中砂大橋STC 鋪裝施工工藝研究與應(yīng)用

楊樂(lè)YANG Le；蔣冬芹JIANG Dong-qin

（①中交一航局第二工程有限公司，青島266071；②西安鐵路局安康工務(wù)段，安康725000）

0 引言

中山東路（新津河-蓮鳳路）道路橋梁及配套工程PPP 項(xiàng)目為 2021年汕頭亞青會(huì)主會(huì)館與城市區(qū)的主干道，中砂大橋?yàn)樵擁?xiàng)目的控制性工程。中砂大橋主橋主梁為正交異型鋼箱梁結(jié)構(gòu)，為解決鋼橋鋪裝易損壞和鋼橋面疲勞裂紋的問(wèn)題，主橋采用超高性能輕型組合橋面方案。本文著重闡述超高韌性混凝土的施工工藝及技術(shù)應(yīng)用，以更明確地指出STC 的施工重點(diǎn)，為類(lèi)似施工提供參考。

1 工程簡(jiǎn)介

中砂大橋主橋跨徑布置為80+180+80m=340m，結(jié)構(gòu)形式為單箱五室組合梁連續(xù)梁橋，行車(chē)道布置為雙向八車(chē)道，主橋整幅布置，頂板全寬44.5m，橋面鋪裝標(biāo)準(zhǔn)全寬31.5m。

2 工程研究?jī)?nèi)容

3 方案比選

目前國(guó)內(nèi)鋼橋面鋪裝主要采用以下三種方式，各方案優(yōu)缺點(diǎn)如表2 所示。

表2 鋪裝方案優(yōu)缺點(diǎn)一覽表

圖1 主橋鋼梁立面圖

表1 主橋STC 鋪裝層主要工程數(shù)量表

通過(guò)對(duì)上述三種鋼橋面鋪裝方案的比較可以看出，在鋼箱梁頂面增加超高韌性混凝土STC 加強(qiáng)層，可以起承重和防水作用，該種橋面鋪裝具有良好的應(yīng)用前景。

4 施工工藝方法

4.1 施工流程

中砂大橋主橋鋼橋面采用45mm 厚STC+40mm 厚SMA-13 瀝青砼鋪裝方案，STC 鋪裝層鋪設(shè)長(zhǎng)度340m，單幅鋪設(shè)凈寬為15.75m。STC 橋面鋪裝施工從栓釘焊接開(kāi)始，主要工作內(nèi)容包括栓釘焊接、鋼筋網(wǎng)綁扎、STC 澆筑和高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)的施工，共需打設(shè)φ13×35mm 栓釘484710顆，綁扎 φ10mm 鋼筋約 350.9t，澆筑 STC 混凝土 482m3。

STC 鋪裝層施工流程圖如圖2。

圖2 STC 鋪裝層施工流程圖

4.2 施工工藝

4.2.1 栓釘焊接

超高韌性混凝土STC 層能否保證參與組合結(jié)構(gòu)受力，關(guān)鍵在于STC 層與鋼板的有效連接，其中栓釘?shù)目煽亢附佑质顷P(guān)鍵。因STC 層較薄，所采用栓釘尺寸為φ13*35mm，嚴(yán)格按照規(guī)范要求，采用栓釘焊機(jī)配合瓷環(huán)進(jìn)行栓釘焊接。

栓釘焊接前提前進(jìn)行劃線布局，保證栓釘間距為15cm，對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行打磨處理，打磨范圍比釘身外圍大3～5cm，栓釘焊接設(shè)備采用螺柱焊機(jī)，按栓釘焊機(jī)操作的技術(shù)要求控制好焊接時(shí)間等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。栓釘焊接后，用錘子橫向敲擊栓釘，栓釘不出現(xiàn)脫落、歪斜等現(xiàn)象。焊縫外形應(yīng)飽滿，表面無(wú)氣孔、夾渣、裂紋等明顯缺陷，不得有未焊接或熔透的部分。

