連續(xù)鋼箱梁橋輕型超高性能鋪裝施工技術(shù)

吳 順 旺

(中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山西 太原 030032)

連續(xù)鋼箱梁橋輕型超高性能鋪裝施工技術(shù)

吳 順 旺

(中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山西 太原 030032)

為解決貴安新區(qū)歆民路車田河大橋橋面鋪裝結(jié)構(gòu)性能可靠性問題，提高鋪裝結(jié)構(gòu)使用壽命，降低后期運(yùn)維工作量及成本，采用了STC+TPO(超高韌性混凝土)鋪裝技術(shù)。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為50 mm STC(超高韌性混凝土)+20 mm TPO(薄層聚合物混凝土磨耗層)，通過對鋼橋面板噴砂除銹，達(dá)到SA2.5級清潔度，按照比例將mark-163聚氨酯環(huán)氧樹脂涂刷于STC層與TPO層之間，共同形成了超高性能輕型橋面鋪裝體系。其中STC層施工采用了專用特殊機(jī)械進(jìn)行布料、振搗及養(yǎng)護(hù)施工，確保了橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的可靠性，橋面鋪裝效果良好。該項(xiàng)目的施工技術(shù)及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)可為類似工程提供有益參考。

橋梁工程，超高性能橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，施工技術(shù)，質(zhì)量控制

1 概述

鋼箱梁橋具有自重小、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成熟、造型優(yōu)美及施工效率高等特點(diǎn)，為許多市政工程采用[1-3]。貴安新區(qū)歆民路車田河大橋采用了V型腿+桁架連續(xù)箱梁方案，歆民路在K4+020～K4+140段連續(xù)跨越規(guī)劃車田河景觀帶和濱湖路，橋位處車田河規(guī)劃寬度為40 m左右，兩側(cè)河岸為景觀步行道，歆民路與河道大致正交。在K3+988.240～K4+148.160范圍設(shè)置橋梁，橋梁分兩聯(lián)，第一聯(lián)跨徑布置為(32+56+32)m鋼結(jié)構(gòu)V構(gòu)橋，其中，6 m中跨跨越車田河，邊跨跨越河岸景觀步行道；第二聯(lián)為30 m簡支鋼箱梁，跨越濱湖路。橋梁全長159.92 m，分為左右兩幅修建，單幅橋?qū)?1.25 m。邊跨主梁為正交異形板鋼箱梁高度為1.8 m～1.94 m，頂板形成橋面橫坡，底板水平。頂板寬21.1 m，底板寬度15.66 m，斷面為單箱6室形式，兩側(cè)懸臂寬度分別為3 m和2.5 m，箱室寬度為：邊室1.58 m，中室寬度為3.11 m。

為解決本橋梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的性能問題，提高橋梁整體壽命，降低后期運(yùn)維整體費(fèi)用，本橋梁采用了超高性能輕型橋面鋪裝體系(STC+TPO)，本輕型鋪裝體系以超高韌性混凝土(STC)為主要鋪裝層，同時(shí)上覆超薄聚合物混凝土磨耗層(TPO)，層間及STC與鋼面板之間采用陶氏化學(xué)公司mark-163聚氨酯環(huán)氧樹脂進(jìn)行粘結(jié)，共同形成了該鋪裝體系。

輕型超高性能橋面鋪裝體系最初由湖南大學(xué)提出，隨后許多學(xué)者都對該鋪裝體系的各個(gè)角度的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，王懿[4]研究了STC+TPO橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)體系，結(jié)果表明采用STC+TPO鋪裝體系,能有效降低鋼橋面板和鋪裝層的應(yīng)力應(yīng)變幅值和局部豎向變形，對改善正交異性鋼面板性能具有非常積極的意義。丁楠[5]研究了超高性能混凝土對輕型組合橋面結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響，結(jié)果表明輕型組合橋面板中混凝土層對于面板與縱肋連接細(xì)節(jié)與縱肋對接細(xì)節(jié)，應(yīng)力幅改善作用很大，而對其余細(xì)節(jié)，其改善程度相對較小。歐陽澤卉[6]研究了超高性能橋面鋪裝體系對橋梁局部結(jié)構(gòu)的影響，并提出了新的面板方案，認(rèn)為開口縱向加勁肋方案和閉口縱向加勁肋相比，能更大幅度的降低橫隔板上的應(yīng)力水平，具有更好的抗疲勞性能。李召輝[7]提出了一種通過拉拔UHPC層內(nèi)鋼筋來拆除破損區(qū)域的方法,并設(shè)計(jì)了一種將受力鋼筋焊接于鋼板的新型局部修補(bǔ)接縫形式，對該方法及設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)證，取得了良好的技術(shù)效果。

