龙怀高速公路桥梁预制场硬化层再利用技术

秦尚进

摘要： 本文结合在建汕昆高速实况，对预制梁场硬化层再利用进行了分析，从结构受力分析、社会效益、经济效益提出如何较好的进行预制场硬化层再利用，避免了破除台座及硬化层的资源浪费。

Abstract： In this paper， the hardening layer reuse of prefabricated beam field is analyzed in this paper， and the ways for the reuse of hardening layer in prefabricated beam field are put forward from the structural stress analysis， social benefit and economic benefit， to avoid the waste of resources in the removal of pedestal and hardening layer.

关键词： 预制场硬化层；再利用；效益分析

Key words： prefabrication field hardening layer；reuse；benefit analysis

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）01-0151-03

0 引言

汕头至昆明高速公路龙川至怀集段里程范围为K2+474.166～K128+254。合同段内地处高山深谷，交通运输不便，沿线桥梁较多，桥梁预制场的设置受场地限制。考虑到施工便利、易于吊装、缩短运距，桥梁预制场通常选在路基上，同时可以减少征地和对环境的破坏。

据管理处工程部统计龙怀高速共需在路基上建设预制场21个（其中挖方区5个，填方区及挖填区16个），预制场总长度达10392m，部分预制场的宽度超过路基宽度26m。硬化层总面积达27万m2，需54000m3的混凝土硬化层以及54000m3的未筛分碎石垫层。若按照传统的方法拆除预制场硬化层，将浪费大量的人力、物力，影响工期，且拆除硬化层会造成大量弃渣，弃渣堆放不仅占用土地，也造成环境污染。为此，从保护环境、节约资源、缩短工期、减少建筑垃圾等角度出发，对将预制厂硬化层作为路面结构层再利用进行研究分析，提出桥梁预制场混凝土硬化层作为路面垫层和底基层的方案。

1 工程概况

经前期调研显示，广东省已有两条高速采用了路基上硬化层再利用方案，分别为：云浮—罗定高速与连川—怀集高速。两条高速硬化层再利用仅为经验式的再利用，没有考虑到预制场施工时的超载情况，以及再利用时作为路面结构层对硬化层的要求。但从通车运营情况来看那，目前这两条高速的硬化层再利用处的路面状况良好。这两条高速公路预制场再利用情况见表1。

2 硬化层再利用方案设计

2.1 设计方案

硬化层再利用的基本思路为：本龙怀高速项目设计文件要求路基回弹模量不得小于40MPa，所以假设填方区及挖填交汇区路基回弹模量为40MPa，挖方区路基回弹模量为80MPa。结合云罗高速、连怀高速的再利用情况虽然已通车运营但两条高速硬化层再利用仅为经验式的再利用，没有考虑到预制场施工时的超载情况。

路基回填或开挖至路基顶面设计标高以下10cm后，先铺筑20cm未筛分碎石，再采用25cm C25水泥混凝土硬化。预制场梁体预制吊装完成后，拆除台座，整平场地，20cm未筛分碎石作为路面结构层中的垫层，25cm C25水泥混凝土硬化层作为路面结构层的底基层使用，如图4与图5所示。

2.2 设计方案验算过程

①在填方区及挖填交汇区，路基回弹模量取40MPa。

在临界荷位处产生的荷载应力：？滓p=1.47×10-3r0.7hcP0.95=3.31MPa，小于C25混凝土弯拉强度3.5MPa，满足要求。

②在挖方区，路基回弹模量取80MPa。

在临界荷位处产生的荷载应力：

？滓p=1.47×10-3r0.7hcP0.94=3.02MPa

计算得到的临界荷位处产生的荷载应力为3.02MPa，小于C25混凝土弯拉强度3.5MPa，满足要求。

由上述验算可知，路基回弹模量为40MPa和80MPa情况下，硬化层临界荷位处的荷载应力均小于混凝土的弯拉强度，方案可行。

2.3 硬化层作为路面结构层验算

复合式路面结构验算包括水泥混凝土硬化层层底拉应力验算和复合式沥青路面弯沉验算以及各层层底拉应力验算。水泥混凝土硬化层层底拉应力验算时，可以采用旧水泥路面加铺沥青层的验算模型，表4 为验算时的参数取值。

