【摘要】

裝配式結(jié)構(gòu)以其安全、環(huán)保、節(jié)能、高效等特點(diǎn)成為混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。以福廈高速鐵路莆田車站路堤邊坡為例，提出了一種適用于鐵路路基邊坡防護(hù)的裝配式拱形骨架施工方案，分析了裝配式拱形骨架邊坡防護(hù)的經(jīng)濟(jì)可行性，提供了從裝配單元預(yù)制和機(jī)械化安裝兩方面開展降本增效研究的建議，為后續(xù)裝配式結(jié)構(gòu)在鐵路路基邊坡防護(hù)工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供一定的參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】

高速鐵路; 路基邊坡; 裝配式拱形骨架; 經(jīng)濟(jì)可行性; 降本增效

【中圖分類號】U417.1+2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2023-05-26

［基金項(xiàng)目］中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2020K034）

［作者簡介］李棟（1991—），男，碩士，工程師，主要從事鐵路路基勘察與設(shè)計(jì)工作。

0 引言

裝配式結(jié)構(gòu)是一種以預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)體［1］。裝配式結(jié)構(gòu)是混凝土結(jié)構(gòu)的新興發(fā)展趨勢，廣泛應(yīng)用于建筑［2-3］、公路［4-5］和水利［6-7］等行業(yè)，但在鐵路路基邊坡防護(hù)領(lǐng)域尚未得到充分研究和應(yīng)用。據(jù)調(diào)研，國內(nèi)關(guān)于裝配式邊坡防護(hù)工程的文獻(xiàn)［11］主要側(cè)重于設(shè)計(jì)方案的研究，現(xiàn)場實(shí)施案例較少，對裝配式邊坡防護(hù)工程施工方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性研究不夠深入。

在此背景下，以福廈鐵路某路基工點(diǎn)為例，對路基邊坡裝配式拱形骨架的施工工藝和經(jīng)濟(jì)性開展相關(guān)研究和探討。

1 工點(diǎn)概況

福州至廈門高速鐵路莆田車站范圍DK86+801～DK86+900段路基，前接木蘭溪特大橋，后接梅山特大橋。其中DK86+801～DK86+860段路基填土高度3～6.4 m，路基邊坡采用裝配式拱形骨架護(hù)坡防護(hù)。

2 裝配式拱形骨架單元劃分

進(jìn)行裝配單元結(jié)構(gòu)劃分時，應(yīng)當(dāng)充分分析裝配式結(jié)構(gòu)的形式，同時考慮實(shí)際工程的規(guī)模與邊坡分級情況。單元結(jié)構(gòu)劃分時，將裝配單元分為標(biāo)準(zhǔn)單元和非標(biāo)準(zhǔn)單元，標(biāo)準(zhǔn)單元作為裝配式邊坡防護(hù)的主要結(jié)構(gòu)部分，結(jié)構(gòu)尺寸、重量應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)合理，便于批量生產(chǎn)且易于安裝，非標(biāo)準(zhǔn)單元的種類及數(shù)量應(yīng)盡可能少，便于簡化現(xiàn)場裝配步驟、提升現(xiàn)場施工效率。

根據(jù)以上原則，將DK86+801～+860段路堤邊坡拱形骨架護(hù)坡劃分為7種，共261塊標(biāo)準(zhǔn)單元和部分非標(biāo)準(zhǔn)單元，如圖1所示。①、②單元為拱形骨架頂鑲邊構(gòu)成部分，③④單元為拱形骨架主骨架構(gòu)成部分，⑤單元為拱形骨架拱骨架構(gòu)成部分，⑥單元為拱形骨架底鑲邊構(gòu)成部分，⑦單元為腳墻構(gòu)成部分。利用自身結(jié)構(gòu)自重，在裝配單元側(cè)面設(shè)置卯榫結(jié)構(gòu)進(jìn)行單元間連接。為方便養(yǎng)護(hù)，在路基起點(diǎn)處設(shè)1 m寬階梯形踏步，踏步設(shè)在主骨架處。

3 裝配式路堤拱形骨架護(hù)坡施工

裝配式拱形骨架采用預(yù)制場集中預(yù)制，運(yùn)輸至現(xiàn)場拼裝成型，最后現(xiàn)澆非預(yù)制段的方式施工，具體施工流程如圖2所示。

