0 引言

在高速公路施工中，為滿足沿線出行和水系流通的要求，需要設(shè)置通道、涵洞等小型構(gòu)造物，由于小型構(gòu)造物數(shù)量較多，傳統(tǒng)現(xiàn)澆箱涵由于受地形條件限制，往往施工進度緩慢。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工相比，預(yù)制裝配式施工具有工程進度快、施工方便、預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量容易得到保證且對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點。在鄂咸高速公路開工建設(shè)前裝配式箱型通道在湖北省高速公路項目上尚無使用，在工程建設(shè)設(shè)計階段，鄂咸高速公路公司和設(shè)計單位先后到湖南省考察已建成和在建的裝配式箱型通道，到安徽省考察已建成和在建的裝配式管型通道。通過對裝配式箱型通道、裝配式管型通道和現(xiàn)澆箱型通道進行方案比選最終確定全線小型構(gòu)造物采用裝配式箱型通道結(jié)構(gòu)模式。目前，裝配式箱型通道在鄂咸高速已經(jīng)實際應(yīng)用，驗證了裝配式箱型通道在湖北高速公路建設(shè)項目應(yīng)用的可行性。

1 裝配式箱型通道簡述

裝配式箱型通道從結(jié)構(gòu)斷面形式上由預(yù)制立墻、預(yù)制蓋板和現(xiàn)澆底板等三部分組成。底板下設(shè)置混凝土基層和砂礫墊層。預(yù)制蓋板直接安裝在預(yù)制立墻頂部，施工安裝更為便捷。同時，箱型通道的空間利用效率更高，在上部車輛荷載、自身重力和填土壓力作用下，預(yù)制蓋板、預(yù)制立墻等受力構(gòu)件類似于簡支結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)以彎壓狀態(tài)為主，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的承載優(yōu)勢。對于斜交箱型通道，當(dāng)斜交角小于等于20°時，可采用斜交正做的方式，全涵采用預(yù)制結(jié)構(gòu)。對于梯形箱型通道，尺寸、重量滿足吊裝、運輸要求時采用集中預(yù)制，現(xiàn)場拼裝的施工方案立墻標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段按2m、3m預(yù)制，斜交箱型通道端部立墻長度按大于1m小于3m控制。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝配式箱型通道斷面結(jié)構(gòu)圖

2 構(gòu)件預(yù)制與安裝

2.1 側(cè)墻預(yù)制

在專門設(shè)計的鋼筋模架上綁扎鋼筋骨架，綁扎時應(yīng)考慮預(yù)留拱度和焊接變形等因素。鋼筋的交叉點用鋼絲綁扎結(jié)實，亦可用電焊焊接。除設(shè)計特殊規(guī)定外，構(gòu)件中的主筋與箍筋垂直，下層鋼筋和側(cè)面均按要求設(shè)置墊塊，以保證鋼筋有足夠的保護層。墊塊與鋼筋扎緊，并相互錯開。非焊接鋼筋骨架的多層鋼筋之間，用短鋼筋支墊，保證位置準(zhǔn)確。

預(yù)制立墻模板為鋼模板，要求具有足夠和持續(xù)的剛度、精度、平順度和光潔度。在模板和鋼筋驗收合格后進行混凝土澆筑。每塊預(yù)制側(cè)墻在拆模后采用土工布覆蓋結(jié)構(gòu)物水平頂面及側(cè)面并養(yǎng)護，養(yǎng)護期間保持覆蓋物濕潤。

預(yù)制立墻強度達(dá)到設(shè)計強度90%以后可調(diào)離臺座堆放在預(yù)制件存儲區(qū)。為便于安裝，均集中堆放每個構(gòu)造物的預(yù)制件，用紅色油漆在側(cè)面標(biāo)記樁號、使用部位和預(yù)制時間。

為滿足預(yù)制立墻的運輸和安裝需要，在預(yù)制側(cè)墻的頂面和底測面上設(shè)置安裝吊環(huán)，吊環(huán)的鋼筋為HPB300（Ⅰ級），其截面控制應(yīng)力不大于65MPa，吊環(huán)設(shè)置按設(shè)計圖紙安放制作。

