超高韌性混凝土在赤石大橋的施工應(yīng)用研究

吳純奇 徐安東

(中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410000)

超高韌性混凝土在赤石大橋的施工應(yīng)用研究

吳純奇 徐安東

(中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410000)

汝郴高速赤石大橋?yàn)樗乃A(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，施工過(guò)程中因工人操作不當(dāng)，致6#塔郴州側(cè)部分箱梁受損，為對(duì)受損部分進(jìn)行維修加固，該維修采用超高韌性混凝土。文章以其為案例，闡述了超高韌性混凝土在赤石大橋的施工應(yīng)用，從梁面的糟化處理、梁面植筋、安裝鋼筋網(wǎng)、模板安裝、現(xiàn)澆鋪裝層和高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)等方面較詳細(xì)介紹了超高韌性混凝土的施工流程、澆筑工藝以及養(yǎng)護(hù)方法中的關(guān)鍵技術(shù)。

超高韌性混凝土；施工流程；澆筑工藝；養(yǎng)護(hù)

0 引言

超高韌性混凝土(STC)是由水泥、礦物摻合料、細(xì)集料、鋼纖維和減水劑等材料制成的干混料，加水拌合，再經(jīng)凝結(jié)硬化后形成的一種具有高抗彎強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的水泥基復(fù)合材料。與高性能混凝土(HPC)相比，超高韌性混凝土材料的顯著特點(diǎn)是強(qiáng)度高、韌性大，其特性可與金屬鋁媲美[1]。

超高韌性混凝土施工技術(shù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)的時(shí)間不長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)從事其研究與施工的單位也不多，但由于它具有凝結(jié)硬化后強(qiáng)度高、韌性大、承載能力強(qiáng)、且不易破壞等優(yōu)點(diǎn)，其在廣東省佛山市的佛陳大橋、北京北關(guān)大道跨通惠河橋、天津?yàn)I海新區(qū)海河大橋的成功運(yùn)用，得到越來(lái)越多的專家、學(xué)者、科研人員和從事設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等人員的關(guān)注和認(rèn)可。由于赤石大橋6#塔郴州側(cè)部分箱梁受損比較嚴(yán)重，使用普通的高強(qiáng)混凝土已經(jīng)達(dá)不到維修加固的目的，為使赤石大橋能安全穩(wěn)定使用并能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，采用超高韌性混凝土對(duì)其進(jìn)行維修加固得到大家的認(rèn)可。

本文以超高韌性混凝土在赤石大橋的施工應(yīng)用實(shí)例，對(duì)其在混凝土橋面的完整施工工藝進(jìn)行了探究與總結(jié)，并對(duì)部分關(guān)鍵施工要點(diǎn)提出了相應(yīng)的要求，以助于超高韌性混凝土施工質(zhì)量的提高，為今后超高韌性混凝土在混凝土橋面的施工應(yīng)用研究提供參考和借鑒。

1 工程概況

汝郴高速赤石大橋是廈門至成都國(guó)家高速公路中，湖南汝城至郴州段上的一座世界級(jí)特大型橋梁。全長(zhǎng)2272.76m,主橋?yàn)樗乃A(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨徑按165m+3×380m+165m布置,一聯(lián)全長(zhǎng)1470m。采用中塔塔梁固結(jié)，邊塔支撐的結(jié)構(gòu)受力體系，橋面總寬為28m,各塔均布設(shè)23對(duì)斜拉索，拉索按縱向扇形布置。主橋索塔最大高度約286m,橋面距離地面最大高差約182m[2]。

圖1 1/2全橋立面布置圖

赤石大橋在施工過(guò)程中因兩名工人焊接操作不當(dāng)，導(dǎo)致6#塔郴州側(cè)發(fā)生起火事故，造成9根斜拉索斷裂，斷索側(cè)橋面下降約2.15m，未斷索側(cè)橋面下降約0.95m，造成部分箱梁受損。由于箱梁受損比較嚴(yán)重，使用普通的高強(qiáng)混凝土已經(jīng)達(dá)不到維修加固的目的，為使赤石大橋能安全穩(wěn)定的使用并能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，須采用強(qiáng)度更高、性能更佳的混凝土對(duì)其進(jìn)行維修加固。采用超高韌性混凝土對(duì)其進(jìn)行維修加固須得到設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理人員的認(rèn)可。

