一、立項(xiàng)背景

　　國(guó)家交通運(yùn)輸部2017年開始陸續(xù)還提出了關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見，但是，當(dāng)前公路建設(shè)逐漸進(jìn)入瓶頸，具體表現(xiàn)在：①無(wú)地可占，無(wú)土可用形勢(shì)嚴(yán)峻；②占地、取土代價(jià)加大；③土質(zhì)處理、土地復(fù)墾成本提升。傳統(tǒng)以地和土為主體建造公路的經(jīng)濟(jì)性和適用性受到嚴(yán)重沖擊。國(guó)家綠色公路建設(shè)需要更多的具體方法的問(wèn)題，采用結(jié)構(gòu)化的觀點(diǎn)、工業(yè)化的模式，在規(guī)?；⑾盗谢乃缴?，實(shí)施公路的少土、無(wú)土、高效、低價(jià)建設(shè)，是應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，響應(yīng)綠色發(fā)展的必然選擇。

合縱高速公路新建樁板式結(jié)構(gòu)工程效果圖

　　立足于安徽省內(nèi)十三五期間新建及改擴(kuò)建高速公路特點(diǎn)，必須依靠科技創(chuàng)新，尋求一種新的道路結(jié)構(gòu)，以“施工速度快，少征地不征地，少填土不填土”為特征，來(lái)解決上述難題，“裝配式混凝土樁板結(jié)構(gòu)”正是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生。

　　樁板式道路結(jié)構(gòu)，是由工廠化預(yù)制的板梁、管樁組成的框架結(jié)構(gòu)體系。作為一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的填土道路結(jié)構(gòu)，具有剛度大，工后沉降小的特點(diǎn)，可用于代替3~8m高的填土道路結(jié)構(gòu)拼寬。樁板式道路結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)道路結(jié)構(gòu)取消了放坡寬度，較大節(jié)省了征地面積；預(yù)制板梁、管樁可在工廠完成，現(xiàn)場(chǎng)組裝，施工速度快；在改擴(kuò)建項(xiàng)目中樁板道路結(jié)構(gòu)可取消涵洞等結(jié)構(gòu)物接長(zhǎng)，水溝等附屬設(shè)施也可繼續(xù)利用，在加快施工進(jìn)度同時(shí)，充分利用既有結(jié)構(gòu)，節(jié)約工程造價(jià)。

　　目前，樁板式道路結(jié)構(gòu)已在安徽省的多條高速公路改擴(kuò)建工程中得到應(yīng)用。

樁板式道路結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)景圖

　　二、研究?jī)?nèi)容

　　1.首次系統(tǒng)性的提出了基于耐久性的樁板式道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。

　　提出了適合高速公路新建樁板式道路結(jié)構(gòu)的原型設(shè)計(jì)。針對(duì)原型設(shè)計(jì)建立了基于耐久性的樁板式道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。建立了結(jié)構(gòu)靜力性能、疲勞性能、抗震性能分析模型和計(jì)算方法。開展了沉降性能、構(gòu)件專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)和可更換性及橋面鋪裝新體系的專題研究。全面形成了系統(tǒng)性的基于耐久性的樁板式道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。

實(shí)體模型與有限元模型

　　2.國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行了針對(duì)樁板連接接頭的200萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)。

　　樁板連接接頭的的疲勞壽命，是樁板結(jié)構(gòu)疲勞性能的一個(gè)重要指標(biāo)。項(xiàng)目組創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了一套樁板接頭1:1足尺模型疲勞試驗(yàn)裝置，采用兩臺(tái)MTS疲勞作動(dòng)器循環(huán)加載，在國(guó)內(nèi)首次完成了針對(duì)樁板式道路結(jié)構(gòu)樁板連接接頭的200萬(wàn)次疲勞加載試驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)所采用的樁板接頭完全滿足疲勞性能要求。

樁板接頭疲勞試驗(yàn)足尺模型試件

　　3.研發(fā)了一系列樁板結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造及附屬構(gòu)造的新形式。

