装配式路面技术的研究现状

苏 凯

上海城投（集团）有限公司 上海 200210

我国装配式路面技术研究起步比较早，20世纪80年代末国内就开展了装配式水泥混凝土路面研究与应用[1]，但是相关研究与应用几乎停滞了近30年。直到近几年，在国家和地方政策的引导与鼓励下，装配式路面技术研究与应用才又焕发生机，国内学者开展了一定数量和规模的研究与应用，但是相比其他工程行业，研究与应用步伐仍偏缓慢。

本文围绕当前装配式路面技术研究主要聚焦的几个方向，即装配式道路基层板块、装配式沥青路面板块、装配式水泥混凝土路面板块以及板块处理等，进行了简要的梳理与分析，以期为同行业开展研究提供借鉴。

1 装配式基层研究与分析

预制板块铺筑基层的质量控制难度非常高，影响指标多，如板块、长度、连接方式及铺设工艺等，若处理不当，则会严重影响基层结构的强度、耐久和抗裂等性能。

1.1 板块长度影响最大竖向应变

运用Abaqus有限元分析软件研究板块边长、厚度、弹性模量对基层底部力学行为的影响，结果表明预制基层板块的长度宜在1.4～1.5 m之间。因为在这一长度范围内，基层结构底部的最大值竖向应变位于最小值范围内，厚度和弹性模量对基底最大竖向应变值的影响较小[2]。

1.2 处理板块连接会提高耐久性

无论是否在装配式基层板块之间设置连接装置或浇筑砂浆[3]，装配式基层结构均能满足板底最大竖向应变和最大水平拉应力要求，但是在装配式基层板块接缝之间填筑自流平水泥基砂浆材料，填缝材料的力学性能、耐久性和抗冻性不仅满足实际工程要求，而且还会提高装配式基层板块的耐久性；设置凹凸相嵌合连接，使得板底的最大竖向应变减小，而且可以增强装配式基层的协同工作能力。

1.3 设置土工格栅防止反射裂缝

通过工程实践论证，在装配式基层板块安装前，除了按规定做好表土清理、松铺厚度与材料控制、路堤压实等施工外，在基层板块底部满铺呈五面包裹状的双向拉力土工格栅[4-5]，可有效分散应力，预防反射裂缝产生。

2 装配式水泥混凝土路面板块研究与分析

2.1 板块制作研究

采用传统现场或场外预制水泥混凝土路面预制板块工艺，不但成熟，而且简单。但传统工艺存在板块自重大、成本高、安装平整度不易控制等缺点，因此相关研究人员探索采用了次轻混凝土、预应力混凝土制作水泥混凝土板块。采用陶粒替代50%粗集料制作次轻混凝土，可降低板块表观密度10%以上；将预应力工艺引入板块制作，在承载力不变的条件下，可使板块厚度减少30%～60%[6-7]。精细控制预制板块的模板刚度与模板设置，可有效提高预制板块的精度，将安装后水泥混凝土路面板块的高度、底面平整度、侧面平整度等偏差控制在2 mm以内。

2.2 板块接缝处理研究

混凝土路面预制板块接缝主要承担着传递剪力的任务，其处理效果直接关系着面板的抗破坏性和耐久性。

1）接缝宽度控制：将接缝宽度控制在8～12 mm[8]，在板块间增加横向连接钢筋并填入可融化柔性材料，不仅可以提高接缝传递荷载的能力，还可增强其抗裂性能。

2）接缝形式：不带企口和预留企口是2种常见的路面板块拼接方式。不带企口的拼接方式虽然成本低、操作方便，但容易破损、耐久性差、平整度控制难度高，而带企口的拼接效果好、平整度高、荷载传递能力强，尤其当跨矢比选择合适时，如跨矢比为3.5时，圆形企口缝的传递荷载能力最好，可有效防止因接缝早期破坏而产生反射裂缝损坏路面[9]。

3 装配式沥青路面板块研究与分析

沥青路面材料整体强度和刚度远低于水泥混凝土材料，应用其预制与安装路面板块的难度要远高于水泥混凝土材料，故近年来关于应用装配式板块铺筑沥青路面的研究较少。近几年的研究主要是针对气候条件较恶劣地区的道路快速施工与维修，如西北干旱缺水地区、西北沙漠地区。2019年，在内蒙古连霍高速公路玉门段的公路养护工程中，实施了“预制装配式常温改性沥青路面”的试验段，实现了对损坏厚度不超过10 mm路面病害的快速维修。

装配式沥青路面研究的内容主要涉及板块预制和基层底板选择。利用Abaqus有限元分析软件建模，经分析后发现，当采用厚2 mm的玻璃钢板作为基层时，其弹性模量高达70 GPa[10]，能够适应西北地区昼夜温差大的特殊气候环境，且在这种基层上铺设的沥青面层板发生反射裂缝的概率非常低。将长度、宽度和厚度范围分别为5～20 m、1～20 m和0.44～1.20 mm的预制沥青混凝土板块与镀锌铁板通过乳化沥青连接，可以作为沙漠地区沥青路面快速养护的新选择[11]。

4 复合装配式路面板块研究与分析

为降低临时道路建设成本，提高施工效率，适应环境，研究人员探索采用了树脂纤维复合板、钢板等铺筑道路路面的施工工艺。树脂纤维复合板具有力学性能好、承载力大、质量轻、安装拆卸方便和可调色等优点，适用于人行路面、轻载路面和重载路面等不同交通工况[12]，循环利用超过15 a（周转利用5次），而水泥混凝土板块仅可周转2～3次。将厚度为20 mm的钢板加工成尺寸为3 000 mm×1 000 mm和6 000 mm×2 000 mm的标准件，然后铺筑于碎石道砟基层上，不仅实现了快速施工工程便道的目的，而且经济，无裂缝产生，重复使用性强[13]。

5 结语

通过调研、梳理与分析近年来国内装配式路面研究情况，可得出以下几点结论：

1）道路基层应用装配式板块研究较为细致且深入。在道路基层应用装配式板块研究方向，相关研究内容已不再局限于板块制作材料与安装施工工艺，而是深入到板块基底处理、板块尺寸、板块接缝方式等方面。

2）装配式水泥混凝土路面板块研究聚焦于减重与接缝处理。由于水泥混凝土路面预制板块制作与安装施工工艺已相当成熟，近年来国内学者将研究重心放在次新混凝土、预应力混凝土等方面，希望实现降低路面板块的质量、减少材料用量、提高安装施工效率和便捷度等目标。此外，对于常见的由接缝所导致的板块破损问题，也通过研究找到了解决办法，如增加横向连接钢筋、控制缝宽、控制矢跨比、做成圆形企口缝等。

3）装配式沥青路面板块研究尚处于初期阶段。装配式沥青路面板块研究工作主要针对环境气候严苛地区的沥青路面的快速维修展开，且尚处于应用初期阶段。装配式沥青路面板块研究的广度、深度均有非常大的研究空间。

4）复合装配式路面板块是装配式路面研究的新亮点。采用树脂纤维复合板、钢板等材料制成装配式路面板块，为装配式路面板块技术的研究与应用提供了新的思路，有助于开发出重复周转率更高、制作安装更简便、环境适应能力更强的装配式路面技术。

总之，随着城市化建设不断加速，以及人们对城市基础设施服务水平要求的不断提高，装配式路面技术的重要性将日益显现。显然，以目前国内关于装配式路面技术的研究水平，尚不足以支撑起未来市场的需要，装配式路面技术仍有广阔的研究空间。