總的來(lái)說(shuō)，選擇關(guān)鍵詞作文相對(duì)學(xué)生平時(shí)練的其他任務(wù)驅(qū)動(dòng)型作文是更為容易，出現(xiàn)偏題離題的現(xiàn)象也更少，學(xué)生也較難拉開(kāi)作文的差距。但如果在大部分學(xué)生沒(méi)關(guān)注的地方花更多心思，在同樣的語(yǔ)言水平、用例豐富程度上，把大家都忽略的關(guān)聯(lián)部分做得更好，同樣也可以得到一篇高分的作文。

圖3 栓釘打磨及焊接

4.2.2 防腐涂裝

在栓釘焊接完成后，立即進(jìn)行防腐涂裝層施工。涂裝作業(yè)采用高壓無(wú)氣噴涂法，在鋼橋面四周0.5m 范圍內(nèi)涂抹環(huán)氧富鋅漆進(jìn)行防腐處理，局部補(bǔ)涂時(shí)采用刷涂法。

4.2.3 鋼筋綁扎

STC 層內(nèi)配置HRB400 級(jí)Φ10mm 帶肋鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)在STC 層內(nèi)起骨架支撐作用，同時(shí)在鋼筋網(wǎng)與鋼面板間設(shè)置鋼筋墊條作為保護(hù)層，保護(hù)層厚約10mm，墊條間距為1m，呈梅花形布置。鋼筋綁扎完成后，采用高壓水槍對(duì)鋼橋面進(jìn)行沖洗，去除橋面雜質(zhì)。

圖4 鋼筋綁扎及橋面沖洗

4.2.4 STC 拌合

按照施工圖要求，超高韌性混凝土STC 主要力學(xué)參數(shù)要求為：抗壓強(qiáng)度120MPa，抗折強(qiáng)度22MPa，彈性模量37.6GPa，材料斷裂韌性20～40kJ/m2，磨耗系數(shù)1.3。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)近期試驗(yàn)得出STC 混凝土強(qiáng)度，得出相應(yīng)的用水量、石英砂、鋼纖維等材料的用量，最終確定配合比如表3。

表3 STC 配合比

STC 材料主要由STC 干混料、鋼纖維、水和高效減水劑按一定比例配制而成，最大集料粒徑為 800μm，通過(guò)提高組分的細(xì)度與活性，使其材料內(nèi)部的缺陷（孔隙與微裂縫）減至最少，以獲得由其組分材料所決定的最大強(qiáng)度及優(yōu)異的耐久性，鋼纖維則阻礙了混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展，使混凝土表現(xiàn)出良好的塑性特征。另外，在施工性能方面，STC 具有優(yōu)異的和易性，易于施工操作和保證均勻密實(shí)。

為了使鋼纖維在混凝土中分布均勻、不結(jié)團(tuán)，STC 宜在工廠將各種固體原料及減水劑預(yù)拌為干混料，經(jīng)包裝后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)與水拌合成澆筑用混凝土。干混料在分裝、運(yùn)輸與儲(chǔ)存及卸料拌合過(guò)程中應(yīng)保證混合物不離析，并保證其組分保持不變。施工現(xiàn)場(chǎng)按照最終確定的配合比，采用大功率豎軸行星式攪拌機(jī)進(jìn)行STC 拌合。每次STC 生產(chǎn)、攪拌完成后，及時(shí)清理、清洗設(shè)備。