2 橋面加固施工方案研究

超高韌性混凝土在混凝土橋面的應(yīng)用研究較少，可供參考的案例僅有鋼混橋面中的運(yùn)用。在赤石大橋橋面維修加固過(guò)程中，借鑒超高韌性混凝土在佛城大橋、北京北關(guān)大道跨通惠河橋和海河大橋的運(yùn)用的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)6#塔郴州側(cè)6R6#-20#節(jié)段箱梁頂板，STC混凝土加強(qiáng)層部分?jǐn)M采用瀝青混凝土鋪裝層的方法進(jìn)行加固?，F(xiàn)場(chǎng)由作業(yè)人員提前對(duì)梁面進(jìn)行鉆孔植筋，待次中跨合龍段施工完成，橋面涂刷水泥基滲透結(jié)晶防水涂料到滲透齡期要求后，開始6#墩郴州側(cè)6R6#-20#節(jié)段箱梁頂板鋪設(shè)5cm厚STC超高性能混凝土施工。再由專業(yè)施工技術(shù)人員提前將混凝土材料、配合比等做好試驗(yàn)、檢驗(yàn)及復(fù)核工作，擬定初始配合比進(jìn)行適配、調(diào)配及檢驗(yàn)，得出施工配合比[3]。

在對(duì)橋面鋪裝層澆筑采用左右幅兩幅澆筑，先進(jìn)行左幅鋪裝層澆筑，由6#梁段向20#梁段進(jìn)行澆筑，再進(jìn)行右幅澆筑，也是由遠(yuǎn)梁端向近梁段進(jìn)行澆筑。鋪攤范圍為6R6#-6R20#梁段，鋪攤寬度為左右幅各11m。為了保證橋面原鋪裝層和橋面優(yōu)化段鋪裝層之間勻順過(guò)渡，受損區(qū)上面層為5cm STC鋪裝層+5cm改性瀝青AMA-13，在過(guò)渡區(qū)各設(shè)置2m過(guò)渡段，采用3.5cmSTC混凝土+6.5cm改性瀝青SMA-13,如圖2～圖3所示。

圖2 STC鋪裝層示意圖

圖3 赤石大橋STC施工平面布置圖

3 超高韌性混凝土主要施工流程及要求

3.1箱梁頂板糟化處理

對(duì)赤石大橋混凝土橋面表面進(jìn)行糟化處理可以加強(qiáng)混凝土箱梁與新澆筑的STC混凝土之間的粘合力，從而使分次澆筑的混凝土形成一個(gè)整體，保證結(jié)構(gòu)的完整性。

糙化處理方式為精銑刨，在施工前人工鑿除橋面較粗糙不平的浮漿，清除表面的油漬、銹跡及雜物等，然后用清水清洗水泥混凝土箱梁頂部面板。在精銑刨時(shí)，設(shè)備兩次施工行車道之間搭接1cm～3cm,確保達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的粗糙度。防撞欄鋼筋網(wǎng)位置采用人工鑿毛。利用精銑刨對(duì)混凝土梁面的平整度進(jìn)行調(diào)整，確保STC施工前梁面平整度合格。

3.2箱梁頂板植筋

對(duì)郴州側(cè)6R6#-20#節(jié)段箱梁頂板植入抗剪栓釘，栓釘規(guī)格為Φ13×150mm，4.6級(jí)，間距為50cm，呈梅花形布置。鉆孔時(shí)，通過(guò)鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)確定主梁預(yù)應(yīng)力鋼筋及普通鋼筋的位置，如發(fā)現(xiàn)鉆孔位置與原結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋或鋼筋發(fā)生沖突，適當(dāng)移動(dòng)鋼筋位置。鉆孔孔深為115mm,孔徑比栓釘下部直徑大2mm～4mm，鉆孔結(jié)束后，及時(shí)用吹風(fēng)機(jī)清理孔道內(nèi)灰塵、碎片，使孔道保持干凈、干燥[4]。

鉆孔結(jié)束后，及時(shí)予以植筋。植筋時(shí)，由作業(yè)人員將植筋專用膠灌入至孔深2/3處，在插入栓釘至孔底，靜置至膠液干涸。

植筋的工藝流程：定位→鉆孔→清孔→栓釘處理→注膠→植筋→固化養(yǎng)護(hù)→檢驗(yàn)。

(1)定位:先按照設(shè)計(jì)圖紙中剪力釘?shù)奈恢迷跇蛎姘迳隙ㄎ唬媚€標(biāo)出其位置，再用鋼筋探測(cè)儀按照墨線位置進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有植筋位置與箱梁鋼筋發(fā)生沖突的地方，適當(dāng)調(diào)整植筋位置，并做好標(biāo)志，保證定位標(biāo)志清晰、可見(jiàn)和準(zhǔn)確。