2.2 蓋板預(yù)制

在專門設(shè)計的鋼筋模架上綁扎鋼筋骨架，綁扎時應(yīng)考慮預(yù)留拱度和焊接變形等因素。鋼筋的交叉點用鋼絲綁扎結(jié)實，亦可用電焊焊接。除設(shè)計特殊規(guī)定外，構(gòu)件中的主筋與箍筋垂直，下層鋼筋和側(cè)面均按要求設(shè)置墊塊，以保證鋼筋有足夠的保護層。墊塊與鋼筋扎緊，并相互錯開。非焊接鋼筋骨架的多層鋼筋之間，用短鋼筋支墊，保證位置準(zhǔn)確。

預(yù)制蓋板模板為鋼模板，要求具有足夠和持續(xù)的剛度、精度、平順度和光潔度。在模板和鋼筋驗收合格后進行混凝土澆筑。每塊預(yù)制蓋板在拆模后采用土工布覆蓋結(jié)構(gòu)物水平頂面及側(cè)面并養(yǎng)護，養(yǎng)護期間保持覆蓋物濕潤。

預(yù)制蓋板強度達(dá)到設(shè)計強度90%以后可調(diào)離臺座堆放在預(yù)制件存儲區(qū)。為便于安裝，集中堆放每個構(gòu)造物的預(yù)制件，用紅色油漆在側(cè)面標(biāo)記樁號、使用部位和預(yù)制時間。

為滿足預(yù)制蓋板的運輸和安裝需要，在預(yù)制蓋板上設(shè)置安裝吊環(huán)，吊環(huán)的鋼筋為HPB300（Ⅰ級），其截面控制應(yīng)力不大于65MPa，吊環(huán)設(shè)置按設(shè)計圖紙安放制作，吊環(huán)宜設(shè)置在距板邊緣1/4處。

2.3 預(yù)制件的運輸及安裝

①安裝流程見圖2。

圖2 裝配式箱型通道工藝流程圖

②預(yù)制構(gòu)件制作齡期達(dá)到7天以上，混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度90%以上方可進行預(yù)制構(gòu)件起吊碼堆，待現(xiàn)場具備安裝條件后即可進行現(xiàn)場安裝。為避免出現(xiàn)混凝土構(gòu)件邊角破損和較大的變形，運輸起吊應(yīng)借助專用托架和吊具。

在安裝前進行立墻和蓋板的整體試裝，制定完善的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和定位方案，用于指導(dǎo)現(xiàn)場構(gòu)件的拼裝施工。構(gòu)件和節(jié)段的安裝順序和位置按照由高處向低處的順序安裝，不得混淆。吊裝采取先兩側(cè)立墻、后蓋板的順序吊裝，即先將左右立墻按標(biāo)好的定位線就位，對兩側(cè)立墻位置和相對距離進行復(fù)核后，再將預(yù)制蓋板緩慢蓋在兩側(cè)立墻頂上。當(dāng)整道箱型通道的兩側(cè)立墻、預(yù)制蓋板安裝完成后，應(yīng)對結(jié)構(gòu)位置、長度、斷面形狀、線形等進行檢測達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求后，及時綁扎和焊接底板鋼筋與立墻基礎(chǔ)預(yù)埋鋼筋連接，驗收合格后盡快完成底板混凝土澆筑，防止構(gòu)件產(chǎn)生位移和變形。

2.4 接縫及防水處理

設(shè)置施工縫、沉降縫的道數(shù)、縫寬和位置按設(shè)計圖紙進行施工。箱型通道施工縫分為縱縫和橫縫，前者為預(yù)制立墻與蓋板的接縫，后者為預(yù)制立墻的節(jié)段縫和蓋板間的拼接縫。每6m設(shè)沉降縫一道，并與立墻節(jié)段施工縫一致，與箱型通道中心線垂直。在立墻頂墊兩層油毛氈，蓋板安裝后壓實。立墻、蓋板節(jié)段縫以及整體沉降縫內(nèi)填充瀝青麻絮。沉降縫設(shè)置要求上下垂直、貫通。沉降縫填塞前，縫內(nèi)應(yīng)清掃干凈，保持干燥，不得有積水和雜物。縫端面必須方正、整齊，基礎(chǔ)和涵身上下不得交錯，緊密填實嵌塞物。外通道外表面立墻、蓋板處以節(jié)段縫和沉降縫位置為中心處鋪設(shè)寬1m的防水卷材，縫兩側(cè)各50cm寬；防水卷材為SBS彈性體改性瀝青卷材，卷材鋪貼完畢后，必須對搭接部位、端部及卷材收頭部位進行密封處理。外層防水措施為在箱通蓋板和立墻的外表面均勻涂抹三層熱瀝青，每層厚度為1-1.5mm。