4.2.5 STC 攤鋪整平

濕拌好的STC 混合料由混凝土罐車(chē)運(yùn)輸至橋上攤鋪區(qū)，施工現(xiàn)場(chǎng)采用15m 寬的STC 專(zhuān)用攤鋪機(jī)進(jìn)行混合料攤鋪，攤鋪機(jī)由牽引行走系統(tǒng)、振搗系統(tǒng)、工作橋組成，攤鋪過(guò)程中由混合料的供應(yīng)速度、坍落度、擴(kuò)展度控制牽引行走系統(tǒng)的前進(jìn)速度，通過(guò)振搗系統(tǒng)控制STC 的攤鋪厚度、平整度及密實(shí)度。STC 澆筑過(guò)程中及時(shí)噴霧濕潤(rùn)，保證濕養(yǎng)水分充足。在STC 層澆筑攤鋪過(guò)程中遭遇降雨時(shí)，應(yīng)停止施工，并及時(shí)覆蓋養(yǎng)生膜及帆布。在降雨后，具備施工的條件下，對(duì)于已被雨水輕微沖刷過(guò)的結(jié)構(gòu)層頂面，若是間隔在3h 以內(nèi)，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行局部修整，并將表面刮除，使其符合要求再進(jìn)行澆筑；對(duì)于間隔3h 以上的接頭，則需進(jìn)行鑿毛并清理干凈再重鋪澆筑。

圖5 STC 攤鋪

為保證STC 拌合物的工作性能，攤鋪過(guò)程中實(shí)測(cè)出料拌合物的坍落度及擴(kuò)展度，控制坍落度為180~280mm，擴(kuò)展度為500~700mm，對(duì)于超出范圍的混合料及時(shí)調(diào)整。

4.2.6 保濕養(yǎng)護(hù)

保濕養(yǎng)護(hù)緊隨澆筑過(guò)程，保濕養(yǎng)護(hù)工作在工作橋面上進(jìn)行，在STC 攤鋪完成后及時(shí)通過(guò)高壓水槍噴射水霧，覆蓋節(jié)水保濕膜，澆水保濕等一系列措施，保證STC 保濕到位。未能及時(shí)覆蓋薄膜的，對(duì)STC 面噴霧保持濕潤(rùn)。整個(gè)保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于36 小時(shí)。在進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)工作時(shí)，應(yīng)有專(zhuān)人巡視，發(fā)現(xiàn)缺水部位及時(shí)補(bǔ)水；發(fā)現(xiàn)有鼓包的地方，應(yīng)刺穿，并采用保濕膜覆蓋裸露部位；發(fā)現(xiàn)保濕膜裸露區(qū)域，應(yīng)采用保濕膜及時(shí)覆蓋。同時(shí)隨時(shí)檢查工作橋位置是否順直，發(fā)生偏斜，及時(shí)調(diào)整。

4.2.7 蒸汽養(yǎng)護(hù)

高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)通過(guò)蒸汽發(fā)生器、蒸汽管道和蒸汽養(yǎng)護(hù)棚等設(shè)施實(shí)現(xiàn)。STC 蒸養(yǎng)過(guò)程中，對(duì)其升降溫進(jìn)行控制，防止溫度驟變，對(duì)STC 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。升溫過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)觀測(cè)蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度，通過(guò)調(diào)整開(kāi)啟鍋爐的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)蒸養(yǎng)棚內(nèi)升溫速度；降溫過(guò)程中，同樣實(shí)時(shí)觀測(cè)蒸養(yǎng)棚內(nèi)溫度，通過(guò)關(guān)閉鍋爐數(shù)量以及部分掀開(kāi)保溫被，來(lái)調(diào)節(jié)蒸養(yǎng)棚內(nèi)降溫速度。除了在保溫棚內(nèi)均勻合理設(shè)置傳感器進(jìn)行溫濕度監(jiān)測(cè)，同時(shí)也采用溫度計(jì)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)測(cè)復(fù)核，實(shí)時(shí)調(diào)控蒸汽輸送量，保證現(xiàn)場(chǎng)蒸養(yǎng)溫度不小于80℃，相對(duì)濕度不低于95%，蒸養(yǎng)72h。

