装配化桩板式路基在绿色公路建设中的新实践

当前，公路建设资源供应逐渐进入瓶颈。无地可占、无土可用形势严峻；占地、取土代价加大；土质处理、土地复垦成本提升。传统以地和土为主体建造公路的经济性和适用性受到严重冲击。

国家推行绿色公路建设，有效提高了公路的耐久性、使用性、环保性和景观性，但这一实践绝非一蹴而就。细致的研究和具体的方法是成功的基础保证。

采用结构化的观点、工业化的模式，在规模化、系列化的水平上，实施公路的少土、无土、高效、低价建设，是应对现实挑战、响应绿色发展的合理选择。

目前，在这方面的努力多集中在传统桥梁方面，且常在标准化、系统化、模块化、装配化的水平上，与要求相差甚远。至今这一现象还未发生根本性改变。

灵感的来源

装配化桩板式路基概念，以预制管桩直接支撑钢筋混凝土面板，形成一种简洁透空的承载结构。对扩建公路， 装配化桩板式路基横向设置一排或多排预制管桩，预制梁板内侧边与原路基顶边缘，以现浇枕梁进行横向连接，形成侧边连续铰限位。对新建公路，装配化桩板式路基多跨一联，横向设置两排或多排预制管桩，整体以群墩限位或抗力墩限位。

结构为柔性体系，工作类似桥梁。以此取代传统路堤，解决发展公路交通与保护土地资源之间的矛盾。

装配化桩板式路基概念设计

技术经济效果突出

装配化桩板式路基首批应用于安徽省合宁高速公路扩建项目、合安高速公路扩建项目，产生出突出的技术经济效果。

路基无需填土，用地减少。合安高速扩建技术应用段长1.5km，扩建在原路基边坡上进行，无新增用地。

预制管桩按设计打至相应持力层，路基工后沉降问题得到根本性的改善。

预制管桩施工便于现场管理，污染及弃物少；面板预制、安装工艺简单。

对比传统常规路基，造价相当；对比软土路基，造价降低40%以上；对比传统桥梁，经济优势更为明显。

诸多问题待解

预制管桩打入

初期实践也存在诸多需要解决的问题。

1.预制管桩的快速准确打入

预制管桩如何高效并可靠地打入，一直是国内设计、施工争论的焦点。分析现行打桩方式，存在的问题有——

①按规范设定的范围选用打桩锤重，凭经验进行，缺乏选用的依据和调整的方法。

②打桩中各参数之间内在关系不明，锤击桩深和贯入度控制值的规定可执行性差。

③锤击难停的现象时常发生，成桩承载力往往难以确定。

以上这些问题，严重制约了预制管桩在公路工业化建造中的应用。

2.预制桩与梁板的快速连接

预制桩与梁板之间采用传统湿接头连接方式，临时设施多，工作量过大；采用传统槽口、齿块等其他连接方式，结构构造复杂，钢筋受损较多，预制、施工难度大， 工业化优势降低，连接效果也难以保证。

3.预制梁板的快速可靠连接

预制梁板之间的湿接缝钢筋连接一直是设计、施工中的难题。

①钢筋按规范搭接，湿接缝过宽；

②钢筋按规范焊接，工作量过大；

③采用其他连接，效果还在争议中。

4.桩板式路基整体系统设计

需要回答的问题包括：

①桩板式路基一联的合理桩距、合理长度、合理刚度、水平力分配、动力性能、抗震性能；

②桩板式路基局部破坏的影响；

③伸缩缝位置设置和功能选择；

④预制梁板的标准分类和分型；

⑤预制管桩的标准分类和选型。

改变公路路基的传统结构型式和传统建造方式，在理念变为现实的过程中，技术需要不断改进升级。

技术的改进

目前，装配化桩板式路基正在进行新一轮技术策划和实践，强化基础理论和关键技术研究，力求建立结构更完备、标准更齐全的技术体系。近期，在设计、施工技术上又取得新的发展。