從上述研究現(xiàn)狀看，STC+TPO組成的輕型超高性能組合橋面鋪裝結(jié)構(gòu)具有良好的技術(shù)性能，然而值得注意的是，目前該輕型組合鋪裝體系的施工方面技術(shù)研究則相對有限，對其大規(guī)模成系統(tǒng)的推廣應(yīng)用已經(jīng)形成了一定的制約。本文以車田河連續(xù)鋼箱梁橋建設(shè)為背景，對STC+TPO鋪裝體系施工進(jìn)行了詳細(xì)介紹，重點(diǎn)對各關(guān)鍵工序的施工及質(zhì)量控制措施進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)的配套施工機(jī)械設(shè)備及相關(guān)施工技術(shù)，可為類似工程提供有益借鑒，并有利于推動超高性能輕型組合橋面鋪裝體系廣泛應(yīng)用。

2 STC+TPO輕型橋面鋪裝體系

為解決目前剛性鋪裝材料存在的問題，在活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)的基礎(chǔ)上，通過材料改性并密集配筋，形成超強(qiáng)超韌性混凝土STC(Super Toughness Concrete)，同普通RPC材料相比，STC擁有超高的抗拉韌性和抗拉強(qiáng)度，能夠適用于大跨徑鋼橋。STC與鋼橋面板形成輕型組合橋面結(jié)構(gòu)，其中STC既充當(dāng)主鋪裝層，也是一個(gè)永久的結(jié)構(gòu)層。薄層聚合物混凝土磨耗層，簡稱TPO(Thin Polymer Overlay)，與常用的瀝青類磨耗層相比，TPO在壽命、自重、熱穩(wěn)定性、粘結(jié)性能以及抗滑性能等方面均具有優(yōu)勢，并且強(qiáng)度高、韌性好、厚度薄，是一種性能極佳的磨耗層材料。將薄層聚合物混凝土磨耗層TPO鋪筑于STC與鋼橋面組成的輕型組合結(jié)構(gòu)上，形成超高性能輕型組合橋面鋪裝體系，即STC+TPO。一般STC的厚度為60 mm，TPO的厚度為10 mm，STC與TPO之間為環(huán)氧樹脂粘結(jié)，STC與鋼板之間通過環(huán)氧膠石英砂和剪力釘粘結(jié)。該鋪裝體系具有剛度大、壽命長、自重小等優(yōu)點(diǎn)。

3 STC+TPO橋面鋪裝結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

該橋的STC+TPO鋪裝結(jié)構(gòu)施工流程為：鋼橋面板噴砂除銹→焊接剪力釘→鋪設(shè)加強(qiáng)鋼筋→澆筑STC超高韌性混凝土層→STC層拋丸施工→涂刷聚氨酯環(huán)氧樹脂膠→施工TPO磨耗層，在施工STC及TPO層時(shí)需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)。本文主要就超高性能輕型橋面鋪裝體系的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)及STC層施工相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究。

3.1噴砂除銹及拋丸施工

1)噴砂除銹施工前，使用鋼絲刷或者其他剛性刷清除鋼面板表面的松散物，較厚的油性附著物如油漆、油污等采用小鏟或者刮刀去除，油污部位采用堿性溶液清洗，清洗完成后再采用清水多次沖洗。

2)本鋪裝體系的拋丸施工在STC養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行，目的在于加強(qiáng)STC層與TPO層之間的粘結(jié)性能，避免層間脫離。拋丸前應(yīng)采用高壓風(fēng)機(jī)對STC表面進(jìn)行處理，保持表面干燥、清潔。拋丸施工時(shí)，拋丸設(shè)備兩次施工行走車道之間需要搭接1 cm～5 cm寬度，以確保搭接處具有足夠的粗糙度。采用多臺拋丸機(jī)并行直線連續(xù)拋丸，每次行走距離控制在50以內(nèi)，經(jīng)過拋丸處理的粗糙度控制在60 μm～100 μm。

