预制场永临结合技术在高速公路施工中的研究

预制场永临结合技术在高速公路施工中的研究

李根

中交二公局东萌工程有限公司，陕西 西安，710119

摘要   为实现桥梁预制场硬化层的再利用，以保护环境、节约建设成本和资源为宗旨，提出了桥梁预制场硬化层再利用方案，基于对硬化层结构验算，验证了方案的合理性与可行性，并对桥梁预制场硬化层再利用施工工艺及质量控制技术进行了深入研究，分析了再利用技术方案的经济社会效益。研究结果表明：在桥梁预制场施工前铺筑一层厚度为29cm的级配碎石，之后再铺筑一层25cm的C25水泥混凝土作为桥梁预制场硬化层，能够满足桥梁预制场的日常使用要求，且其作为新建道路基层的各项力学指标也满足设计要求。本研究可为类似路基桥梁预制场硬化层再利用工程提供技术参考。

关键词   道路工程；桥梁预制场；硬化层再利用；路面结构

中图分类号：U415.6;                  文献标识码：A

0 引言

在山区修建高速公路，由于地形起伏较大，需建设较多的桥梁构造物以保证路线线形及高程的合理性。桥梁梁板预制场的选址规划受地形条件、运输条件等多方面因素的影响[1]，为了满足桥梁预制场选址的基本要求，并减少占地、节约建设成本、实现资源再利用，山区高速公路桥梁预制场一般设置在路基之上。

对于设置在路基上的桥梁预制场，在该路段高速公路路面结构层施工前，会先拆除预制场台座及附属设施，并将预制场地坪水泥混凝土硬化层破碎，而后将碎裂混凝土块挖除、清理、转运，重新整平路床至设计标高，经验收合格后，再依次铺筑垫层、基层和面层[2]。这种处理措施将加大人力及机械的投入，产生的水泥混凝土废料不仅没有得到有效利用，其堆放还需要占用大量土地，对周围环境产生消极影响。因此，本文提出了桥梁预制场地坪硬化层与路面结构层永临结合方案，基于对硬化层结构验算，验证了方案的合理性与可行性，并对桥梁预制场地坪层再利用施工工艺及质量控制技术进行了深入研究，分析了预制场地坪结构层永临结合技术方案的经济社会效益。本研究可为类似路基桥梁预制场与路面结构层永临结合工程提供技术参考。

1 硬化层再利用初步方案拟定

本研究基于广西自治区平果至南宁高速公路建设项目，该项目路面设计为4cmAC-13C改性沥青混凝土表面层+6cmAC-20C改性沥青混凝土中面层+8cmAC-25C沥青混凝土下面层+1cmSBS改性沥青碎石封层+28cm5%水泥稳定碎石基层+28 cm5%水泥稳定碎石底基层+15cm级配碎石垫层。本文对桥梁预制场设计方案初步拟定为：从原路床顶面以下11cm开始加铺29cm级配碎石垫层，并进行平整、压实，而后在垫层以上铺筑25cmC25水泥混凝土作为桥梁预制场硬化层，最后进行台座施工，预制场硬化层高程严格按照路面设计高程进行控制。预制梁完成后，将台座拆除，对路基范围内桥梁预制场预留的排水沟及其他管道、沟渠等用C30水泥混凝土回填，并对硬化层表面破损处进行修补，经检验合格后将29cm级配碎石垫层及25cmC25水泥混凝土硬化层分别作为新建道路垫层和底基层使用

2 预制场地坪硬化层结构验算

2.1 验算参数取值

本研究预制场地坪与路面结构层永临结合方案，其中预制区及存梁区采用29cm级配碎石垫层+1.5cm沥青表处封层+25cmC20混凝土底基层，运梁车道路采用20cm级配碎石垫层+1.5cm沥青表处封层+34cmC20混凝土底基层作为永临结合层结构，因此可以将预制场硬化层作为水泥混凝土路面进行结构验算，根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（D40-2011）可知结构验算公式如下时（1）（2）（3）所示[3]，验算参数取值如表1所示。

混凝土面层板的截面弯曲刚度计算公式如下：

                                    （1）

式中：Dc—混凝土面层板的截面弯曲刚度（MN·m）；

Ec—混凝土面层板的弯拉弹性模量（MPa）;

hc—混凝土面层板的厚度（m）;

vc—混凝土面层板的泊松比。

板底地基当量回弹模量计算公式如下：

                                   （2）

式中：Et—板底地基当量回弹模量（MPa）;

Ex—粒料层当量回弹模量（MPa）;

E0—路床顶综合回弹模量（MPa）;

α—与粒料层厚度相关的回归系数，。

混凝土面层板临界荷位处荷载应力计算公式如下：

                            （3）

式中：r—混凝土面层板相对刚度半径（m），;

Ps—设计轴载单轴重（kN）。

表1 预制场硬化层结构验算参数

2.2 硬化层结构验算结果

根据以上计算公式及参数，分别对填方及填挖交界区（回弹模量取40MPa）、挖方区（回弹模量取80MPa）的路面结构进行验算，验算结果如表2所示。

表2 硬化层结构验算结果

根据上述结构验算结果可知，预制场分别布设在填方及填挖交界区，即路基回弹模量分别在40MPa和80MPa情况下，混凝土面层板临界荷位处荷载应力分别为3.12MPa和2.54MPa，均小于C25水泥混凝土的弯拉强度3.5MPa。因此，本研究所拟定的预制场地坪硬化层再利用方案可行。

