适应恶劣环境下的建筑工程装配式临时施工道路研究

张庆洋，戴朝炜，单云辉，杨俊博

（中建八局第二建设有限公司，山东 济南 250014）

0 引言

房屋建筑工程在项目初期需要完成施工临时道路的规划和建设，一般施工临时道路采用全现浇混凝土、钢板铺装和预制混凝土块铺装形式，而施工临时道路实际使用年限小于 3 年，极少数成为永久道路。如果项目施工临时道路完全采用现浇混凝土，大多临时道路会在项目竣工交付后掩埋废弃，增加了项目前期运营的成本，也造成一定程度的资源浪费。与此同时，采用高强高板铺装道面垫板往往出现强度足够、刚度不足的情况，循环使用多次后容易翘曲变形，冬季施工过程中表面结冰或结霜造成安全隐患。

范小响等［1］开展预制混凝土道路面板的弯拉性能研究及试验，研究发现预制混凝土道路面板设计弯拉强度应不小于原路面结构，面板尺寸宜为 2.5 m×2.5 m，板间可采用环氧砂浆、碎石等塞缝，并用 TST 改性沥青粘结料密封。赵军军［2］考虑混凝土厚度、路面基层类型、模量等参数对预制混凝土道路面板结构性能的影响。刘强等［3］率先采用装配式临时施工道路板运用到亚信联创全球总部研发中心工程中，取得了较好的经济和社会效益。王国盘等［4］对重车荷载下预制混凝土块路面受力分析，研究发现以 C20 普通混凝土材料制备的钢框混凝土块体易在重车荷载下损坏，受路基压实度影响较大。李林等［5］开展了 FRP 路面板构件研究。方海等［6］采用高强玻纤增强复合材料夹层结构来制备快速抢修路面垫板，经过受力分析和野外现场车载试验，发现路面垫板受力可靠、机动性强、适应各类恶劣场地土条件。向雅贤［7］采用钢纤维混凝土对装配式绿色道路路面板开展研究，发现装配式钢纤维路面能产生一定的经济和社会效益。

本文对房建项目施工现场临时道路进行研究，通过对装配式钢纤维混凝土道面和格构增强复合材料道面进行比较，开展了施工现场临时道路的制备工艺、施工工艺和社会经济效益等研究。

1 制备工艺

1.1 原材料

装配式钢纤维混凝土道面采用水泥、粉煤灰、砂、粗集料、钢纤维和高效聚羧酸减水剂制备而成，其中考虑到道面板在吊装过程中受弯拉应力较大，掺入钢纤维来增加韧性。采用先干后湿的搅拌工艺，首先将水泥、砂子和石子干拌，在搅拌过程中均匀投入钢纤维，搅拌过程为 1 min，然后加入水和减水剂，搅拌时间为 2 min，保证钢纤维没有出现结团现象，最后浇筑入模，其制备过程如图 1 所示。

图1 装配式钢纤维混凝土道面制备工艺

格构增强复合材料道面由芯材、树脂、纤维布 3 种材质组成［8］。其中芯材材质可为 Balsa 木、泡桐木、杉木、橡木、胶合板；纤维布材质可为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或杂交纤维布；树脂材质可为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂，采用真空导入成型工艺制造。

1.2 制备过程

1.2.1 装配式钢纤维混凝土道面

对于预制混凝土道面板，可能在运输吊装过程中异常受力损坏，同时为提高其使用寿命、可周转率和装配效率，采用钢纤维混凝土和配筋设计方案来实现。配筋应遵循以下原则：短跨和长跨方向钢筋直径相同，避免应力集中出现，其中短跨方向钢筋置于长跨钢筋上层，截面受力更合理；可采用φ20＠200，保护层厚度30 mm；可采用规格为 30 mm×30 mm×3 mm 角钢作为道面板护角，预埋在混凝土道面板上，如图 2 所示。