3.2剪力釘及鋼筋網(wǎng)施工

為保證剪力釘與橫向鋼筋的焊接部位質(zhì)量，橫向鋼筋在焊接前應(yīng)當(dāng)采用扎絲固定與剪力釘?shù)南鄬ξ恢藐P(guān)系，焊接過程中若出現(xiàn)偏差必須及時(shí)調(diào)整，焊接作業(yè)必須按照J(rèn)GJ 81—2002建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程及GB 50205—2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行。

3.3超高韌性混凝土場內(nèi)攤鋪及振搗

STC攤鋪振搗應(yīng)能使模板內(nèi)各部位混凝土攤鋪平整、振搗密實(shí)，本項(xiàng)目采用專用攤鋪機(jī)攤鋪施工，同時(shí)采用了平板振動器進(jìn)行輔助振搗。STC智能布料機(jī)(如圖1所示)具有布料精確，攤鋪均勻等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)攤鋪厚度、坍落度大小，確定攤鋪速度，攤鋪速度一般控制在5 m/min左右，攤鋪寬度控制在1 m。攤鋪前適當(dāng)灑水于鋼橋面，保持鋼面板和鋼筋網(wǎng)的濕潤狀態(tài)，避免出現(xiàn)局部干裂或者粘結(jié)不密實(shí)。攤鋪過程中，應(yīng)派專人進(jìn)行攤鋪厚度檢查并及時(shí)反饋修正；控制好攤鋪速度，應(yīng)根據(jù)布料進(jìn)度調(diào)整，保證連續(xù)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

混凝土振搗采用高頻振搗平整機(jī)(見圖2)，不得采用插搗的方式進(jìn)行振搗，振搗機(jī)械寬度應(yīng)超過單循環(huán)攤鋪料長度20 cm左右，以保證靠近模板處的混凝土能夠充分振搗。振搗完成后保證STC層密實(shí)，纖維分布均勻，避免出現(xiàn)拌合物離析、分層及纖維裸露出結(jié)構(gòu)表面等情況?；炷翝仓罢駬v過程中，STC混凝土質(zhì)量檢查小組成員全過程監(jiān)控檢查，確保澆筑質(zhì)量。

3.4STC超高韌性混凝土養(yǎng)護(hù)

超高韌性混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)包括攤鋪后的保濕養(yǎng)護(hù)和終凝后的高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)。超高韌性混凝土攤鋪完成后，應(yīng)及時(shí)用養(yǎng)生薄膜覆蓋進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)(見圖3)，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)養(yǎng)生薄膜應(yīng)搭接鋪設(shè)，搭接位置宜采用方木或砂粒覆蓋，搭接寬度應(yīng)大于20 cm。

2)覆膜前，要求采用高壓水槍或噴壺對STC表面進(jìn)行霧化，保證STC表面濕潤但不積水，注意噴灑水時(shí)，不能直接朝向STC表面。

3)覆蓋養(yǎng)生薄膜時(shí)，不宜損壞超高韌性混凝土，宜搭設(shè)架子覆蓋養(yǎng)生薄膜。

4)保濕養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)加強(qiáng)巡查力度，發(fā)現(xiàn)有缺水部位時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)水養(yǎng)護(hù)。

5)超高韌性混凝土終凝后(一般為48 h)，應(yīng)撤除養(yǎng)生薄膜并及時(shí)開始高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)。

高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)宜通過蒸汽鍋爐、蒸汽管道和蒸汽養(yǎng)護(hù)棚等設(shè)施實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

1)養(yǎng)護(hù)前，應(yīng)根據(jù)養(yǎng)護(hù)面積計(jì)算好蒸汽鍋爐功率、架子和保溫棚的規(guī)格、數(shù)量。

2)養(yǎng)護(hù)前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件和養(yǎng)護(hù)要求確定架子搭設(shè)、鍋爐布置及養(yǎng)護(hù)方案。

