超高強(qiáng)韌性混凝土在現(xiàn)澆鋼橋面鋪裝施工關(guān)鍵技術(shù)分析

■張振東

（福州市海峽建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司， 福州 350028）

與混凝土橋梁相比，鋼橋具有強(qiáng)度高、自重輕、抗震性強(qiáng)、便于工業(yè)化制造和標(biāo)準(zhǔn)化施工等優(yōu)點(diǎn)[1]。隨著我國(guó)鋼材產(chǎn)能的不斷提升和橋梁建造技術(shù)的快速發(fā)展，鋼橋的應(yīng)用已越來(lái)越多。 傳統(tǒng)的鋼橋面鋪裝一般多采用柔性鋪裝， 如澆注式瀝青混凝土、改性瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土等[2-4]，由于柔性鋪裝彈性模量低，不能有效提高橋面系剛度和降低活載傳遞下來(lái)的集中應(yīng)力，使得鋼橋面結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于高應(yīng)力幅狀態(tài)，極易出現(xiàn)鋼梁頂板疲勞開(kāi)裂，鋪裝層縱橫向裂縫、脫層、推移、坑槽以及車轍等病害[5-6]。 近年來(lái)，研究人員開(kāi)始致力于鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的改良，提出了較多的鋪裝類型，如考慮應(yīng)用剛性鋪裝來(lái)逐步代替現(xiàn)有的瀝青混凝土鋪裝，或者采用在瀝青鋪裝層下加鋪剛性鋪裝層等方法。 超高強(qiáng)韌性混凝土用于剛性鋪裝層的材料是由邵旭東等[7]率先提出，其作為鋼材與瀝青橋面鋪裝兩種材料之間的過(guò)渡， 可使整個(gè)橋面鋪裝層應(yīng)力過(guò)渡合理，增強(qiáng)鋼梁橫向剛度，降低鋼梁應(yīng)力幅，從而達(dá)到減緩甚至杜絕鋼橋面鋪裝層開(kāi)裂的目的。 并且，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，采用超高強(qiáng)韌性混凝土進(jìn)行鋼橋橋面鋪裝已在近30 座橋梁上得到應(yīng)用[8]。 因此，本文在前人的研究基礎(chǔ)上，以某城市采用超高強(qiáng)韌性混凝土鋼橋面鋪裝的自錨式懸索橋拓寬改建工程為依托，考慮需滿足不中斷交通的建設(shè)需求，開(kāi)展了現(xiàn)澆鋼橋面鋪裝施工關(guān)鍵技術(shù)研究，以期為將來(lái)類似工程的建設(shè)提供參考。

1 工程概況

某城市橋梁主橋采用設(shè)錨跨的兩跨獨(dú)塔鋼箱梁自錨式懸索橋，雙索面纜索系統(tǒng)，平行布置，主橋跨徑布置為50 m（錨跨）+150 m（主跨）+150 m（邊跨）+50 m（錨跨）=400 m，主橋全寬為52 m，邊跨全寬為46 m，主梁采用分離式鋼結(jié)構(gòu)雙箱斷面，通過(guò)桁架式加勁橫梁聯(lián)系， 橋面為正交異性鋼橋面板，主橋立面及主梁斷面示意如圖1、2 所示。

圖1 主橋立面示意圖

圖2 主梁橫斷面示意圖

該橋?yàn)檫B接主城區(qū)與郊縣大學(xué)城的主要通道，高峰時(shí)間越江交通飽和度高達(dá)1.45，若工程施工期間（包括拆除舊橋與新建橋梁）采用全封閉施工，將對(duì)周邊區(qū)域的城市交通帶來(lái)嚴(yán)重影響甚至局部交通癱瘓，給城市居民出行和生活帶來(lái)嚴(yán)重不便。 為此，考慮到本橋梁在原位進(jìn)行拓寬改建的城市特大型橋梁工程，橋梁規(guī)模大、橋型多、橋上交通和橋下通航雙制約、老橋狀況復(fù)雜等眾多不利因素。 經(jīng)過(guò)多方論證和精心設(shè)計(jì)， 根據(jù)新橋與老橋橋位重合，而且寬度大約是老橋?qū)挾鹊? 倍的特點(diǎn)，提出了將新橋分成左、中、右三幅，先保留老橋施工建設(shè)新橋左右幅、再拆除老橋施工中幅并橫向連接成整幅全斷面的“三分幅兩階段”的創(chuàng)新方案，通過(guò)左右幅與老橋的交通導(dǎo)改實(shí)現(xiàn)施工階段全過(guò)程不斷交、保暢通。 施工步驟示意如圖3 所示。