图2 装配式钢纤维混凝土道面配筋设计（单位：mm）

调查分析工地实际常规车辆通行需求，以三轴混凝土泵车、渣土车和全挂车为例，载重及尺寸参数如表 1 所示，发现工地常规通行车辆轴距均超过 1.2 m，轮间距均＜ 2.5 m。结合标准号 JTG D40－2011《公路水泥混凝土路面设计规范》、道面板受力分析和运输装配效率，预制混凝土道面板尺寸宜为 3.75 m×1 m。

表1 工地常规通行车辆载重及尺寸

虽然建设工程施工临时道路使用年限较短，一般在 1～3 年，但是考虑到预制道路面板重复利用，将交通等级设计为重交通。通过采用弯拉强度更高、弹性模量更高的钢纤维混凝土，校核其荷载疲劳应力、温度疲劳应力、结构极限状态等参数，设计装配式钢纤维混凝土道面板厚度为 180 mm。

1.2.2 格构增强复合材料道面

格构增强复合材料道面垫板主要承受弯曲荷载，由芯材、面板、防滑层和腹板 4 个部分组成［9］，如图 3 所示，其中面板承担拉力和压力，芯材承担剪切力。考虑到道面垫板的受力与造价，芯材采用国产泡桐木，树脂采用乙烯基酯树脂，纤维布采用强度高、延伸率大，弹性模量较低、造价较低的玻璃纤维。

图3 格构增强复合材料道面制备工艺

面板由芯材上下表面纤维布和树脂固化形成，并在面板上表面设置由金刚砂和树脂混合的防滑层；腹板由芯材侧面纤维布和树脂固化形成；道面板边缘区域设计特殊构造连接，采用金属螺栓插销连接。

2 施工工艺分析

传统预制装配式路面在实际运用中易出现板底脱空断裂破坏、路面平整度差［10］、自重造成的运输吊装难度较大等问题，大大影响了装配式路面的施工质量和使用效果。

2.1 装配式钢纤维混凝土道面

1）高韧性钢纤维混凝土。随着行车荷载的增加，道面板可能会出现塑性变形过大、混凝土应力过大，造成板底脱空和断裂破坏。为保证道面具有足够的抗弯拉强度、耐久性、抗滑等性能，采用动弹性模量更高、韧性更好的钢纤维混凝土。为保证道面板板块精度和批量加工效率，采用钢模浇筑，并在道面板上表面刻槽，增大行车摩阻力。

2）路面平整度控制。设置标高基准线，清除基层松散破碎的材料后，压实路基，提高路基顶面回弹模量，为道面提供稳定的支撑。路基设置大于 2 % 的横向坡度，并合理设置截水沟、排水沟等排水设施。为减少路基的不均匀沉降问题，一方面可适当选择在基层顶面铺设 30～50 mm 砂垫层，压实填平；另一方面可适当采用塑料土工格栅均匀、平整地铺设在基层底部和侧面，利用 U 型钉或插钉来固定。

3）道面板拼缝设计。道面板尺寸为 3.75 m×1 m×0.18 m，自重约 1 687 kg，在长跨方向设计 6 个吊钩，对称三等分布置，满足运输、吊装及装配需求。考虑到预埋吊钩直接和土壤、空气、水接触，而道面板需循环多次使用。普通钢材耐腐蚀性能较差，难以满足耐久性需求，可采用抗腐蚀性极好、强度更高、延性较好、价格合适的 GFRP- 钢筋复合筋。在装配式钢纤维混凝土道面板设计采用直径为 8 mm 的 GFRP- 钢筋复合筋（玻璃纤维、树脂和内芯钢筋组成）［11］，其物理力学性能如图 4 所示。