(2)鉆孔：鉆孔宜用電錘成孔，如遇鋼筋宜調(diào)整孔位避開鋼筋。

(3)清孔：采用空壓機(jī)進(jìn)行高壓氣沖洗，保證植筋時(shí)孔內(nèi)清潔和干燥，使孔內(nèi)無(wú)灰塵、無(wú)油污、無(wú)有機(jī)雜質(zhì)。

(4)栓釘處理：主要是除銹。

(5)注膠：采用垂直孔，植筋將膠直接流、搗進(jìn)孔中即可。

(6)植筋：將處理好的鋼筋，植入灌注好結(jié)構(gòu)膠的孔內(nèi)，采用手錘擊打方式入孔，手錘擊打時(shí)，一手扶住螺栓，以保證對(duì)中并避免回彈。

(7)固化養(yǎng)護(hù):鋼筋植入定位后加以保護(hù)，防止碰撞和移位，保持3d左右，待結(jié)構(gòu)膠固化原材料后方可受力。

(8)檢驗(yàn)：植筋后3d～4d隨機(jī)抽檢，檢驗(yàn)用千斤頂、錨具、反力架組成的系統(tǒng)作拉拔試驗(yàn)。

3.3安置鋼筋網(wǎng)

梁面植筋結(jié)束后，開始鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。鋼筋型號(hào)為Φ10螺紋鋼筋，縱向鋪設(shè)長(zhǎng)度為118mm。鋪設(shè)前，在主梁頂板每隔2m平放一根Φ14mm×30mm的鋼筋作為鋼筋網(wǎng)支撐。再將縱向鋼筋按4cm一根位置放在鋼筋支撐上，再按4cm一根，將橫向鋼筋放置在縱向鋼筋上，通過(guò)扎絲將縱橫鋼筋在相交處綁扎。過(guò)渡段只鋪設(shè)縱向鋼筋，不需設(shè)置橫向鋼筋。鋼筋網(wǎng)布置圖如圖4所示。

圖4 鋼筋網(wǎng)布置圖

在鋼筋鋪設(shè)時(shí)，如遇到鋼筋位置與栓釘位置發(fā)生沖突，可適當(dāng)調(diào)整鋼筋的橫向位置[5]。由于STC材料的握裹力遠(yuǎn)大于普通混凝土，根據(jù)目前現(xiàn)有規(guī)范縱向鋼筋在搭接處采用10d搭接焊接或35d搭接綁扎。鋼筋接頭宜錯(cuò)開布置，鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時(shí)，其級(jí)別、直徑、間距、層數(shù)以及相對(duì)位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)完成后，對(duì)鋼筋搭接長(zhǎng)度、高度、間距等進(jìn)行檢查，不符合要求時(shí)，進(jìn)行局部調(diào)整。

3.4模板安裝

STC鋪攤高度為5cm,寬度為23.5cm(到兩側(cè)防撞欄內(nèi)側(cè)),由于STC澆筑梁體兩側(cè)已經(jīng)施工完防撞護(hù)欄，STC施工時(shí)橫向以完工的防撞欄為模板進(jìn)行施工，縱向用3.5cm角鋼用膨脹螺絲固定于梁面上作為端頭模板。

過(guò)渡段STC從5cm厚變?yōu)?.5cm厚時(shí)，用1.5cm×4cm的木方，設(shè)置臺(tái)階。

4 現(xiàn)澆超高韌性混凝土鋪裝層

現(xiàn)澆STC鋪裝層分為STC的拌合、運(yùn)輸與攤鋪，其中STC的拌合又分為干拌和濕拌。根據(jù)該項(xiàng)目斷面的自身特性，攤鋪方式采用分幅攤鋪，對(duì)防撞欄已做好鋼筋骨架區(qū)域，采用扔攤鋪。

4.1STC干拌

STC的原料由水泥、石英砂、核心料、鋼纖維和水組成，所有原料進(jìn)廠并檢驗(yàn)合格后，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)申報(bào)配合比。根據(jù)設(shè)計(jì)配合比，提前將水泥、石英砂、核心料、鋼纖維用STC專用干混機(jī)集中拌合成干混料，并用塑料桶裝好防潮保存?zhèn)溆??？刂芐TC專用干混設(shè)備的計(jì)量偏差小于±2%，確保拌合均勻。