圖3 主橋施工過(guò)程示意圖

2 鋼橋面超高強(qiáng)韌性混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)

2.1 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)

為綜合解決傳統(tǒng)鋼橋面鋪裝易損壞和鋼橋面板疲勞等問(wèn)題， 鋼橋面鋪裝采用多層復(fù)合材料，自下而上布置為2 mm 環(huán)氧類防腐層+55 mm 超高強(qiáng)韌性混凝土（內(nèi)鋪設(shè)直徑d=10 mm，間距為50 mm×50 mm 的螺紋鋼筋網(wǎng)）+應(yīng)力吸收層 （高粘高彈瀝青-高性能高分子-水泥復(fù)合防水涂料）+45 mm 高粘SMA 瀝青磨耗層， 通過(guò)栓釘 （剪力釘直徑13 mm、長(zhǎng)40 mm，間距為160 mm×160 mm）與鋼橋面進(jìn)行連接，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)示意如圖4 所示。

圖4 主橋鋼橋面鋪裝示意圖

2.2 超高強(qiáng)韌性混凝土

為滿足實(shí)際橋面受力特性及施工需求，鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的超高強(qiáng)韌性混凝土力學(xué)性能、耐久性和工作性能指標(biāo)如表1 所示。 在實(shí)際施工中，需參照GB/T31387-2015 《活性粉末混凝土》[9]、GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[10]等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱養(yǎng)護(hù)完成后超高強(qiáng)韌性混凝土進(jìn)行力學(xué)性能和耐久性能測(cè)試，達(dá)到要求后方可投入使用。

表1 鋼橋面鋪裝超高強(qiáng)韌性混凝土技術(shù)指標(biāo)

2.3 縱橫橋向接縫構(gòu)造

為適應(yīng)橋梁“三分幅兩階段”的建設(shè)方案，鋼橋面鋪裝需在橫、縱橋向進(jìn)行分幅、分塊施工，故進(jìn)行相應(yīng)的接縫構(gòu)造設(shè)計(jì)。

2.3.1 橫橋向分幅施工接縫

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將52 m 橋面分為左、中、右三幅，為保證分幅處橋面鋪裝受力能平順過(guò)渡，需進(jìn)行橫橋向分幅施工接縫設(shè)計(jì)。 首先，在布設(shè)左右幅鋼橋面頂板的鋼筋網(wǎng)及栓釘?shù)耐瑫r(shí)，應(yīng)預(yù)留與中幅連接的鋼筋網(wǎng)；其次，在靠近中幅側(cè)（左右幅與中幅鋼橋面橫向拼接縫）采用模板沿縱向間隔40 cm 布設(shè)35 cm×50 cm 的馬牙槎接縫；最后，待中幅鋼橋面主體完成，中幅橋面鋼筋網(wǎng)應(yīng)與左右幅預(yù)留鋼筋網(wǎng)進(jìn)行有效搭接。 橫橋向分幅施工接縫構(gòu)造如圖5所示。

圖5 鋼橋面橫橋向分幅鋪裝構(gòu)造示意圖

2.3.2 橫橋向與路緣石接縫

為保證鋼橋面鋪裝與路緣石間的密封性，以防止雨水、空氣等滲入鋪裝層后發(fā)生鋼橋面頂板銹蝕的問(wèn)題，需進(jìn)行橫橋向與路緣石接縫設(shè)計(jì)，即在橋面橫橋向兩側(cè)的鋪裝層與人行道路緣石界面處預(yù)留橫向伸縮的變形縫隙，在鋪裝層與路緣石界面處嵌填高80 mm、 寬8 mm 的擠塑板， 在上方35 mm處切縫；澆筑超高強(qiáng)韌性混凝土后，剔除35 mm 高的擠塑板，打入10 mm 厚的密封膠。 鋼橋面鋪裝層與路緣石接縫構(gòu)造如圖6 所示。