图4 GFRP-钢筋复合筋的物理力学性能

在装配过程中，道面板装配过程中遵循以下原则：短边密拼，长边间隔 100 mm 装配；在条带空隙区域上层浇筑 50 mm 厚的高延性水泥基复合材料（ECC）［12，13］，可适当在条带间隙长度方向通长配置φ6 钢筋（见图 5）；在条带空隙下层铺设 130 mm 厚砂垫层，压实。既能满足装配式路面的吊装需求、隐藏吊钩位置、拆卸方便、循环使用，又能在一定程度上实现弧形施工道路、坡道等特殊情况。

图5 装配式钢纤维混凝土的装配简图（单位：mm）

2.2 格构增强复合材料道面

1）力学性能优异的 GFRP 复合材料。道面板强度高、承载能力强、韧性好，即使在松软土质下，也能满足 15 t 轮载。GFRP 材料耐久性、抗疲劳性较好，可反复拆装、多次循环使用。质量极轻，板重 22 kg/m2，尺寸为 3.75 m×1 m×0.3 m 的道面板仅 46 kg，运输安装成本低，装配效率高。

2）截面设计与插销构造加快装配效率。格构式截面设计在很大程度上保证了道面板具有良好的力学性能，并采用金属螺栓插销连接，如图 6 所示。铺设形式灵活，可拼装成单车道、双车道；道路形式可分为道路直线型、“T”型以及环型道路。可根据工地实际需求，定制不同厚度的格构增强复合材料道面（30、55、80 mm），可在极恶劣场地土上快速拼装形成道路与场地，能经受重载车辆反复碾压，且变形可恢复、无界面剥离破坏。

图6 格构增强复合材料道面截面设计

3 社会与经济效益分析

近年来我国大力推行建筑垃圾分类、回收利用，在工程建设过程中控制建筑垃圾数量，很大程度上取决于经济效益和项目管理人员的管理水平。而装配式临时施工道路的推广应用，能够更早地从设计和策划阶段创造一定的社会和经济效益，契合节能与环保的发展方向。

3.1 建筑垃圾轻量化

按照房屋建筑工程的中型项目体量，假定施工临时道路总长 300 m，宽度为 6 m，厚度 0.2 m，混凝土用量约 360 m3。装配式道面板设计周转次数＞3 次，建筑垃圾可减少排放 1 080 m3。

3.2 临时设施费减量化

以中型项目体量为例，常规施工现场临时道路通常在 300 m 以上，混凝土用量超过 360 m3，总造价超过 18 万元。房屋建设工程的施工临时道路一般难以二次利用，大多作为室外回填材料保留下来。通过采用租赁装配式临时施工道路，能够加快项目进场前的准备工作，节约项目建安费用。

3.3 装配式道路集约化

随着我国装配式建筑的蓬勃发展，重点城市不断设立新型装配式建筑产业园，支持建筑部品部件生产企业完善品种和规格，提高装配式建材应用比例。对于房屋建设工程领域，项目大多在城市辐射范围内，装配式钢纤维混凝土道面能够直接利用当地的装配式建筑部件加工厂来浇筑、养护、运营，在极大程度上降低了加工难度、运输和维护成本等，促进工程建设领域临时施工道路的集约化管理。

4 结论

本文从制备工艺、施工工艺、社会和经济效益角度，对建设工程中装配式施工道路开展研究，提出采用装配式钢纤维混凝土道面和格构增强复合材料道面作为临时施工道路，初步发现：

1）装配式钢纤维混凝土道面和格构增强复合材料道面在受力性能上较好，理论上能解决板底脱空断裂破坏、路面平整度差、自重造成的运输吊装难度较大等问题；

2）装配式钢纤维混凝土道面制备工艺简单，能够在项目当地装配式建筑加工厂制备，降低运输和运营维护成本；

3）格构增强复合材料道面加工工艺成熟，轻质高强，装配效率极高，可在极恶劣场地土上快速拼装形成道路与场地，能经受重载车辆反复碾压，且变形可恢复；

4）通过采用装配式道路，能够实现建筑垃圾轻量化、临时设施费减量化和临时施工道路集约化发展。