3.1 裝配單元預(yù)制

根據(jù)拱形骨架裝配單元劃分方案，按各裝配單元尺寸制作混凝土澆筑模具。為方便裝配單元吊裝，在制作模具時預(yù)留吊裝鋼筋通道，如圖3所示。

裝配單元采用C30混凝土澆筑，澆筑前對模板進(jìn)行打磨除銹處理，處理完后涂刷脫模劑。澆筑時采用自卸式布料，布料后利用插入式振搗棒振搗，人工收面?；炷脸跄蟾采w土工布和塑料薄膜保護(hù)，預(yù)制件24 h候后脫模并運(yùn)輸至噴淋車間養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不低于7天。經(jīng)噴淋養(yǎng)護(hù)車間運(yùn)出后，根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的種類進(jìn)行分區(qū)堆放養(yǎng)護(hù)，在自然養(yǎng)護(hù)堆放區(qū)曬水覆蓋養(yǎng)護(hù)7天。

3.2 邊坡平整

路基填筑完成后對路基頂面標(biāo)高、寬度等進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收完成后利用坡度尺進(jìn)行人工配合機(jī)械刷坡，刷除路基邊坡超填部分，確保坡面平整度，為后續(xù)施工提供工作面。

3.3 測量放樣

根據(jù)拱形骨架裝配單元布置圖，復(fù)測現(xiàn)場標(biāo)高，精確放樣骨架輪廓線，確定開挖溝槽位置及深度。

3.4 墻腳及邊坡開挖

根據(jù)現(xiàn)場放樣位置，采用挖機(jī)配合人工進(jìn)行腳墻和骨架單元溝槽開挖。開挖自下往上、從左至右依次進(jìn)行，開挖范圍不大于預(yù)制構(gòu)件尺寸5 cm，如圖4所示。為保證腳墻安裝時有足夠的操作空間，腳墻處開挖寬度一般比腳墻裝配單元寬50 cm。

3.5 墊層施工

路基邊坡溝槽開挖完成后，為保證預(yù)制構(gòu)件安裝平順，需對開挖溝槽底進(jìn)行找平。因預(yù)制構(gòu)件較重，砂漿墊層容易破損，現(xiàn)場采用C25混凝土作為找平層，混凝土厚度10 cm。

3.6 預(yù)制單元安裝

裝配單元出廠前，為確保構(gòu)件之間銜接緊湊，需進(jìn)行試拼裝，拼裝無誤后采用隨車吊運(yùn)輸至現(xiàn)場?，F(xiàn)場采用人工配合汽車吊的方式，由下而上的順序?qū)︻A(yù)制單元進(jìn)行安裝，具體安裝順序?yàn)椋孩摺蕖邸堋荨邸堋荨邸凇?，如圖5所示。

裝配式拱形骨架的整體受力點(diǎn)為腳墻，為防止骨架單元安裝后引起腳墻移位，導(dǎo)致骨架線性不齊，在腳墻單元安裝后，需對腳墻后基坑采用C25混凝土回填，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行拱形骨架單元的安裝，以保證拱形骨架的順暢和施工質(zhì)量。

拱形骨架底鑲邊裝配單元安裝后，主骨架非預(yù)制部分可由③號單元根據(jù)現(xiàn)場放樣情況切割或混凝土現(xiàn)澆而成。采用混凝土現(xiàn)澆時，需保證相鄰兩現(xiàn)澆單元頂邊高度一致，以保證裝配單元安裝后整體線型順暢。

3.7 踏步及非預(yù)制段現(xiàn)澆

根據(jù)現(xiàn)場放樣情況，對裝配式拱形骨架邊坡踏步及非預(yù)制單元部分立模后，采用C30混凝土現(xiàn)澆施工。現(xiàn)澆單元施工前，需對與現(xiàn)澆單元相接的裝配單元側(cè)面進(jìn)行打磨處理，并涂刷界面劑，以保證現(xiàn)澆單元和預(yù)制單元間連接牢固，提高拱形骨架護(hù)坡的整體穩(wěn)定性。

3.8 混凝土養(yǎng)護(hù)及勾縫

非預(yù)制單元現(xiàn)澆施工完成后，對混凝土進(jìn)行覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14天?；炷琉B(yǎng)護(hù)期間，采用M15水泥砂漿對各預(yù)制單元間以及預(yù)制單元與溝槽間兩側(cè)縫隙進(jìn)行填充。

實(shí)際施工時，砂漿無法在構(gòu)件側(cè)面保留，會滑落至構(gòu)件底部或卯榫連接部位，安裝極為困難。故安裝時采用1 cm厚定型卡具插入構(gòu)件之間，待所有構(gòu)件安裝調(diào)整完畢后，對構(gòu)件兩側(cè)采用竹夾板封堵，然后向縫隙灌入水泥砂漿，并采用鋼片進(jìn)行振搗密實(shí)。