1.一体化桩墩施工方法

基于力学动量定理和能量守恒定律，提出一种对公路桩板式路基一体化桩墩进行准确定量打入的方法，及更为适用的锤击贯入度计算公式。

应用于实际工程,针对不同土质的土层,计算出相应的锤击贯入度控制值,用于控制打桩，取得理想实测效果。

由此,解决了传统方法终止打桩标准乱,成桩承载力不确定的问题,推动了预制管桩在公路工业化建造中的应用。

2.预制桩与梁板的快速连接

历经对U形钢筋骨架现浇混凝土弹性连接铰、预制墩- 板快速连接结构、3种筒形剪力撑连接结构、3种十字剪力撑连接结构进行的多轮论证、研究和试验，最新发展出的多重剪力键桩、板连接装置，具有综合技术优势，正在接受新一轮测试。

在多重剪力键桩、板连接装置中，预制管桩、梁板就位后，剪力钢筋锚固于桩顶，上端套装于带肋剪力筒内；剪力螺栓上端定位于梁板内，下端挂连于剪力筒顶法兰盘底面；装置定位并封堵后，灌注填充料，形成桩、板连接。

多重剪力键桩、板连接装置

这一技术提高了梁板预制工业化程度，实现了桩、板快速连接。有限元计算和试验验证连接装置受力明确，安全可靠。连接装置也为以后的结构养护提供了便利条件。

3.带底托O形钢筋连接结构

结构由两排U形钢筋对向交叉形成O形钢筋结构，O形钢筋结构内设置多个支垫钢筋，在带底托的槽口内灌注混凝土，形成锚具式连接。

由此，改变了钢筋连接的传统模式和传力机理，实现了工厂预制构件的工地快速连接。

带底托O形钢筋连接结构

4.竖向限位伸缩缝

伸缩缝设置于支撑点外，可实现最大的连接标准化设计。

但梁板端部需设置牛腿，且两梁端可能存在不协调位移。

牛腿间设隐式支承装置，与竖向限位伸缩缝形成联合体。

竖向限位伸缩缝构件采用强度和刚度大、整体高度低的焊接型钢制造；滑动构件跨缝后套装于限位构件内，由限位构件进行导向和限位；构件套装后焊接于梁板顶预埋钢板上，形成整体结构。滑动构件兼做排污、排水槽。

这一技术具有限位和伸缩双重功能，实现了两边梁板的竖向协同变形，解决了梁端跳车问题，对悬空设置的伸缩缝具有极好的适应性。

竖向限位伸缩缝

5.标准化预制梁板节段组

包括4种节段型式、两种端部构造。节段采用标准化设计：梁板等高度，面板等厚度，湿接缝自带底托。

同时，钢筋采用模块化配筋，形式为简洁的直线或U 形。湿接缝U形筋交错布置。

由此，结构的加工和组装更简化，能更好适应工业化建造模式对结构设计的要求。

这些最新发展的技术将进一步改进结构原有型式和工作机理，改善结构工作状态和安全状态，支持结构简洁设计和轻型设计，提高结构制造精度和装配速度，提供更好的安装、检测、维修和更换条件，实现节约资源和降低造价目标。

标准化预制梁板节段组

6.模块化系统加劲结构

由抱箍和连梁组成。构件采用焊接型钢制造；抱箍分为两半圆部分，贴附于墩身设计部位后，由螺栓进行紧固，并与连梁进行连接，形成整体结构。结构具多种功能——可按模数以标准梁板加大结构跨径；按钢板组合梁模式进行自架设施工；用于对下部联合，形成结构制动墩；提高结构适应性，方便升级承载力；兼顾结构容错性，快速加固薄弱部。

由此，实现了桩板式路基的系统设计、与工业化建造桥梁的系统对接，进一步保证了桩板式路基的安全耐久性和运营维护性。

模块化系统加劲结构

工业化建造方向

安徽省的绿色公路工业化建造实践，已着手向全线绿色、工业化建造的模式发展。

绿色公路工业化建造模式

安徽省合肥—芜湖高速公路拓宽改建工程，采用最新装配化桩板式路基，解决用地难题，兼顾处理软基。

采用模块化构件，预制质量进一步改进。配套模块化的连接，安装效率进一步提高。

安徽省合肥—枞阳高速公路,落实绿色公路建造理念， 采用最新装配化桩板式路基12km，建设性用地调配平衡， 工业化建造模式升级。

我们体会到，实施绿色公路建设，离不开以标准化、系统化、模块化、信息化为特征的公路工业化建造技术。

工业化建造技术应持续改进，不断向产业化方向发展，以高质、高效的运转，发挥出集约、环保的优势。