圖6 鋼橋面鋪裝層與路緣石接縫構(gòu)造示意圖

2.3.3 縱橋向分次澆筑接縫

在進(jìn)行鋼橋面縱向超高強(qiáng)韌性混凝土鋪裝過(guò)程中，為保證分次澆筑的超高強(qiáng)韌性混凝土之間有效的連接，其接縫處宜設(shè)置在正彎矩區(qū)域，且避開(kāi)橫隔板設(shè)置處。 在進(jìn)行后澆筑的超高強(qiáng)韌性混凝土前， 還要對(duì)接縫處已硬化的混凝土進(jìn)行鑿毛處理，保證接縫面露出大量鋼纖維， 并用環(huán)氧粘結(jié)劑涂抹。 橋面縱向接縫處構(gòu)造如圖7 所示。

圖7 鋼橋面縱向分次澆筑接縫構(gòu)造示意圖

3 超高強(qiáng)韌性混凝土鋪裝施工工藝

3.1 橋面鋪裝施工準(zhǔn)備

橋面鋪裝采用超高強(qiáng)韌性混凝土、高粘高彈瀝青-高性能高分子-水泥復(fù)合防水涂料、 高粘SMA瀝青磨耗層等材料非常特殊，施工要求高，其施工工藝如下所示：（1）橋面除銹后，焊接剪力釘，采用噴砂拋丸處理干凈后， 并及時(shí)用環(huán)氧做好防腐處理。 （2）超高強(qiáng)韌性混凝土中配置50 mm×50 mm 的鋼筋網(wǎng)，縱、橫橋向鋼筋均為直徑d=10 mm 的螺紋鋼，每隔2 m 平放φ20 mm×50 mm 的鋼筋墊條。（3）將縱向鋼筋按設(shè)計(jì)位置放在鋼筋墊條上，然后以設(shè)計(jì)的間距將橫向鋼筋放置在縱向鋼筋上，再用細(xì)鋼絲將縱、橫向鋼筋在相交處綁扎。

3.2 超高強(qiáng)韌性混凝土攤鋪施工

橋面超高強(qiáng)韌性混凝土攤鋪施工前，須完成原材料準(zhǔn)備、測(cè)量放樣、導(dǎo)線架設(shè)、模板支立、軌道鋪設(shè)等準(zhǔn)備工作，并對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行調(diào)試。 超高強(qiáng)韌性混凝土攤鋪采用履帶和輪載拖動(dòng)相結(jié)合的攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪，攤鋪工藝主要分三道工序，分別為攤鋪機(jī)攤鋪、整平、精確整平并覆膜。 主要攤鋪施工步驟如下：（1）攤鋪機(jī)就位，依據(jù)設(shè)計(jì)攤鋪厚度以及橋面橫縱坡度調(diào)整攤鋪機(jī)底部刮板高度，以嚴(yán)格控制鋪裝層攤鋪厚度。 （2）對(duì)攤鋪機(jī)攤鋪集料槽和即將攤鋪的橋面鋼筋網(wǎng)進(jìn)行水霧噴射處理，且保證鋼筋網(wǎng)濕潤(rùn)后的鋼橋面頂板不產(chǎn)生流動(dòng)水，這樣既能使?jié)仓佑|面處濕潤(rùn)，又不改變超高強(qiáng)韌性混凝土的自身性能。 （3）超高強(qiáng)韌性混凝土泵送至攤鋪機(jī)集料槽內(nèi)，履帶機(jī)帶動(dòng)攤鋪機(jī)按照設(shè)定速率自行行走，同時(shí)開(kāi)啟攤鋪振搗器進(jìn)行振搗，技術(shù)人員實(shí)時(shí)觀測(cè)攤鋪效果并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)調(diào)整處理。 （4）攤鋪機(jī)行走過(guò)程中同步拖動(dòng)間隔一定距離的第二道沿橫向設(shè)置的整平架向前行走，技術(shù)工人成排間隔站立在整平架上對(duì)初步攤鋪后的超高強(qiáng)韌性混凝土進(jìn)行整平及少數(shù)缺陷修補(bǔ)，處理完后在其表面間隔進(jìn)行水霧噴射保濕處理，依據(jù)施工天氣溫度、風(fēng)力、攤鋪速度等進(jìn)行水霧補(bǔ)充調(diào)整，以防止高溫大風(fēng)天氣施工時(shí)超高強(qiáng)韌性混凝土表面水分流失過(guò)快而產(chǎn)生收縮微裂縫和起皮現(xiàn)象。 （5）第二道橫向整平架后間隔一定距離掛設(shè)有第三道的精確整平和覆膜架，技術(shù)工人站在其上對(duì)澆筑振搗整平后的超高強(qiáng)韌性混凝土進(jìn)行精確整平和覆膜，進(jìn)一步保證橋面攤鋪后的超高強(qiáng)韌性混凝土的平整，并進(jìn)行及時(shí)的覆膜保溫保濕處理。 橋面超高強(qiáng)韌性混凝土攤鋪施工工藝流程及現(xiàn)場(chǎng)照片如圖8、9 所示。