　　研發(fā)了適用于板板連接的濕接縫帶底托的o型鋼筋連接形式，無(wú)需吊模施工，極大減少了鋼筋焊接工作量，方便了施工。研發(fā)了一種包含多重剪力鍵的柱板連接裝置，并通過(guò)有限元模擬與試驗(yàn)測(cè)試等方法，驗(yàn)證了連接構(gòu)造的安全性、耐久性。研發(fā)了適用于樁板式道路結(jié)構(gòu)的新型板式橡膠支座和型鋼伸縮縫，增強(qiáng)了附屬構(gòu)造的耐久性。

新型板板連接構(gòu)造和樁板連接構(gòu)造

　　4.研發(fā)了一種樁板式道路結(jié)構(gòu)橋面鋪裝新體系。

　　本研究提出密實(shí)型瀝青砂與SMA組合鋪裝結(jié)構(gòu)，充分考慮結(jié)構(gòu)的功能、受力需要以及施工便利性，研發(fā)了一種密實(shí)防水、功能持久的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

　　三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

　　本項(xiàng)目創(chuàng)新提出了應(yīng)用于道路橋梁工程的裝配式混凝土樁板結(jié)構(gòu)體系，建立了考慮結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)方法和成套技術(shù)。開發(fā)了適用于裝配化施工的板板連接、板樁連接構(gòu)造，以及新型板式橡膠支座和型鋼伸縮縫。探明了樁板式結(jié)構(gòu)樁板接頭的疲勞性能特征，建立了相應(yīng)的抗疲勞評(píng)價(jià)方法。開發(fā)了密實(shí)型瀝青砂與 SMA 組合的樁板式結(jié)構(gòu)橋面鋪裝新體系。

　　四、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

　　道路工程裝配式混凝土樁板結(jié)構(gòu)相比較于橋梁結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)路基結(jié)構(gòu)，既具有橋梁的耐久性強(qiáng)，承載能力高的品質(zhì)，又具有傳統(tǒng)路基般的造價(jià)。道路工程裝配式混凝土樁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用大幅縮短了工期、節(jié)約了土地資源、降低了造價(jià)，同時(shí)簡(jiǎn)化了施工管理，系統(tǒng)地提高了施工質(zhì)量，集中體現(xiàn)了工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化的建設(shè)思想。

　　道路工程裝配式混凝土樁板結(jié)構(gòu)，可以替代傳統(tǒng)的路基路面筑路技術(shù)，可以改變公路路基路面的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和傳統(tǒng)建造方式，解決了我國(guó)發(fā)展公路與保護(hù)土地之間的矛盾。新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，用材和用地減少，建造快速，造價(jià)降低，能夠大力推動(dòng)綠色公路工業(yè)化建造技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　五、總結(jié)

　　本項(xiàng)目依托工程應(yīng)用，開展了道路工程裝配式混凝土樁板結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與耐久性研究，該項(xiàng)目成果已獲授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)用新型專利15項(xiàng)、發(fā)表論文4篇，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、基于耐久性的道路工程裝配式混凝土樁板結(jié)構(gòu)體系。成果在德州至上饒國(guó)家高速公路等多項(xiàng)工程中得到了應(yīng)用。本項(xiàng)目研究成果是對(duì)現(xiàn)有樁板式結(jié)構(gòu)技術(shù)研究的有效擴(kuò)充，形成了適用于樁板式道路結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，填補(bǔ)了樁板式結(jié)構(gòu)在耐久性方面研究的空白；編制的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖和設(shè)計(jì)指南為行業(yè)后續(xù)相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和理論依據(jù)；實(shí)現(xiàn)了工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化制造、裝配化施工，豐富擴(kuò)充了工業(yè)化建造技術(shù)的內(nèi)容，符合目前高速公路建設(shè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化建設(shè)技術(shù)的需求，符合當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展實(shí)際，具有良好的綜合效益和積極的社會(huì)影響，推廣應(yīng)用前景廣闊。