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【科技進步類】二等獎：道路工程裝配式混凝土樁板結構設計與建造成套技術
2021年度中國混凝土與水泥制品協會混凝土科學技術獎已經啟動，歡迎業內企事業單位及從業人員，持續關注協會官方公眾號【混凝土科技獎】的相關信息。
2020年度中國混凝土與水泥制品協會
混凝土科學技術獎?科技進步類
獲獎項目展示
2020年度中國混凝土與水泥制品協會混凝土科學技術獎工作于2020年6月啟動，至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目61項。經過專家評審委員會的初評及終評，共計39個項目獲獎，包括一等獎2項、二等獎15項、三等獎22項，其中“科技進步類”13項、“基礎理論類”2項、“技術革新類”24項。
二等獎項目：道路工程裝配式混凝土樁板結構設計與建造成套技術
主要完成單位：安徽省交通控股集團有限公司、安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司、同濟大學
國家交通運輸部2017年開始陸續還提出了關于實施綠色公路建設的指導意見，但是，當前公路建設逐漸進入瓶頸，具體表現在：①無地可占，無土可用形勢嚴峻；②占地、取土代價加大；③土質處理、土地復墾成本提升。傳統以地和土為主體建造公路的經濟性和適用性受到嚴重沖擊。國家綠色公路建設需要更多的具體方法的問題，采用結構化的觀點、工業化的模式，在規模化、系列化的水平上，實施公路的少土、無土、高效、低價建設，是應對現實挑戰，實現綠色發展的途徑之一。
項目立足于安徽省內十三五期間新建及改擴建高速公路特點，依靠科技創新，以“施工速度快，少征地不征地，少填土不填土”為特征，完成單位設計完成“裝配式混凝土樁板結構”來解決上述難題。
樁板式道路結構，是由工廠化預制的板梁、管樁組成的框架結構體系。作為一種創新結構，相對于傳統的填土道路結構，具有剛度大，工后沉降小的特點，可用于代替3~8m高的填土道路結構拼寬。樁板式道路結構相對于傳統道路結構取消了放坡寬度，較大節省了征地面積；預制板梁、管樁可在工廠完成，現場組裝，施工速度快；在改擴建項目中樁板道路結構可取消涵洞等結構物接長，水溝等附屬設施也可繼續利用，在加快施工進度同時，充分利用既有結構，節約工程造價。
框架式裝配式混凝土樁板結構體系
1.提出了應用于道路橋梁工程的裝配式混凝土樁板結構體系，建立了考慮結構耐久性的設計方法和成套技術。
道路工程裝配式混凝土樁板式結構是由工廠化預制的橋面板、管樁通過合理的連接形成的一種考慮樁板聯合作用、板板聯合作用、新老路基聯合作用和樁基-土聯合作用的框架結構體系。通過對公路裝配化樁板式結構進行研究與設計計算，本項目創新構建出成套且成熟可靠的公路裝配化樁板式結構體系，已成功應用于改擴建道路工程和新建道路工程。耐久性是結構設計最基本的要求之一，耐久性直接影響結構的安全性和適用性，也關系到結構的實際壽命能否達到其設計使用年限要求。本項目建立了結構靜力性能、疲勞性能、抗震性能分析模型和計算方法，開展了沉降性能、構件專項養護和可更換性及橋面鋪裝新體系的專題研究，全面形成了基于耐久性的樁板式道路結構設計和成套技術。
新建公路裝配化樁板式結構體系
2.開發了適用于裝配化施工的板板連接、板樁連接構造，以及新型板式橡膠支座和型鋼伸縮縫
研發了一種適用于樁板式結構預制板連接的新型帶底托環形鋼筋連接方式。環形鋼筋搭接連接施工方便，構造要求低，施工質量易保證，相比焊接連接，更適于在本類結構中推廣應用。帶底托預制板底部弧形外伸，預制板底托作為濕接縫的底模，無需吊模，施工方便。結合新建和改擴建樁板式結構的不同特點，先后研發了彈性連接、半剛性連接、剛性連接三種樁板連接型式，并通過有限元模擬與試驗測試等方法，驗證了連接構造的安全性、耐久性。
制造研發了適用于樁板式道路結構的新型板式橡膠支座和型鋼伸縮縫，增強了附屬構造的耐久性。提出了一種預制板與老路之間的連接構造的設計，該種連接方式在老路一側將混凝土板通過墊塊搭接在老路上，墊塊下設透水混凝土和不透水素混凝土墊層，橫向通過一段現澆段與老路相連，能夠有效解決新老路基不均勻沉降、結構排水等難題，為樁板式結構推廣提供了有利保障。
新型板板連接構造和樁板連接構造
3.探明了樁板式結構樁板接頭的疲勞性能特征，建立了相應的抗疲勞評價方法。
樁板式路結構輕盈，活載所占比重較大，樁板連接接頭在往復車輛荷載作用下，可能會出現疲勞破壞問題，威脅到結構安全性。本項目采用數值模擬和試驗分析相結合的方法，建立了樁板式道路結構樁板接頭抗疲勞性能的評價方法。首先進行疲勞性能數值模擬計算，然后通過1:1足尺模型試件進行200萬次疲勞荷載加載，對數值分析結果進行驗證，能夠較為客觀的評價樁板接頭抗疲勞性能。
