裝配式箱型通道在高速公路建設中的應用

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，預制裝配式施工具有工程進度快、施工方便、預制構(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，在工程建設設計階段，鄂咸高速公路公司和設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)實際應用，驗證了裝配式箱型通道在湖北高速公路建設項目應用的可行性。

1 裝配式箱型通道簡述

裝配式箱型通道從結(jié)構(gòu)斷面形式上由預制立墻、預制蓋板和現(xiàn)澆底板等三部分組成。底板下設置混凝土基層和砂礫墊層。預制蓋板直接安裝在預制立墻頂部，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，預制蓋板、預制立墻等受力構(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，當斜交角小于等于20°時，可采用斜交正做的方式，全涵采用預制結(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制，現(xiàn)場拼裝的施工方案立墻標準節(jié)段按2m、3m預制，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)件預制與安裝

2.1 側(cè)墻預制

在專門設計的鋼筋模架上綁扎鋼筋骨架，綁扎時應考慮預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，保證位置準確。

預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。

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

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

2.2 蓋板預制

在專門設計的鋼筋模架上綁扎鋼筋骨架，綁扎時應考慮預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，保證位置準確。

預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。

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

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

2.3 預制件的運輸及安裝

①安裝流程見圖2。

圖2 裝配式箱型通道工藝流程圖

②預制構(gòu)件制作齡期達到7天以上，混凝土強度達到設計強度90%以上方可進行預制構(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好的定位線就位，對兩側(cè)立墻位置和相對距離進行復核后，再將預制蓋板緩慢蓋在兩側(cè)立墻頂上。當整道箱型通道的兩側(cè)立墻、預制蓋板安裝完成后，應對結(jié)構(gòu)位置、長度、斷面形狀、線形等進行檢測達到設計和規(guī)范要求后，及時綁扎和焊接底板鋼筋與立墻基礎預埋鋼筋連接，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

設置施工縫、沉降縫的道數(shù)、縫寬和位置按設計圖紙進行施工。箱型通道施工縫分為縱縫和橫縫，前者為預制立墻與蓋板的接縫，后者為預制立墻的節(jié)段縫和蓋板間的拼接縫。每6m設沉降縫一道，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。沉降縫設置要求上下垂直、貫通。沉降縫填塞前，縫內(nèi)應清掃干凈，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)本工程設計采用的鋼材型號和水泥混凝土標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，總體工程量也相應地減少，其中水泥混凝土用量減少，鋼筋用量增大。說明預制結(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制，不需要通過遠距離運輸模板和工器具設備；使用次數(shù)高，模板和設備攤銷費用低。裝配式箱型通道僅需要建設一處混凝土拌合場站，并就近建設預制工廠集中預制，可以減少混凝土拌和站和預制工廠建設費用。現(xiàn)澆箱型通道的模板和工器具設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、蓋板分標準段模塊化預制，裝配式箱型通道只需做好基坑開挖和基礎墊層澆筑即可，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。在箱型通道預制期間同時進行現(xiàn)場基坑開挖和澆筑基礎墊層混凝土，并對基坑進行相應的整理，當箱型通道強度達到設計要求后，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墊層后，經(jīng)過鋼筋綁扎、模板搭設、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成本，可以找到工期與投資的平衡點，使得工程建設成本降到最低，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制工廠內(nèi)機械化生產(chǎn)，嚴格控制原材料、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，整個預制構(gòu)件都處于嚴格的控制狀態(tài)，保障了預制構(gòu)件整體的質(zhì)量。此外，鋼筋通過工廠綁扎焊接，鋼筋間距能夠達到要求、力學性能好，從而使整體結(jié)構(gòu)性能得以保證。通過自動化、標準化的方式進行質(zhì)量管控，其結(jié)構(gòu)尺寸更為精準，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到100%合格，遠遠高于傳統(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、雷擊等風險。工廠預制生產(chǎn)條件好，施工過程能夠有效控制，能夠保證預制構(gòu)件的總體質(zhì)量。而采用現(xiàn)澆箱型通道，當基坑開挖后，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制工廠中進行生產(chǎn)，且預制工廠大部分遠離市中心，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，減少箱型通道預制和養(yǎng)護時間，加快了施工進度，不僅降低了工程建設對自然環(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)件在預制工廠預制完成后運送到現(xiàn)場進行拼裝，改善了現(xiàn)澆箱型通道施工技術的不足，節(jié)省了工程建設成本，是箱型通道施工的新方向，在技術和經(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計和施工全產(chǎn)業(yè)化的規(guī)范化、標準化，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準化施工建設過程中必然能夠得到廣范應用。