2.4 水泥混凝土硬化层层底拉应力计算

利用HPDS2011软件，采用旧水泥路面加铺沥青层的验算模型，25cm厚混凝土硬化层计算结果见表5、表6。

由上表可知，复合路面硬化层的荷载疲劳应力与荷载最大应力均远小于C25混凝土的抗拉強度3.5MPa，故满足要求。

2.5 复合式沥青路面弯沉验算以及各层层底拉应力验算

利用HPDS2011软件对复合式沥青路面进行弯沉验算及各层层底拉应力验算：

①25cm厚硬化层路基回弹模量为40MPa。

基于设计弯沉值通过以下公式计算设计层厚度：

LD= 20（0.01mm）

H（4）=200mm LS=12（0.01mm）

鉴于设计层厚度 H（4）=Hmin时 LS<=LD，故判定弯沉计算完全符合设计要求。

H（4）=200mm（仅考虑弯沉）endprint

基于容许拉应力通过运算得到设计层厚度：

H（4）=200mm（第1层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第2层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第3层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第4层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第5层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第6层底面拉应力计算满足要求）

路面设计层厚度：

H（4）=200mm（仅考虑弯沉）

H（4）=200mm（同时考虑弯沉和拉应力）

②25cm厚硬化层路基回弹模量为80MPa。

基于设计弯沉值计算设计层厚度：

LD=20（0.01mm）

H（4）=200mm LS=10.4（0.01mm）

鉴于设计层厚度 H（4）=Hmin时 LS<=LD，因此判定弯沉计算完全符合设计要求。

H（4）=200mm（仅考虑弯沉）

基于容许拉应力计算设计层厚度：

H（4）=200mm（第 1 层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第 2 层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第 3 层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第 4 层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第 5 层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=200mm（第 6 层底面拉应力计算满足要求）

路面设计层厚度：

H（4）=200mm（仅考虑弯沉）

H（4）=200mm（同时考虑弯沉和拉应力）

在两种路基回弹模量情况下，计算弯沉与各层层底拉应力均满足要求。

由上述两种验算结果可知，硬化层厚度25cm下能满足作为路面结构层的要求。

3 复合式路面施工工序及要求

3.1 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。

施工过程中应加强各工序的质量控制，保证预制梁场的施工质量。

3.2 施工要求

①填方路基采用可靠的最大干密度，严格控制压路机的碾压遍数、松铺厚度。②挖方路基在进行路基开挖的同时应按设计要求开挖截水沟，搞好排水工程，做好路拱碾压至设计要求的压实度。③未筛分碎石垫层铺筑整形、精平、碾压及原材料质量严格控制。④为避免硬化场地混凝土产生不规则裂缝，防止雨水和施工用水渗入，浇筑混凝土前需将作业面洒水湿润，施工后及时切缝封缝，施工缝处建议采用沥青纤维板，表面用改性沥青封闭处理。⑤场地硬化时做好纵横向排水措施，减少场地积水。⑥不得采用爆破手段来清除预制场混凝土台座，可以将其凿除。凿除台座的过程中切忌破坏混凝土硬化层，如果不慎将硬化层损坏，必须及时修整。

4 经济社会效益分析

4.1 经济效益分析

根据业主提供的路基上建设预制梁场的统计，计算得龙怀高速全线路基上的桥梁预制场硬化层的再利用直接节省工程费用1647万元，并且每个预制场的清理作业节省了20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。表7为经济效益计算结果。

4.2 社会效益

全线可节约弃渣场地约50.63亩，农田征用面积更小，环境污染得到有效控制。同时可以减小施工周期，有利于更早的通车。

5 结语

高速公路桥梁预制场混凝土硬化层再利用技术，收到了节约工期降低工程造价、绿色环保施工的显著成效。减少了对环境的破坏，符合我国可持续发展的战略目标。值得在今后类似工程中推广应用。

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[6]徐一鸣，车竞.山区高速公路桥梁预制场硬化层的再利用技术[D].山西建筑，1009-6825（2013）15-0136-03.

[7]桥梁预制场硬化层再利用技术方案.江苏省交通规划设计院股份有限公司、华南理工大学.endprint