圖8 超高強(qiáng)韌性混凝土鋪裝施工工藝流程

圖9 超高強(qiáng)韌性混凝土鋪裝施工現(xiàn)場(chǎng)

3.3 高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)

橋面鋪裝采用超高強(qiáng)韌性混凝土澆筑完成覆膜保溫保濕24 h，然后去掉保溫保濕薄膜，覆蓋較厚且密閉性較好的防水保溫幕布，開(kāi)啟電蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備進(jìn)行高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)制度為在恒溫溫度≥80℃、濕度≥95%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)72 h，升降溫速率均不宜超過(guò)15℃/h，高溫蒸養(yǎng)結(jié)束后進(jìn)行常溫灑水養(yǎng)護(hù)。 高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)設(shè)備如圖10 所示。

圖10 高溫養(yǎng)護(hù)設(shè)備

4 結(jié)論

（1）依托實(shí)際鋼橋面鋪裝工程，為綜合解決傳統(tǒng)鋼橋面鋪裝易損壞和鋼橋面板疲勞等問(wèn)題，提出了采用超高強(qiáng)韌性混凝土進(jìn)行鋼橋面鋪裝方案。（2）為滿足橋梁“三分幅兩階段”的創(chuàng)新建設(shè)方案，采用超高強(qiáng)韌性混凝土進(jìn)行大跨度、三分幅的鋼橋面鋪裝施工，對(duì)橫縱向接縫進(jìn)行合理化構(gòu)造設(shè)計(jì)取得了較好的應(yīng)用效果。 其中橫向三分幅鋪裝施工中，先澆筑左右幅鋪裝層并預(yù)留與中幅連接的鋼筋網(wǎng)， 且在靠近中幅側(cè)沿縱向間隔布設(shè)馬牙槎接縫，保證后澆的中幅超高韌性混凝土與先澆筑的左右幅鋪裝層有效連接；在單幅鋼橋面縱向分次澆筑超高強(qiáng)韌性混凝土?xí)r，先后澆筑的接縫處設(shè)置于正彎矩區(qū)域，且避開(kāi)橫隔板設(shè)置處，對(duì)先澆筑的混凝土進(jìn)行鑿毛處理，接縫面露出大量鋼纖維，并用環(huán)氧粘結(jié)劑涂抹處理；橋面橫橋向兩側(cè)鋪裝層與人行道路緣石界面處嵌填擠塑板后填密封膠，保證橋面橫向伸縮變形，且能防止雨水、空氣等滲入鋪裝層后發(fā)生鋼橋面頂板銹蝕。 （3）采用超高強(qiáng)韌性混凝土進(jìn)行鋼橋面鋪裝，總結(jié)和提煉形成了大跨度鋼橋超高強(qiáng)韌性混凝土攤鋪及養(yǎng)護(hù)施工工藝，可為今后類似工程提供借鑒。