超高韌性混凝土所用骨料及間隙填充料為毫米、微米、亞微米級(jí)顆粒，拌和后的混凝土孔隙等缺陷減至最少，內(nèi)部密實(shí)度極高。同時(shí)，由于高性能減水劑和級(jí)配鋼纖維的摻入，混凝土強(qiáng)度和韌性獲得明顯提高，通過(guò)蒸汽養(yǎng)護(hù)將STC 材料收縮應(yīng)變提前，且在鋼纖維的作用下，阻止了細(xì)微裂隙的發(fā)展，使該材料的力學(xué)性能較其他混合材料得到極大提升，保證了工程的施工質(zhì)量：

①根據(jù)既有試驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整配合比，最終確定配合比為：水膠比為0.18，水泥用量800kg，水用量200kg，石英砂用量900kg，核心料用量420kg，粗鋼纖維用量120kg，細(xì)鋼纖維用量60kg。根據(jù)試驗(yàn)報(bào)告可知，當(dāng)80℃高溫蒸養(yǎng)72h后，試塊抗壓強(qiáng)度約為157MPa，抗折強(qiáng)度約為35.6MPa，完全符合設(shè)計(jì)要求。②在栓釘位置進(jìn)行鋼橋面打磨，采用栓釘焊槍配合瓷環(huán)進(jìn)行栓釘焊接，控制焊接電流950A，電壓380V，焊接時(shí)間1s，所得焊接質(zhì)量滿足規(guī)范要求，保證了STC 與鋼橋面的有效連接。③采用STC 專(zhuān)用攤鋪機(jī)進(jìn)行混合料攤鋪，通過(guò)行走系統(tǒng)、攤鋪系統(tǒng)及工作橋控制混合料的攤鋪及收面質(zhì)量，并且保證實(shí)時(shí)濕養(yǎng)，同時(shí)采用蒸養(yǎng)發(fā)生器配合蒸汽養(yǎng)護(hù)棚進(jìn)行STC 蒸養(yǎng)，將材料收縮應(yīng)變提前為STC 的力學(xué)性能提供保證。

5 效益評(píng)估

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，STC 力學(xué)性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，在實(shí)際施工中，通過(guò)對(duì)栓釘焊接質(zhì)量、混合料配合比、拌合攤鋪質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件等的嚴(yán)格把控即可保證STC 的施工質(zhì)量，減少后期項(xiàng)目的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，為項(xiàng)目效益增值。

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

主橋鋪裝面積共計(jì)10710m2，若采用瀝青混凝土鋪裝，100 年內(nèi)需更換約10 次瀝青鋪裝層，費(fèi)用總造價(jià)約1.4 億元，而采用STC 輕型組合橋面鋪裝，100 年內(nèi)僅需更換約10 次磨耗層，費(fèi)用總造價(jià)約0.34 億元，平均每年可節(jié)省維護(hù)成本約106 萬(wàn)元。

5.2 管理效益

①采用栓釘焊槍配合瓷環(huán)進(jìn)行栓釘焊接，合理控制焊接參數(shù)，保證了栓釘焊接質(zhì)量，為STC 與鋼橋面的連接強(qiáng)度提供了保障。②采用STC 專(zhuān)用攤鋪系統(tǒng)，集行走系統(tǒng)、攤鋪系統(tǒng)、工作橋于一體，保證了各工序的合理銜接，提供了管理保障。③對(duì)蒸養(yǎng)溫度及濕度采取智能測(cè)試與人工抽查相結(jié)合的監(jiān)測(cè)手段，保證了養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，為STC 的力學(xué)指標(biāo)提供了保障。

6 結(jié)束語(yǔ)

橋面系是橋梁結(jié)構(gòu)中極重要的組成部分，其施工質(zhì)量直接影響工程的運(yùn)維效果，STC 相對(duì)于其他混凝土具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的鋼橋面鋪裝層材料，具有極廣闊的應(yīng)用前景。本工程通過(guò)對(duì)混合料配合比、栓釘焊接質(zhì)量、攤鋪質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的控制，確保STC 力學(xué)性能指標(biāo)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證了橋面系的施工質(zhì)量，降低了后期運(yùn)維造價(jià)，為后續(xù)類(lèi)似工程施工提供了參考。