3 硬化层施工工艺及质量控制研究

3.1 施工工艺

本研究运用预制场地坪与路面结构层结合在利用技术，将预制场建设在公路路基范围内，可实现预制场地坪的再利用。为了保证桥梁预制场的施工质量及其与新建道路的协调性，本研究采用了以下施工顺序：

路基填筑或开挖→路床验收→预制场垫层施工→预制场硬化层施工→预制场台座施工→预制梁板→预制梁板施工完毕后凿除台座→修整混凝土硬化层→混凝土硬化层验收。

3.2 施工质量控制

（1）路基施工质量控制要求

预制场建议设置在填石路基、挖石方路段。当预制场设置在填方路段时，必须保证路基的压实质量，压实度应达到96%，且应进行强夯补强压实，并在距路床顶部以下0.3m和0.8m处设2层土工格栅。以保证路基结构长期稳定，防止后期路基稳定性和不均匀沉降。

填料碾压前要控制其含水量在最佳含水量±2%范围内。 当填料含水量较低时，及时采用洒水措施，并跟踪检测含水量，直至现场填料含水量调整到最佳含水量±2%范围内。当填料含水量过大，采用推土机摊开旋耕犁翻晒的方法降低含水量，达到最佳压实含水量±2%时进行碾压，碾压采用大吨位压路机，确保压实度。

（2）级配碎石垫层施工质量控制要求

现场铺筑整形施工采用推土机和平地机联合作业，压路机压实，施工前应通过试验确定松铺系数。用推土机推平料堆，达到布料均匀一致，布料结束后即用平地机按松铺标高、横坡要求进行整形粗平，粗平过程中及时均匀洒水，使未筛分碎石含水量稍大于（增加 1%～2%）最佳含水量。压路机碾压不到位的地方，采用小型夯实机具压实。

（3）水泥混凝土硬化层施工质量控制要求

模板采用钢模板，角钢三角架支撑，立模采用“支一行、空一行”的支模形式，用水泥砂浆灰饼支垫模板，高程微小调节用薄垫片（0.5～1mm）铁片调整。模板顶面高程即为顶面设计高程。在混凝土拌和时，根据气候条件定时地测定砂、碎石骨料的含水量，必须采取措施保持骨料含水率稳定。混凝土罐车运输至现场，混凝土从搅拌机出料到卸放在铺筑现场的时间最长不超过 30min。摊铺时混合料需预留振实的沉落度一般控制在板厚的10%～15%。

4 经济与社会效益分析

本研究依托广西自治区平南高速公路No1合同段第二分部建设项目，项目全长11.847公里，路基宽度34米，共需建设桥梁近8座，需要建设1处T梁预制场。该项目预制场总面积达2.8万平方米，可节约水泥稳定碎石底基层6080立方米，根据市场价格可节约85万元。此外，还可节约预制场硬化层清理费用20万元，及弃渣征地费10万元。计算得到该建设项目T梁预制场路面结构层永临结合直接节省工程费用115万元。

并且预制场的清理作业节省了近15天工期，为减小整个工程的施工周期，提前开放交通创造了有利条件。减少了施工弃渣的产生，最大限度地利用弃渣，大大减小了对环境的破坏。另外从路面质量来看，用混凝土硬化层代替路面垫层或底基层，路面结构比较完整，有效规避了路面不均匀沉降的问题，路面结构层质量大大改善，并且经济效益十分客观。

5 结语

本文研究了预制场地坪与路面结构层永临结合技术相关问题，根据硬化层结构验算结果可知采用的永临结合方案的合理性，此外，还研究了桥梁预制场地坪硬化层的施工工艺及质量控制措施，并分析了将本研究方案应用于依托项目可获得的直接经济效益。主要结论如下：

（1）本研究采用的T梁预制场路面结构层永临结合的方案为：预制场硬化层采用29cm和20cm厚级配碎石、25cm和34cm厚C20水泥混凝土底基层，分别作为路面结构层的垫层和底基层。

（2）路基回弹模量分别为40MPa和80MPa时，硬化层荷载应力分别为3.12MPa和2.54MPa，均小于C25水泥混凝土的弯拉强度3.5MPa，验证了本研究方案的可行性。

（3）T梁预制场设置在路基上并将地坪层作为路面结构层再利用，可有效节约土地资源，减少人力、物力的投入，降低建设成本，加快工期，最大限度地保护周边环境，产生明显的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 吕志攀.高速公路桥梁预制梁场规划与相关研究[J].四川水泥,2020(11):305-306.

[2] 王敬飞,吴文亮,李明汇.高速公路桥梁预制场硬化层再利用技术研究［J］.中外公路,2018,38 ( 05 ):140-143．

[3] JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S].

作者简介：李根（1990.03-），男，汉族，重庆人，本科，工程师，研究方向：公路工程