装配式箱型通道在高速公路建设中的应用

0 引言

在高速公路施工中，为满足沿线出行和水系流通的要求，需要设置通道、涵洞等小型构造物，由于小型构造物数量较多，传统现浇箱涵由于受地形条件限制，往往施工进度缓慢。与传统现浇施工相比，预制装配式施工具有工程进度快、施工方便、预制构件的质量容易得到保证且对周围环境影响小等优点。在鄂咸高速公路开工建设前装配式箱型通道在湖北省高速公路项目上尚无使用，在工程建设设计阶段，鄂咸高速公路公司和设计单位先后到湖南省考察已建成和在建的装配式箱型通道，到安徽省考察已建成和在建的装配式管型通道。通过对装配式箱型通道、装配式管型通道和现浇箱型通道进行方案比选最终确定全线小型构造物采用装配式箱型通道结构模式。目前，装配式箱型通道在鄂咸高速已经实际应用，验证了装配式箱型通道在湖北高速公路建设项目应用的可行性。

1 装配式箱型通道简述

装配式箱型通道从结构断面形式上由预制立墙、预制盖板和现浇底板等三部分组成。底板下设置混凝土基层和砂砾垫层。预制盖板直接安装在预制立墙顶部，施工安装更为便捷。同时，箱型通道的空间利用效率更高，在上部车辆荷载、自身重力和填土压力作用下，预制盖板、预制立墙等受力构件类似于简支结构的受力状态以弯压状态为主，充分发挥结构的承载优势。对于斜交箱型通道，当斜交角小于等于20°时，可采用斜交正做的方式，全涵采用预制结构。对于梯形箱型通道，尺寸、重量满足吊装、运输要求时采用集中预制，现场拼装的施工方案立墙标准节段按2m、3m预制，斜交箱型通道端部立墙长度按大于1m小于3m控制。整体结构如图1所示。

图1 装配式箱型通道断面结构图

2 构件预制与安装

2.1 侧墙预制

在专门设计的钢筋模架上绑扎钢筋骨架，绑扎时应考虑预留拱度和焊接变形等因素。钢筋的交叉点用钢丝绑扎结实，亦可用电焊焊接。除设计特殊规定外，构件中的主筋与箍筋垂直，下层钢筋和侧面均按要求设置垫块，以保证钢筋有足够的保护层。垫块与钢筋扎紧，并相互错开。非焊接钢筋骨架的多层钢筋之间，用短钢筋支垫，保证位置准确。

预制立墙模板为钢模板，要求具有足够和持续的刚度、精度、平顺度和光洁度。在模板和钢筋验收合格后进行混凝土浇筑。每块预制侧墙在拆模后采用土工布覆盖结构物水平顶面及侧面并养护，养护期间保持覆盖物湿润。

预制立墙强度达到设计强度90%以后可调离台座堆放在预制件存储区。为便于安装，均集中堆放每个构造物的预制件，用红色油漆在侧面标记桩号、使用部位和预制时间。

为满足预制立墙的运输和安装需要，在预制侧墙的顶面和底测面上设置安装吊环，吊环的钢筋为HPB300（Ⅰ级），其截面控制应力不大于65MPa，吊环设置按设计图纸安放制作。

2.2 盖板预制

在专门设计的钢筋模架上绑扎钢筋骨架，绑扎时应考虑预留拱度和焊接变形等因素。钢筋的交叉点用钢丝绑扎结实，亦可用电焊焊接。除设计特殊规定外，构件中的主筋与箍筋垂直，下层钢筋和侧面均按要求设置垫块，以保证钢筋有足够的保护层。垫块与钢筋扎紧，并相互错开。非焊接钢筋骨架的多层钢筋之间，用短钢筋支垫，保证位置准确。

预制盖板模板为钢模板，要求具有足够和持续的刚度、精度、平顺度和光洁度。在模板和钢筋验收合格后进行混凝土浇筑。每块预制盖板在拆模后采用土工布覆盖结构物水平顶面及侧面并养护，养护期间保持覆盖物湿润。

预制盖板强度达到设计强度90%以后可调离台座堆放在预制件存储区。为便于安装，集中堆放每个构造物的预制件，用红色油漆在侧面标记桩号、使用部位和预制时间。

为满足预制盖板的运输和安装需要，在预制盖板上设置安装吊环，吊环的钢筋为HPB300（Ⅰ级），其截面控制应力不大于65MPa，吊环设置按设计图纸安放制作，吊环宜设置在距板边缘1/4处。