4.2STC濕拌

將拌制好的STC干混料運(yùn)至濕拌場(chǎng)地，STC混凝土的加水?dāng)嚢韫ぷ髟?#墩梁面22#塊附近，由STC專用濕拌機(jī)加水濕拌，現(xiàn)場(chǎng)采用水進(jìn)行拌合。為保證用水量現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備簡(jiǎn)易水箱(容量15m3)?，F(xiàn)場(chǎng)配置3臺(tái)STC專用濕拌機(jī)，間歇式拌合，每臺(tái)設(shè)備每次拌合0.5m3?？刂扑挠?jì)量偏差小于±1%，加水濕拌3min～5min后STC拌合物呈流化，待STC流化之后繼續(xù)攪拌2min，最后成型出料。具體配合比如表1所示。

表1 STC推薦配合比

4.3STC運(yùn)輸

將攪拌成型好的STC放料至翻斗運(yùn)輸車，利用翻斗運(yùn)輸車運(yùn)送至前端攤鋪區(qū)域。

4.4STC攤鋪

鋪裝層澆筑分左右幅進(jìn)行，先進(jìn)行左幅鋪裝層澆筑，由6#梁段向20#梁段進(jìn)行，澆筑完之后立即將攤鋪設(shè)備轉(zhuǎn)送至右幅，進(jìn)行右幅澆筑，中間不停歇。左右幅各鋪攤寬度為11.8m，長(zhǎng)度為2m過(guò)渡段+118m等后STC段+2m過(guò)渡段。攤鋪采用8m寬的STC專用攤鋪機(jī)攤鋪，兩邊攤鋪設(shè)備無(wú)法涉及的部分，采用平板振動(dòng)器振搗密實(shí)，振動(dòng)梁整平，最后利用工作橋人工收面平整。

攤鋪機(jī)攤鋪過(guò)程中，確保STC料及時(shí)運(yùn)送至攤鋪機(jī)料斗中，并加強(qiáng)厚度及平整度檢測(cè)，及時(shí)調(diào)整確保攤鋪厚度及平整度合格。人工攤鋪部分，攤鋪現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)攤鋪寬度、厚度，由專人指揮均勻卸料，嚴(yán)格掌控不虧料，適當(dāng)略有富余。攤鋪?zhàn)鳂I(yè)完成后，用鋁合金直尺進(jìn)行平整度初查，確保表面平整、不缺料。STC層混凝土澆筑過(guò)程中，試驗(yàn)人員及時(shí)檢測(cè)塌落度指標(biāo)，并根據(jù)氣溫、風(fēng)速等條件隨時(shí)調(diào)整，確保攤鋪效果。另，根據(jù)規(guī)范要求制作同條件養(yǎng)護(hù)試件。

5 超高韌性混凝土養(yǎng)護(hù)

5.1STC保濕養(yǎng)護(hù)

STC養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)在混凝土澆筑完之后立即進(jìn)行，先用高壓水槍水霧噴射混凝土，再覆蓋節(jié)水保濕膜，最后澆水保濕[6]。STC養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)平面如圖5所示。

圖5 STC養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)平面

養(yǎng)護(hù)工作橋面軌道跨度為16m,兩端滾筒在100cm×10cm×10cm的方木上行走，滾筒過(guò)后取出方木繼續(xù)向前鋪設(shè)并重復(fù)使用，跟隨STC向前澆筑的工作面先進(jìn)行高壓水槍水霧噴射，再覆蓋節(jié)水保濕膜，最后澆水保濕向前增進(jìn)。

人工抹平后立即灑水并覆蓋保濕養(yǎng)生膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)膜搭接長(zhǎng)度不小于20cm,確保不能損壞攤鋪好的STC層，搭接處用砂礫覆蓋以防刮風(fēng)掀起。采用噴灑水霧和覆蓋節(jié)水保濕膜的保濕養(yǎng)護(hù)方法來(lái)確?；炷帘砻鏉駶?rùn)。

5.2STC高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)