3 推廣效益分析

3．1 經(jīng)濟效益

3．1.1工程造價低

根據(jù)本工程設(shè)計采用的鋼材型號和水泥混凝土標(biāo)號以及目前鋼材和水泥混凝土的市場價格，可大約估計本項目中混凝土和鋼材的平均價格分別為：鋼材3900元/t；混凝土420元/m3。

據(jù)此計算現(xiàn)澆箱型通道與裝配式箱型通道的工程造價分別見表1和表2。

表1 現(xiàn)澆箱型通道材料用量及造價

表2 裝配式箱型通道材料用量及造價

由表1、表2可見，相比現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型通道，裝配式鋼筋混凝土箱型通道預(yù)制結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)厚度均有所降低，總體工程量也相應(yīng)地減少，其中水泥混凝土用量減少，鋼筋用量增大。說明預(yù)制結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸相比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)有了一定的優(yōu)化，雖然鋼筋的用量較預(yù)制結(jié)構(gòu)稍多一些，但總的造價要比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)低，見表3。

表3 現(xiàn)澆箱型通道與裝配式箱型通道每延米的造價對比

同時由于建造方式的區(qū)別，裝配式箱型通道采用工廠化預(yù)制，不需要通過遠(yuǎn)距離運輸模板和工器具設(shè)備；使用次數(shù)高，模板和設(shè)備攤銷費用低。裝配式箱型通道僅需要建設(shè)一處混凝土拌合場站，并就近建設(shè)預(yù)制工廠集中預(yù)制，可以減少混凝土拌和站和預(yù)制工廠建設(shè)費用?，F(xiàn)澆箱型通道的模板和工器具設(shè)備因需要運送到各箱型通道現(xiàn)場使用，使用次數(shù)少，攤銷費用高，同樣的高速公路沿線需要建設(shè)多處混凝土拌和場站，才能滿足現(xiàn)場澆筑箱型通道澆筑混凝土的需要。經(jīng)過對比，裝配式箱型通的經(jīng)濟優(yōu)勢得到了很大的體現(xiàn)。

3．1.2施工工期短

裝配式箱型通道工藝采用集中預(yù)制、集中施工來確保工程質(zhì)量和工期，根據(jù)立墻、蓋板尺寸在模板加工廠統(tǒng)一定制一批組合鋼模板，把立墻、蓋板分標(biāo)準(zhǔn)段模塊化預(yù)制，裝配式箱型通道只需做好基坑開挖和基礎(chǔ)墊層澆筑即可，箱型通道組裝和防水處理一般在2-3天之內(nèi)即可完成，相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆從模板架設(shè)到砼澆筑養(yǎng)護，周期在25天以上，有效縮短工期，加快工程進度。在箱型通道預(yù)制期間同時進行現(xiàn)場基坑開挖和澆筑基礎(chǔ)墊層混凝土，并對基坑進行相應(yīng)的整理，當(dāng)箱型通道強度達(dá)到設(shè)計要求后，直接吊入基坑安裝位置安裝，提高了生產(chǎn)效率。而現(xiàn)澆箱型通道在現(xiàn)場必須先澆筑基筑混凝土基礎(chǔ)墊層后，經(jīng)過鋼筋綁扎、模板搭設(shè)、混凝土澆筑、模板拆除、混凝土養(yǎng)護等階段，施工周期長。另外，在冬季施工中溫度較低，混凝土養(yǎng)護條件差，強度上升慢，施工質(zhì)量難以保證。在雨季施工中，由于雨天時間長，施工道路不通暢，易受基坑垮塌、地表下沉等不利因素的影響，施工時間將會進一步增長。因此現(xiàn)澆箱型通道受天氣及地質(zhì)條件影響較大。所以從資金使用情況來看，工期的縮短能大大降低工程建設(shè)成本，可以找到工期與投資的平衡點，使得工程建設(shè)成本降到最低，效益最大化。

