑市場(chǎng)進(jìn)行綠色可循環(huán)裝配式道路與現(xiàn)澆道路進(jìn)行比較分析,兩者經(jīng)濟(jì)效益如下:
1)采用現(xiàn)澆道路。從混凝土、鋼筋、場(chǎng)內(nèi)攤銷、路面拆除及固廢處理等方面進(jìn)行考慮,現(xiàn)澆道路成本約512元/m2。
2)采用綠色可循環(huán)裝配式道路。從混凝土、鋼筋、吊點(diǎn)、場(chǎng)內(nèi)攤銷、運(yùn)輸、安拆等方面進(jìn)行考慮,裝配式道路預(yù)制一次攤銷成本約710元/m2,一次性安拆成本137元/m2,綜合847元/m2。
根據(jù)上述對(duì)比,裝配式道路一次攤銷成本高于現(xiàn)澆道路,但裝配式路面可周轉(zhuǎn)使用,綜合單價(jià)低于現(xiàn)澆混凝土路面。
1)建筑垃圾減量
裝配式鋪面的生產(chǎn)全部在專業(yè)預(yù)制廠生產(chǎn),從混凝土的制備到構(gòu)件養(yǎng)護(hù)成型,全部流水線施工,粉塵及噪聲污染全部降到最低。路基及鋪面均可在回收再利用,實(shí)現(xiàn)“零建筑垃圾”。
2)減少CO2量排放
我國(guó)主要以煤為主能源生產(chǎn)水泥,1 t水泥綜合能耗約120 kg標(biāo)準(zhǔn)煤,向大氣排放CO2氣體接近0.75 t。每澆筑1 m3混凝土須要0.325 t水泥,因而每個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)使用一次可重復(fù)使用臨時(shí)道路板,其一次性可以減少 CO2的排放量為 0.325×375×0.75=91.4 t,假定周轉(zhuǎn)4次后結(jié)束道路板使用壽命,則總計(jì)可減排CO2的量為365.6 t。
綠色可循環(huán)裝配式鋪面能實(shí)現(xiàn)專業(yè)流水線生產(chǎn)、專業(yè)設(shè)備安裝,可周轉(zhuǎn)多個(gè)工程使用,減少建筑資源的浪費(fèi),有利于降低降低成本、縮短施工周期,為相關(guān)專業(yè)化行業(yè)或公司的建立提供了良好契機(jī)。
考慮雄安新區(qū)裝配式道路的應(yīng)用前景和市場(chǎng),我們將繼續(xù)對(duì)裝配式臨時(shí)道路施工進(jìn)行研究,重點(diǎn)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展,目前,1.0代裝配式道路面板鋪裝機(jī)已制作完成,正處于設(shè)備調(diào)試階段。
圖6 裝配式道路面板鋪裝機(jī)
雄安新區(qū)的發(fā)展,必將迎來基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大潮,而臨時(shí)道路在建筑結(jié)構(gòu)主體施工中起著非常重要的作用,直接影響到整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性以及施工進(jìn)度,與以往道路現(xiàn)澆工藝相比,裝配式道路具有在規(guī)劃未落實(shí)的情況下,可根據(jù)項(xiàng)目開發(fā)的需要,先行建設(shè);基層材料和路面結(jié)構(gòu)可重復(fù)利用,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo);建設(shè)期間環(huán)境污染少,效率高,安拆方便,在局部有損毀時(shí),可以快速恢復(fù),對(duì)交通不利影響??;面向施工期間的重型車需求,針對(duì)性強(qiáng),行駛舒適感好;可多次重復(fù)利用,有利于降低成本等優(yōu)點(diǎn),更能適應(yīng)中國(guó)新時(shí)期建設(shè)特色,確保工程建設(shè)每一工序的環(huán)保節(jié)能。