等STC終凝后(一般為攤鋪后48h左右)揭除節(jié)水保濕膜，搭設(shè)蒸汽養(yǎng)護(hù)保溫棚。保溫棚使用帆布保溫，通過(guò)鍍鋅管支架進(jìn)行圍擋。支架中間高為50cm，兩側(cè)為20cm。保溫棚周圍宜用中砂或其它材料壓實(shí)密封，減少蒸汽的揮發(fā)和冷凝。蒸汽由蒸汽鍋爐提供，通過(guò)布置在保溫棚內(nèi)的蒸汽管道輸送蒸汽和設(shè)置在保溫棚內(nèi)的溫度、濕度傳感器進(jìn)行蒸汽量的調(diào)控。外漏的蒸汽管道包裹保溫棉以防止意外燙傷。STC高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)如圖6所示。

圖6 STC高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)

升溫速度不大于12℃/h，待達(dá)到45℃后，進(jìn)行恒溫養(yǎng)護(hù)6d(根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，試件蒸養(yǎng)5d后可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)為保證質(zhì)量，按照6d進(jìn)行蒸養(yǎng))，蒸養(yǎng)期間每隔1h測(cè)溫一次，并做好現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫記錄。然后按降溫速度不得大于15℃/h進(jìn)行降溫直至達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)氣溫。

6 STC表層刻槽

蒸養(yǎng)完之后，STC層混凝土表面采用混凝土刻槽機(jī)進(jìn)行表面刻槽?？滩鄢叽?mm×2mm,條紋間距20mm。刻槽過(guò)程中及時(shí)用高壓水槍清洗浮漿。因STC強(qiáng)度較一般混凝土高很多，刻槽施工前準(zhǔn)備足夠多的備用刀片。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)超高韌性混凝土的施工配合比是根據(jù)試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試配得來(lái)的，保證混凝土具有一定的流動(dòng)性、粘聚性、保水性以及便于運(yùn)輸?shù)?，后續(xù)的項(xiàng)目施工人員可按實(shí)際情況參考借鑒。

(2)超高韌性混凝土在澆筑過(guò)程中應(yīng)控制好攤鋪、振搗和整平速度，保證成型的表面平整度滿足要求，并保證整個(gè)澆筑過(guò)程連續(xù)進(jìn)行。

(3)超高韌性混凝土的高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)應(yīng)根據(jù)季節(jié)天氣情況，控制好蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度，既不宜過(guò)高也不宜過(guò)低，過(guò)高會(huì)燙壞混凝土，過(guò)低會(huì)達(dá)不到養(yǎng)護(hù)目的。

(4)超高韌性混凝土現(xiàn)階段施工成本較高，制約其快速發(fā)展，相信在不久的將來(lái)通過(guò)技術(shù)革新、技術(shù)推廣等降低施工成本，超高韌性混凝土?xí)\(yùn)用到越來(lái)越多的工程項(xiàng)目上。

(5)鑒于此次超高韌性混凝土首次在預(yù)應(yīng)力混凝土橋面上的運(yùn)用，并取得較好效果。橋面外觀效果檢查良好，平整度、強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，承載力達(dá)到維修加固目的，可為今后超高韌性混凝土在混凝土橋面的推廣應(yīng)用研究提供參考和借鑒作用。

[1] 王德輝，史才軍，吳林姝.超高性能混凝土在中國(guó)的研究和應(yīng)用[J].硅酸鹽通報(bào)，2016,35(1)：141-147.

[2] 江雄.赤石大橋主梁合龍方案研究[J].橋梁建設(shè)，2016,46(1)：117-121

[3] JTG/T J22-2008 公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2008.

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[6] 段江.超高韌性混凝土組合橋面施工應(yīng)用[J].天津建設(shè)科技，2016,26(5)：39-40.

StudyonConstructionApplicationofUltra-highToughnessConcreteinChishibridge

WUChunqiXUAndong

(College of civil engineering ,Central South University of Forestry and Technology Changsha，Changsha 410000)

Ruchen Expressway Chishi bridge is a four-tower prestressed concrete cable-stayed bridge, During the construction process, the box girders of the 6 # tower Chenzhou side were damaged due to the improper operation of the workers, in order to repair the damaged part use ultra-high toughness Concrete. In this paper, the application of ultra-high toughness concrete in the construction of the Chishi bridge is discussed. The treatment of the beam surface, the reinforcement of the beam, the installation of the steel mesh, the installation of the template, the pavement layer and the high temperature steam curing ，The key technology of the construction process, pouring process and curing method of ultra-high toughness concrete are introduced in detail.

Ultra-high toughness concrete；Construction process；Pouring process；Conservation

U44

A

1004-6135(2017)11-0071-05

吳純奇(1990.5- )，男。

E-mail:654985419@qq.com

2017-08-17