3．2 社會效益

3.2.1 結(jié)構(gòu)質(zhì)量好

裝配式箱型通道利用先進的生產(chǎn)工藝和精密的模具在預(yù)制工廠內(nèi)機械化生產(chǎn)，嚴(yán)格控制原材料、半成品以及成品的試驗檢測，在混凝土拌和、成型過程都有相應(yīng)的試驗檢測手段，有完善的質(zhì)量管理體系和保障體系進行監(jiān)督，整個預(yù)制構(gòu)件都處于嚴(yán)格的控制狀態(tài)，保障了預(yù)制構(gòu)件整體的質(zhì)量。此外，鋼筋通過工廠綁扎焊接，鋼筋間距能夠達(dá)到要求、力學(xué)性能好，從而使整體結(jié)構(gòu)性能得以保證。通過自動化、標(biāo)準(zhǔn)化的方式進行質(zhì)量管控，其結(jié)構(gòu)尺寸更為精準(zhǔn)，安裝便捷。通過與湖北省內(nèi)同期現(xiàn)澆箱型通道的構(gòu)件尺寸及鋼筋間距的合格率回彈強度、保護層厚度和裝配式箱型通道構(gòu)件相比，裝配式通道的上述檢驗項目均達(dá)到100%合格，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)箱型通道，有效保證了通道的質(zhì)量。而現(xiàn)澆箱型通道由于現(xiàn)場施工條件差，鋼筋綁扎、焊接牢固性差，難以把握骨架鋼筋的準(zhǔn)確度，只能采用振動成型澆筑混凝土，不容易控制原材料質(zhì)量，易造成混凝土產(chǎn)生分層、離析現(xiàn)象，甚至由于養(yǎng)生不及時局部產(chǎn)生不密實，造成混凝土強度低，抗?jié)B性差，影響箱型通道使用性能和使用壽命。

3.2.2 安全隱患少

由于裝配式箱型通道在預(yù)制工廠內(nèi)生產(chǎn)，施工機械化程度相對較高，場內(nèi)施工用電通過線槽避免線路外露有效連接，減少了安全隱患。人身安全保障度高，可降低中暑、高空作業(yè)、物體墜落與打擊、雷擊等風(fēng)險。工廠預(yù)制生產(chǎn)條件好，施工過程能夠有效控制，能夠保證預(yù)制構(gòu)件的總體質(zhì)量。而采用現(xiàn)澆箱型通道，當(dāng)基坑開挖后，施工作業(yè)時間較長，若長期下雨甚至地下滲水，需要防止雨水浸泡、沖刷、造成基坑垮塌。

3.2.3 環(huán)境影響小

裝配式箱型通道在預(yù)制工廠中進行生產(chǎn)，且預(yù)制工廠大部分遠(yuǎn)離市中心，產(chǎn)生的噪音、粉塵都有治理措施，提升了周邊環(huán)境質(zhì)量。高度的機械化、自動化生產(chǎn)條件，使得工人的勞動強度降低。在施工現(xiàn)場，只需提前開挖基坑、澆筑混凝土墊層即可，減少箱型通道預(yù)制和養(yǎng)護時間，加快了施工進度，不僅降低了工程建設(shè)對自然環(huán)境的破壞，也減少了對社會環(huán)境的危害。而現(xiàn)澆箱型通道需要在現(xiàn)場進行開挖基坑、搭設(shè)模板、混凝土拌和澆筑、拆模、混凝土養(yǎng)護等程序，現(xiàn)場容易產(chǎn)生大量的建筑垃圾，對環(huán)境和社會帶來很大的影響。通過對比，裝配式箱型通道可以減少建筑垃圾約60%，符合我國現(xiàn)行的節(jié)能環(huán)保政策。

4 結(jié)語

裝配式箱型通道將立墻、蓋板等構(gòu)件在預(yù)制工廠預(yù)制完成后運送到現(xiàn)場進行拼裝，改善了現(xiàn)澆箱型通道施工技術(shù)的不足，節(jié)省了工程建設(shè)成本，是箱型通道施工的新方向，在技術(shù)和經(jīng)濟上是個明顯的創(chuàng)新。裝配式箱型通道具有經(jīng)濟效益高和施工周期短、施工質(zhì)量好，減少對周邊環(huán)境的影響等諸多優(yōu)勢，可形成裝配式箱型通道設(shè)計和施工全產(chǎn)業(yè)化的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益，在今后的高速公路標(biāo)準(zhǔn)化施工建設(shè)過程中必然能夠得到廣范應(yīng)用。