張慶洋，戴朝煒，單云輝，楊俊博

（中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

0 引言

房屋建筑工程在項(xiàng)目初期需要完成施工臨時道路的規(guī)劃和建設(shè)，一般施工臨時道路采用全現(xiàn)澆混凝土、鋼板鋪裝和預(yù)制混凝土塊鋪裝形式，而施工臨時道路實(shí)際使用年限小于 3 年，極少數(shù)成為永久道路。如果項(xiàng)目施工臨時道路完全采用現(xiàn)澆混凝土，大多臨時道路會在項(xiàng)目竣工交付后掩埋廢棄，增加了項(xiàng)目前期運(yùn)營的成本，也造成一定程度的資源浪費(fèi)。與此同時，采用高強(qiáng)高板鋪裝道面墊板往往出現(xiàn)強(qiáng)度足夠、剛度不足的情況，循環(huán)使用多次后容易翹曲變形，冬季施工過程中表面結(jié)冰或結(jié)霜造成安全隱患。

范小響等［1］開展預(yù)制混凝土道路面板的彎拉性能研究及試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)預(yù)制混凝土道路面板設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度應(yīng)不小于原路面結(jié)構(gòu)，面板尺寸宜為 2.5 m×2.5 m，板間可采用環(huán)氧砂漿、碎石等塞縫，并用 TST 改性瀝青粘結(jié)料密封。趙軍軍［2］考慮混凝土厚度、路面基層類型、模量等參數(shù)對預(yù)制混凝土道路面板結(jié)構(gòu)性能的影響。劉強(qiáng)等［3］率先采用裝配式臨時施工道路板運(yùn)用到亞信聯(lián)創(chuàng)全球總部研發(fā)中心工程中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。王國盤等［4］對重車荷載下預(yù)制混凝土塊路面受力分析，研究發(fā)現(xiàn)以 C20 普通混凝土材料制備的鋼框混凝土塊體易在重車荷載下?lián)p壞，受路基壓實(shí)度影響較大。李林等［5］開展了 FRP 路面板構(gòu)件研究。方海等［6］采用高強(qiáng)玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)來制備快速搶修路面墊板，經(jīng)過受力分析和野外現(xiàn)場車載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)路面墊板受力可靠、機(jī)動性強(qiáng)、適應(yīng)各類惡劣場地土條件。向雅賢［7］采用鋼纖維混凝土對裝配式綠色道路路面板開展研究，發(fā)現(xiàn)裝配式鋼纖維路面能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

本文對房建項(xiàng)目施工現(xiàn)場臨時道路進(jìn)行研究，通過對裝配式鋼纖維混凝土道面和格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面進(jìn)行比較，開展了施工現(xiàn)場臨時道路的制備工藝、施工工藝和社會經(jīng)濟(jì)效益等研究。

1 制備工藝

1.1 原材料

裝配式鋼纖維混凝土道面采用水泥、粉煤灰、砂、粗集料、鋼纖維和高效聚羧酸減水劑制備而成，其中考慮到道面板在吊裝過程中受彎拉應(yīng)力較大，摻入鋼纖維來增加韌性。采用先干后濕的攪拌工藝，首先將水泥、砂子和石子干拌，在攪拌過程中均勻投入鋼纖維，攪拌過程為 1 min，然后加入水和減水劑，攪拌時間為 2 min，保證鋼纖維沒有出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，最后澆筑入模，其制備過程如圖 1 所示。

圖1 裝配式鋼纖維混凝土道面制備工藝

格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面由芯材、樹脂、纖維布 3 種材質(zhì)組成［8］。其中芯材材質(zhì)可為 Balsa 木、泡桐木、杉木、橡木、膠合板；纖維布材質(zhì)可為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或雜交纖維布；樹脂材質(zhì)可為不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，采用真空導(dǎo)入成型工藝制造。

1.2 制備過程

1.2.1 裝配式鋼纖維混凝土道面

對于預(yù)制混凝土道面板，可能在運(yùn)輸?shù)跹b過程中異常受力損壞，同時為提高其使用壽命、可周轉(zhuǎn)率和裝配效率，采用鋼纖維混凝土和配筋設(shè)計(jì)方案來實(shí)現(xiàn)。配筋應(yīng)遵循以下原則：短跨和長跨方向鋼筋直徑相同，避免應(yīng)力集中出現(xiàn)，其中短跨方向鋼筋置于長跨鋼筋上層，截面受力更合理；可采用φ20＠200，保護(hù)層厚度30 mm；可采用規(guī)格為 30 mm×30 mm×3 mm 角鋼作為道面板護(hù)角，預(yù)埋在混凝土道面板上，如圖 2 所示。