3)養(yǎng)護(hù)過程中的溫度和濕度宜通過傳感器調(diào)整蒸汽量的大小實(shí)現(xiàn)。

4)養(yǎng)護(hù)溫度恒定在80 ℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于72 h；養(yǎng)護(hù)溫度恒定在90 ℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于48 h。養(yǎng)護(hù)過程中蒸汽養(yǎng)護(hù)棚內(nèi)的相對濕度不低于95%。

5)蒸汽高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)的升溫階段，升溫速度不應(yīng)大于12 ℃/h；養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，以不超過15 ℃/h的降溫速度將溫度逐漸降至現(xiàn)場氣溫。

高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，應(yīng)撤除養(yǎng)護(hù)設(shè)備并清掃干凈。對明顯凹凸不平部位，應(yīng)采用打磨機(jī)打磨，確保STC層表面平整。

4 結(jié)語

歆民路車田河大橋整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，首次采用了桁架+V型腿連續(xù)鋼箱梁結(jié)合超高性能輕型橋面鋪裝的組合體系。超高性能輕型橋面組合體系中的STC層施工是本鋪裝的關(guān)鍵所在，本文結(jié)合車田河大橋?qū)嶋H施工，主要分析了STC層施工的關(guān)鍵工藝，包括剪力釘施工、STC層鋪攤振搗及整平施工、STC高溫蒸養(yǎng)施工及STC表面拋丸施工，保證了車田河大橋鋪裝結(jié)構(gòu)施工順利完成?？傮w而言，STC+TPO組合形式的橋面鋪裝具有施工難度大、工藝復(fù)雜、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高的特點(diǎn)，前期投入高，但該鋪裝體系同時(shí)也具有長壽命、低運(yùn)維成本的特點(diǎn)，對橋梁整體的經(jīng)濟(jì)性具有明顯的提升效果。本文對超高性能輕型橋面鋪裝體系的關(guān)鍵工序分析可對類似工程提供有益參考，從而推動該橋面鋪裝體系廣泛應(yīng)用。

[1] 袁霖宇.成都市二環(huán)路高架橋特殊鋼箱梁設(shè)計(jì)研究[D].成都：西南交通大學(xué),2014.

[2] 甘立全.城市高架橋大型鋼箱梁整體吊裝技術(shù)[A].成都市“兩快兩射”快速路系統(tǒng)工程論文專輯[C].2014.

[3] 童激揚(yáng),黃南育,曾憲雙.武漢沙湖南環(huán)路跨楚河橋鋼箱梁分節(jié)段頂推安裝技術(shù)[J].世界橋梁,2012,40(3):28-32.

[4] 王 懿.超高性能輕型組合橋面鋪裝體系基本力學(xué)性能研究[D].長沙：湖南大學(xué),2014.

[5] 丁 楠.超高性能混凝土對輕型組合橋面結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響研究[D].長沙：湖南大學(xué),2014.

[6] 歐陽澤卉.超高性能輕型組合梁局部受力性能[D].長沙：湖南大學(xué),2015.

[7] 李召輝.鋼—UHPC輕型組合橋面板局部修補(bǔ)技術(shù)研究[D].長沙：湖南大學(xué),2016.

Constructiontechnologyoflightsuperhighperformancepavementforcontinuoussteelboxgirderbridge

WuShunwang

(CR17BGNo.1EngineeringCo.，Ltd，Taiyuan030032，China)

To solve the reliability problem of deck pavement of Chetian River in Xinmin Road, extend the service life and decrease the cost of operation, STC+TPO deck pavement technology is adopted in this bridge. Bridge deck pavement structure consist of 50 mm STC (ultra high toughness concrete, 20 mm TPO (thin polymer concrete wear layer). By eliminating rust on the steel deck, reaching SA2.5 grade cleanliness, in accordance with the ratio of mark-163 polyurethane epoxy resin coated between the STC layer and TPO layer, the common form of ultra high performance deck pavement system is formed. The construction of bridge deck pavement STC using a special layer cloth, vibration and maintenance machines in construction process. The reliability of bridge deck pavement is ensured with good results. The project construction technology and quality control standard can provide a useful reference to similar projects.

bridge engineering, high performance deck pavement, construction technology, quality control

1009-6825(2017)32-0143-03

2017-09-05

吳順旺(1985- )，男，工程師

U448.213

A