2.3 预制件的运输及安装

①安装流程见图2。

图2 装配式箱型通道工艺流程图

②预制构件制作龄期达到7天以上，混凝土强度达到设计强度90%以上方可进行预制构件起吊码堆，待现场具备安装条件后即可进行现场安装。为避免出现混凝土构件边角破损和较大的变形，运输起吊应借助专用托架和吊具。

在安装前进行立墙和盖板的整体试装，制定完善的结构稳定和定位方案，用于指导现场构件的拼装施工。构件和节段的安装顺序和位置按照由高处向低处的顺序安装，不得混淆。吊装采取先两侧立墙、后盖板的顺序吊装，即先将左右立墙按标好的定位线就位，对两侧立墙位置和相对距离进行复核后，再将预制盖板缓慢盖在两侧立墙顶上。当整道箱型通道的两侧立墙、预制盖板安装完成后，应对结构位置、长度、断面形状、线形等进行检测达到设计和规范要求后，及时绑扎和焊接底板钢筋与立墙基础预埋钢筋连接，验收合格后尽快完成底板混凝土浇筑，防止构件产生位移和变形。

2.4 接缝及防水处理

设置施工缝、沉降缝的道数、缝宽和位置按设计图纸进行施工。箱型通道施工缝分为纵缝和横缝，前者为预制立墙与盖板的接缝，后者为预制立墙的节段缝和盖板间的拼接缝。每6m设沉降缝一道，并与立墙节段施工缝一致，与箱型通道中心线垂直。在立墙顶垫两层油毛毡，盖板安装后压实。立墙、盖板节段缝以及整体沉降缝内填充沥青麻絮。沉降缝设置要求上下垂直、贯通。沉降缝填塞前，缝内应清扫干净，保持干燥，不得有积水和杂物。缝端面必须方正、整齐，基础和涵身上下不得交错，紧密填实嵌塞物。外通道外表面立墙、盖板处以节段缝和沉降缝位置为中心处铺设宽1m的防水卷材，缝两侧各50cm宽；防水卷材为SBS弹性体改性沥青卷材，卷材铺贴完毕后，必须对搭接部位、端部及卷材收头部位进行密封处理。外层防水措施为在箱通盖板和立墙的外表面均匀涂抹三层热沥青，每层厚度为1-1.5mm。

3 推广效益分析

3．1 经济效益

3．1.1工程造价低

根据本工程设计采用的钢材型号和水泥混凝土标号以及目前钢材和水泥混凝土的市场价格，可大约估计本项目中混凝土和钢材的平均价格分别为：钢材3900元/t；混凝土420元/m3。

据此计算现浇箱型通道与装配式箱型通道的工程造价分别见表1和表2。

表1 现浇箱型通道材料用量及造价

表2 装配式箱型通道材料用量及造价

由表1、表2可见，相比现浇钢筋混凝土箱型通道，装配式钢筋混凝土箱型通道预制结构的结构厚度均有所降低，总体工程量也相应地减少，其中水泥混凝土用量减少，钢筋用量增大。说明预制结构的结构尺寸相比现浇混凝土结构有了一定的优化，虽然钢筋的用量较预制结构稍多一些，但总的造价要比现浇混凝土结构低，见表3。

表3 现浇箱型通道与装配式箱型通道每延米的造价对比

同时由于建造方式的区别，装配式箱型通道采用工厂化预制，不需要通过远距离运输模板和工器具设备；使用次数高，模板和设备摊销费用低。装配式箱型通道仅需要建设一处混凝土拌合场站，并就近建设预制工厂集中预制，可以减少混凝土拌和站和预制工厂建设费用。现浇箱型通道的模板和工器具设备因需要运送到各箱型通道现场使用，使用次数少，摊销费用高，同样的高速公路沿线需要建设多处混凝土拌和场站，才能满足现场浇筑箱型通道浇筑混凝土的需要。经过对比，装配式箱型通的经济优势得到了很大的体现。