圖2 裝配式鋼纖維混凝土道面配筋設(shè)計(jì)（單位：mm）

調(diào)查分析工地實(shí)際常規(guī)車輛通行需求，以三軸混凝土泵車、渣土車和全掛車為例，載重及尺寸參數(shù)如表 1 所示，發(fā)現(xiàn)工地常規(guī)通行車輛軸距均超過 1.2 m，輪間距均＜ 2.5 m。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)號 JTG D40－2011《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》、道面板受力分析和運(yùn)輸裝配效率，預(yù)制混凝土道面板尺寸宜為 3.75 m×1 m。

表1 工地常規(guī)通行車輛載重及尺寸

雖然建設(shè)工程施工臨時道路使用年限較短，一般在 1～3 年，但是考慮到預(yù)制道路面板重復(fù)利用，將交通等級設(shè)計(jì)為重交通。通過采用彎拉強(qiáng)度更高、彈性模量更高的鋼纖維混凝土，校核其荷載疲勞應(yīng)力、溫度疲勞應(yīng)力、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)等參數(shù)，設(shè)計(jì)裝配式鋼纖維混凝土道面板厚度為 180 mm。

1.2.2 格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面

格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面墊板主要承受彎曲荷載，由芯材、面板、防滑層和腹板 4 個部分組成［9］，如圖 3 所示，其中面板承擔(dān)拉力和壓力，芯材承擔(dān)剪切力?？紤]到道面墊板的受力與造價，芯材采用國產(chǎn)泡桐木，樹脂采用乙烯基酯樹脂，纖維布采用強(qiáng)度高、延伸率大，彈性模量較低、造價較低的玻璃纖維。

圖3 格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面制備工藝

面板由芯材上下表面纖維布和樹脂固化形成，并在面板上表面設(shè)置由金剛砂和樹脂混合的防滑層；腹板由芯材側(cè)面纖維布和樹脂固化形成；道面板邊緣區(qū)域設(shè)計(jì)特殊構(gòu)造連接，采用金屬螺栓插銷連接。

2 施工工藝分析

傳統(tǒng)預(yù)制裝配式路面在實(shí)際運(yùn)用中易出現(xiàn)板底脫空斷裂破壞、路面平整度差［10］、自重造成的運(yùn)輸?shù)跹b難度較大等問題，大大影響了裝配式路面的施工質(zhì)量和使用效果。

2.1 裝配式鋼纖維混凝土道面

1）高韌性鋼纖維混凝土。隨著行車荷載的增加，道面板可能會出現(xiàn)塑性變形過大、混凝土應(yīng)力過大，造成板底脫空和斷裂破壞。為保證道面具有足夠的抗彎拉強(qiáng)度、耐久性、抗滑等性能，采用動彈性模量更高、韌性更好的鋼纖維混凝土。為保證道面板板塊精度和批量加工效率，采用鋼模澆筑，并在道面板上表面刻槽，增大行車摩阻力。

2）路面平整度控制。設(shè)置標(biāo)高基準(zhǔn)線，清除基層松散破碎的材料后，壓實(shí)路基，提高路基頂面回彈模量，為道面提供穩(wěn)定的支撐。路基設(shè)置大于 2 % 的橫向坡度，并合理設(shè)置截水溝、排水溝等排水設(shè)施。為減少路基的不均勻沉降問題，一方面可適當(dāng)選擇在基層頂面鋪設(shè) 30～50 mm 砂墊層，壓實(shí)填平；另一方面可適當(dāng)采用塑料土工格柵均勻、平整地鋪設(shè)在基層底部和側(cè)面，利用 U 型釘或插釘來固定。

3）道面板拼縫設(shè)計(jì)。道面板尺寸為 3.75 m×1 m×0.18 m，自重約 1 687 kg，在長跨方向設(shè)計(jì) 6 個吊鉤，對稱三等分布置，滿足運(yùn)輸、吊裝及裝配需求。考慮到預(yù)埋吊鉤直接和土壤、空氣、水接觸，而道面板需循環(huán)多次使用。普通鋼材耐腐蝕性能較差，難以滿足耐久性需求，可采用抗腐蝕性極好、強(qiáng)度更高、延性較好、價格合適的 GFRP- 鋼筋復(fù)合筋。在裝配式鋼纖維混凝土道面板設(shè)計(jì)采用直徑為 8 mm 的 GFRP- 鋼筋復(fù)合筋（玻璃纖維、樹脂和內(nèi)芯鋼筋組成）［11］，其物理力學(xué)性能如圖 4 所示。

圖4 GFRP-鋼筋復(fù)合筋的物理力學(xué)性能

在裝配過程中，道面板裝配過程中遵循以下原則：短邊密拼，長邊間隔 100 mm 裝配；在條帶空隙區(qū)域上層澆筑 50 mm 厚的高延性水泥基復(fù)合材料（ECC）［12，13］，可適當(dāng)在條帶間隙長度方向通長配置φ6 鋼筋（見圖 5）；在條帶空隙下層鋪設(shè) 130 mm 厚砂墊層，壓實(shí)。既能滿足裝配式路面的吊裝需求、隱藏吊鉤位置、拆卸方便、循環(huán)使用，又能在一定程度上實(shí)現(xiàn)弧形施工道路、坡道等特殊情況。