樁板接頭疲勞加載試驗裝置
4.研發了密實型瀝青砂與SMA組合的樁板式結構橋面鋪裝新體系。
樁板式結構橋面板濕接縫密集、平整度較差、不設置防滲調平層，對于鋪裝層粘結、防水、抗剪、防裂的要求高，本研究提出了密實型瀝青砂與SMA組合鋪裝結構，充分考慮結構的功能、受力需要以及施工便利性，提出一種密實防水、功能持久的復合結構。基于鋪裝結構設計以及材料指標研究，形成了樁板式結構鋪裝層設計方案，從材料要求、施工工藝、驗收標準等方面，整合出樁板式結構鋪裝層成套應用方案。
道路工程樁板式結構為創新結構，安徽省交通控股集團和安徽省交通規劃設計研究總院于2015年～2016年選擇合肥繞城高速公路隴西至路口段樁板式結構試驗段進行了技術研發工作。本試驗段的工程實踐創造了一種全新的公路樁板式結構，填補了全國高速公路樁板式結構設計和實踐的空白。試驗段線路中心里程為K7+066.009～K7+435.266左右幅加寬部分。該試驗段工程自2016年年底通車以來，運營情況良好。
安徽省合肥繞城高速隴西至路口段改擴建工程樁板式結構實景圖
2017年，在總結合肥繞城高速公路隴西至路口段應急工程樁板式結構試驗段經驗的基礎上，集團公司繼續在京臺高速公路方興大道至馬堰段改擴建工程中開展樁板結構推廣段研究。推廣試驗段里程樁號為合安高速2標段K1070+703～K1072+722段，推廣試驗段共長約2019m。目前該推廣段已建成通車，使用情況良好。
安徽省合安高速公路改擴建工程樁板式結構實景圖
2018年，合蕪高速公路改擴建工程所用的路基類型為新型公路拼寬樁板式結構，我公司對預制樁板式結構進行升級改進，以更加適應工業化建造的要求。2018年~2019年，G3W德州至上饒高速公路合肥至樅陽路段首次在新建高速中應用樁板式結構，合縱高速共布設樁板式結構12.986公里，為目前全國采用樁板式結構里程最長的一條新建高速公路。新建高速公路樁板式結構以打入式預制管樁直接支撐鋼筋混凝土面板，形成一種簡潔透空的承載結構。結構為柔性體系，工作類似橋梁，但損傷可控，有望成為解決發展公路交通與保護土地資源之間矛盾的理想方案。
安徽省合蕪繞城高速隴西至路口段改擴建工程樁板式結構實景圖
公路裝配化樁板式結構除了在安徽省得到應用以外，在外省市高速公路項目中也已得到應用。目前，本項目提出的公路樁板式結構體系已成功應用于江西省、廣東省、河南省、河北省、湖北省等多個省份的新建及及改擴建公路和城市道路工程，產生了顯著的示范效應以及良好的經濟和社會效益，其他省院如浙江院、河北院等也在積極研究、設計應用樁板式結構，這說明樁板式結構在全國范圍內已得到較多業主和設計單位的認可。
安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司始建于1960年，2014年整體變更為股份公司，2017年登陸資本市場，成為安徽省內第100家上市公司。公司是一家為公路、水運、市政、水利行業的建設工程提供專業技術服務的工程咨詢公司和高新技術企業。公司歷來重視科研基礎設施和人力隊伍建設，持續加大科技研發的投入，共獨自設立10個研發機構，共建3個研發機構，擁有2個科研基地。公司現有專職研發人員260左右，科研人員培訓投入每年300萬元左右，每年研發投入資金2000萬元以上。
設計總院基于交通領域標準化、裝配化建造需要，近年來在交通領域新型裝配式結構技術研究與應用方面率先開展研究，在工程設計中結合工程特點進行創新研發，先后在“體系與結構創新、構件標準化設計、工藝研究與流程再造、標準體系建立、信息管理與技術綜合”等方面，形成了系列關鍵技術，包括常規跨徑橋涵的快速化裝配技術體系、整體結構的模塊化裝配技術體系等，已成功開發裝配式鋼筋混凝土通道、裝配式T型橋墩、樁板式結構體系、鋼-混組合梁、全預制拼裝節段梁、公路高強預制墩等30余項新型裝配式結構技術，經多個權威專家或機構鑒定，總體處于國際領先或先進水平。在大力開發新技術的同時，加快新技術工程轉化和產業化運用，先后將樁板式結構體系、鋼-混組合梁等30項新型裝配式結構技術成功運用到蕪湖長江公路二橋、濟祁高速、巢無高速、合寧改擴建等重點公路工程項目中，節約投資十幾億元，引領當下交通基礎設施建設的新變革、新方向，形成安徽省特有橋梁裝配工業化建造優勢。眾多科研成果在行業內外已引起廣泛影響，吉林、湖北、青海、浙江等二十多個兄弟省份的交通主管部門和公路投資公司赴我公司考察、學習裝配工業化建造技術。
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