3．1.2施工工期短

装配式箱型通道工艺采用集中预制、集中施工来确保工程质量和工期，根据立墙、盖板尺寸在模板加工厂统一定制一批组合钢模板，把立墙、盖板分标准段模块化预制，装配式箱型通道只需做好基坑开挖和基础垫层浇筑即可，箱型通道组装和防水处理一般在2-3天之内即可完成，相较于传统现浇从模板架设到砼浇筑养护，周期在25天以上，有效缩短工期，加快工程进度。在箱型通道预制期间同时进行现场基坑开挖和浇筑基础垫层混凝土，并对基坑进行相应的整理，当箱型通道强度达到设计要求后，直接吊入基坑安装位置安装，提高了生产效率。而现浇箱型通道在现场必须先浇筑基筑混凝土基础垫层后，经过钢筋绑扎、模板搭设、混凝土浇筑、模板拆除、混凝土养护等阶段，施工周期长。另外，在冬季施工中温度较低，混凝土养护条件差，强度上升慢，施工质量难以保证。在雨季施工中，由于雨天时间长，施工道路不通畅，易受基坑垮塌、地表下沉等不利因素的影响，施工时间将会进一步增长。因此现浇箱型通道受天气及地质条件影响较大。所以从资金使用情况来看，工期的缩短能大大降低工程建设成本，可以找到工期与投资的平衡点，使得工程建设成本降到最低，效益最大化。

3．2 社会效益

3.2.1 结构质量好

装配式箱型通道利用先进的生产工艺和精密的模具在预制工厂内机械化生产，严格控制原材料、半成品以及成品的试验检测，在混凝土拌和、成型过程都有相应的试验检测手段，有完善的质量管理体系和保障体系进行监督，整个预制构件都处于严格的控制状态，保障了预制构件整体的质量。此外，钢筋通过工厂绑扎焊接，钢筋间距能够达到要求、力学性能好，从而使整体结构性能得以保证。通过自动化、标准化的方式进行质量管控，其结构尺寸更为精准，安装便捷。通过与湖北省内同期现浇箱型通道的构件尺寸及钢筋间距的合格率回弹强度、保护层厚度和装配式箱型通道构件相比，装配式通道的上述检验项目均达到100%合格，远远高于传统箱型通道，有效保证了通道的质量。而现浇箱型通道由于现场施工条件差，钢筋绑扎、焊接牢固性差，难以把握骨架钢筋的准确度，只能采用振动成型浇筑混凝土，不容易控制原材料质量，易造成混凝土产生分层、离析现象，甚至由于养生不及时局部产生不密实，造成混凝土强度低，抗渗性差，影响箱型通道使用性能和使用寿命。

3.2.2 安全隐患少

由于装配式箱型通道在预制工厂内生产，施工机械化程度相对较高，场内施工用电通过线槽避免线路外露有效连接，减少了安全隐患。人身安全保障度高，可降低中暑、高空作业、物体坠落与打击、雷击等风险。工厂预制生产条件好，施工过程能够有效控制，能够保证预制构件的总体质量。而采用现浇箱型通道，当基坑开挖后，施工作业时间较长，若长期下雨甚至地下渗水，需要防止雨水浸泡、冲刷、造成基坑垮塌。

3.2.3 环境影响小

装配式箱型通道在预制工厂中进行生产，且预制工厂大部分远离市中心，产生的噪音、粉尘都有治理措施，提升了周边环境质量。高度的机械化、自动化生产条件，使得工人的劳动强度降低。在施工现场，只需提前开挖基坑、浇筑混凝土垫层即可，减少箱型通道预制和养护时间，加快了施工进度，不仅降低了工程建设对自然环境的破坏，也减少了对社会环境的危害。而现浇箱型通道需要在现场进行开挖基坑、搭设模板、混凝土拌和浇筑、拆模、混凝土养护等程序，现场容易产生大量的建筑垃圾，对环境和社会带来很大的影响。通过对比，装配式箱型通道可以减少建筑垃圾约60%，符合我国现行的节能环保政策。

4 结语

装配式箱型通道将立墙、盖板等构件在预制工厂预制完成后运送到现场进行拼装，改善了现浇箱型通道施工技术的不足，节省了工程建设成本，是箱型通道施工的新方向，在技术和经济上是个明显的创新。装配式箱型通道具有经济效益高和施工周期短、施工质量好，减少对周边环境的影响等诸多优势，可形成装配式箱型通道设计和施工全产业化的规范化、标准化，能够产生较大的经济效益和社会效益，在今后的高速公路标准化施工建设过程中必然能够得到广范应用。