圖5 裝配式鋼纖維混凝土的裝配簡圖（單位：mm）

2.2 格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面

1）力學(xué)性能優(yōu)異的 GFRP 復(fù)合材料。道面板強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)、韌性好，即使在松軟土質(zhì)下，也能滿足 15 t 輪載。GFRP 材料耐久性、抗疲勞性較好，可反復(fù)拆裝、多次循環(huán)使用。質(zhì)量極輕，板重 22 kg/m2，尺寸為 3.75 m×1 m×0.3 m 的道面板僅 46 kg，運(yùn)輸安裝成本低，裝配效率高。

2）截面設(shè)計(jì)與插銷構(gòu)造加快裝配效率。格構(gòu)式截面設(shè)計(jì)在很大程度上保證了道面板具有良好的力學(xué)性能，并采用金屬螺栓插銷連接，如圖 6 所示。鋪設(shè)形式靈活，可拼裝成單車道、雙車道；道路形式可分為道路直線型、“T”型以及環(huán)型道路?？筛鶕?jù)工地實(shí)際需求，定制不同厚度的格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面（30、55、80 mm），可在極惡劣場地土上快速拼裝形成道路與場地，能經(jīng)受重載車輛反復(fù)碾壓，且變形可恢復(fù)、無界面剝離破壞。

圖6 格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面截面設(shè)計(jì)

3 社會與經(jīng)濟(jì)效益分析

近年來我國大力推行建筑垃圾分類、回收利用，在工程建設(shè)過程中控制建筑垃圾數(shù)量，很大程度上取決于經(jīng)濟(jì)效益和項(xiàng)目管理人員的管理水平。而裝配式臨時施工道路的推廣應(yīng)用，能夠更早地從設(shè)計(jì)和策劃階段創(chuàng)造一定的社會和經(jīng)濟(jì)效益，契合節(jié)能與環(huán)保的發(fā)展方向。

3.1 建筑垃圾輕量化

按照房屋建筑工程的中型項(xiàng)目體量，假定施工臨時道路總長 300 m，寬度為 6 m，厚度 0.2 m，混凝土用量約 360 m3。裝配式道面板設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)次數(shù)＞3 次，建筑垃圾可減少排放 1 080 m3。

3.2 臨時設(shè)施費(fèi)減量化

以中型項(xiàng)目體量為例，常規(guī)施工現(xiàn)場臨時道路通常在 300 m 以上，混凝土用量超過 360 m3，總造價超過 18 萬元。房屋建設(shè)工程的施工臨時道路一般難以二次利用，大多作為室外回填材料保留下來。通過采用租賃裝配式臨時施工道路，能夠加快項(xiàng)目進(jìn)場前的準(zhǔn)備工作，節(jié)約項(xiàng)目建安費(fèi)用。

3.3 裝配式道路集約化

隨著我國裝配式建筑的蓬勃發(fā)展，重點(diǎn)城市不斷設(shè)立新型裝配式建筑產(chǎn)業(yè)園，支持建筑部品部件生產(chǎn)企業(yè)完善品種和規(guī)格，提高裝配式建材應(yīng)用比例。對于房屋建設(shè)工程領(lǐng)域，項(xiàng)目大多在城市輻射范圍內(nèi)，裝配式鋼纖維混凝土道面能夠直接利用當(dāng)?shù)氐难b配式建筑部件加工廠來澆筑、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營，在極大程度上降低了加工難度、運(yùn)輸和維護(hù)成本等，促進(jìn)工程建設(shè)領(lǐng)域臨時施工道路的集約化管理。

4 結(jié)論

本文從制備工藝、施工工藝、社會和經(jīng)濟(jì)效益角度，對建設(shè)工程中裝配式施工道路開展研究，提出采用裝配式鋼纖維混凝土道面和格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面作為臨時施工道路，初步發(fā)現(xiàn)：

1）裝配式鋼纖維混凝土道面和格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面在受力性能上較好，理論上能解決板底脫空斷裂破壞、路面平整度差、自重造成的運(yùn)輸?shù)跹b難度較大等問題；

2）裝配式鋼纖維混凝土道面制備工藝簡單，能夠在項(xiàng)目當(dāng)?shù)匮b配式建筑加工廠制備，降低運(yùn)輸和運(yùn)營維護(hù)成本；

3）格構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料道面加工工藝成熟，輕質(zhì)高強(qiáng)，裝配效率極高，可在極惡劣場地土上快速拼裝形成道路與場地，能經(jīng)受重載車輛反復(fù)碾壓，且變形可恢復(fù)；

4）通過采用裝配式道路，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑垃圾輕量化、臨時設(shè)施費(fèi)減量化和臨時施工道路集約化發(fā)展。