4 工程經(jīng)濟(jì)性研究

裝配式路堤拱形骨架護(hù)坡實(shí)施成本主要包含裝配單元預(yù)制、運(yùn)輸和安裝三部分。結(jié)合莆田車站DK86+801～860段路基裝配式路堤拱形骨架護(hù)坡施工，對裝配式路堤拱形骨架護(hù)坡的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析和探討。

4.1 裝配單元預(yù)制費(fèi)

裝配單元預(yù)制配備勞務(wù)人員9人、5 t叉車一臺、鋼模具和小型工器具若干。據(jù)統(tǒng)計(jì)，31天累計(jì)預(yù)制134.3 m3，測算預(yù)制綜合成本為1 165.03元/m3。裝配單元預(yù)制定額明細(xì)見表1。

4.2 裝配單元運(yùn)輸費(fèi)

裝配單元運(yùn)輸配備一臺20 t隨車吊用于裝卸及運(yùn)輸，2名勞務(wù)人員和5 t叉車配合預(yù)制構(gòu)件裝卸車。運(yùn)距15.87 km，平均每天運(yùn)輸2趟，每趟運(yùn)輸5 m3，合計(jì)每天運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件10 m3，測算運(yùn)輸綜合成本為256元/m3。裝配單元運(yùn)輸定額明細(xì)見表2。

4.3 裝配單元安裝費(fèi)

施工現(xiàn)場配備人工刻槽6人、混凝土墊層澆筑6人、構(gòu)件安裝10人，徐工25 t吊車一臺。距統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場施工30天，累計(jì)完成溝槽開挖98.4 m3、墊層澆筑16.2 m3、預(yù)制構(gòu)件安

裝162 m3，測算安裝綜合成本為712.91元/圬工m3。裝配單元安裝定額明細(xì)見表3。

4.4 裝配式拱形骨架經(jīng)濟(jì)性分析

結(jié)合裝配式路堤拱形骨架單元預(yù)制、運(yùn)輸和安裝三項(xiàng)成本分析，綜合得出裝配式路堤拱形骨架護(hù)坡成本約2 133.94元/圬工m3。根據(jù)市場調(diào)研，傳統(tǒng)現(xiàn)澆式拱形骨架護(hù)坡成本約942元/圬工m3。對比分析可知，現(xiàn)階段裝配式路堤拱形骨架結(jié)構(gòu)綜合成本遠(yuǎn)高于現(xiàn)澆式路堤拱形骨架結(jié)構(gòu)。

根據(jù)現(xiàn)場施工情況分析，裝配式拱形骨架護(hù)結(jié)構(gòu)施工成本較高主要包含三方面原因。首先，裝配式路堤拱形骨架施工處于研究試驗(yàn)階段，現(xiàn)場實(shí)施段落短，裝配單元預(yù)制量少，導(dǎo)致各項(xiàng)預(yù)制成本分?jǐn)傋兇螅黄浯?，裝配單元預(yù)制廠離工地較遠(yuǎn)，運(yùn)距較長，運(yùn)輸效率低，運(yùn)輸成本高；最后，現(xiàn)場預(yù)制及安裝工藝處于摸索階段，施工組織方案不完善，預(yù)制和安裝工藝均不成熟，導(dǎo)致現(xiàn)場存在較多窩工及返工現(xiàn)象，使人工成本增加。

針對上述原因分析推測，裝配式拱形骨架結(jié)構(gòu)后期大面積推廣后，隨著預(yù)制件數(shù)量增加、預(yù)制和安裝工藝趨于成熟，其綜合成本將會大幅度降低，甚至可能低于傳統(tǒng)現(xiàn)澆式拱形骨架的綜合成本。

5 結(jié)論及建議

鑒于裝配式結(jié)構(gòu)及其施工具有安全、環(huán)保、節(jié)能、高效等特點(diǎn)，裝配式邊坡防護(hù)形式將成為鐵路路基邊坡防護(hù)工程的發(fā)展趨勢。裝配單元的劃分、預(yù)制、運(yùn)輸及安裝組織方案均是影響路基邊坡裝配式拱形骨架護(hù)坡形式綜合成本的因素。針對裝配式拱形骨架護(hù)坡工程，建議后續(xù)開展裝配單元預(yù)制和機(jī)械化安裝的專項(xiàng)試驗(yàn)和研究，提高裝配單元模具利用率，減少裝配單元預(yù)制和安裝工時，提高裝配單元預(yù)制和現(xiàn)場安裝效率，最終達(dá)到降本增效的目的。

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