大跨柔性鋼橋面UHPC剛性橋面鋪裝技術(shù)

摘要 結(jié)合勝利黃河大橋維修改造工程橋面UHPC剛性鋪裝實(shí)例，從鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、常溫養(yǎng)護(hù)型UHPC材料、施工工藝等方面總結(jié)了一種適用于大跨柔性結(jié)構(gòu)鋼橋面的剛性橋面鋪裝技術(shù)，解決了傳統(tǒng)柔性鋪裝方案易出現(xiàn)的橋面鋼結(jié)構(gòu)疲勞開(kāi)裂、鋪裝層開(kāi)裂、擁包、脫層等病害，提高了橋梁的安全性能及使用壽命，對(duì)以后類似橋梁的橋面鋪裝施工具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 UHPC;橋面鋪裝;攤鋪機(jī);剪力釘

中圖分類號(hào) U443.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）12-0105-03

收稿日期：2022-04-08

作者簡(jiǎn)介：張永江（1990—），男，本科，工程師，研究方向：橋梁施工。

0 引言

自1987年我國(guó)第一個(gè)鋼斜拉橋（勝利黃河大橋）建成以來(lái)，國(guó)內(nèi)建設(shè)的鋼斜拉橋、懸索橋越來(lái)越多。近年來(lái)，我國(guó)已建成的多座采用柔性鋪裝方案（SMA、澆筑式瀝青以及環(huán)氧鋪裝）的大跨徑正交異性鋼橋面橋梁，除少數(shù)橋梁運(yùn)營(yíng)狀況良好以外，大部分橋梁都陸續(xù)出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)疲勞開(kāi)裂和橋面鋪裝負(fù)彎矩區(qū)開(kāi)裂等病害[1]，嚴(yán)重影響橋梁的通行能力及結(jié)構(gòu)安全。

隨著新材料、新工藝的不斷發(fā)展，混凝土強(qiáng)度等級(jí)也不斷提高，超高性能混凝土（UHPC）具有韌性高、抗壓強(qiáng)度高和耐久性能好等優(yōu)異性能[2]，在越來(lái)越多的橋梁工程中得到應(yīng)用。但當(dāng)前國(guó)內(nèi)UHPC橋面鋪裝施工還沒(méi)有統(tǒng)一的施工規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，工藝待完善與改進(jìn)。

1 工程概況

勝利黃河大橋全長(zhǎng)2 817 m，主橋長(zhǎng)682 m，為五孔連續(xù)雙塔雙索面鋼斜拉橋，孔跨布置為（60.5+136.5+288+

136.5+60.5）m，主梁為雙邊鋼箱正交異性板鋼結(jié)構(gòu)，橋梁寬19.5 m，設(shè)計(jì)為雙向4車道，橋面橫坡1.5%。原橋面鋪裝為4 cm澆筑式瀝青混凝土基層+3.5 cm SMA改性瀝青面層，經(jīng)過(guò)33年的使用，正交異性鋼橋面存在疲勞裂縫，橋面線型不均且有局部變形等病害，采用鋼-UHPC組合橋面鋪裝[3]方式對(duì)橋面進(jìn)行剛性鋪裝體系改造提升。

2 工藝原理

該技術(shù)是利用剪力釘、鋼筋網(wǎng)、UHPC組成橋面剛性鋪裝結(jié)構(gòu)層（圖1），利用UHPC的高抗壓抗折強(qiáng)度，在柔性橋面結(jié)構(gòu)上形成一層剛度大、強(qiáng)度高的鋪裝層，提高橋面的剛度，在上部車輛荷載下能將荷載分布到更大的范圍，以減少橋面鋼結(jié)構(gòu)的疲勞應(yīng)力，減少疲勞裂紋的產(chǎn)生，以達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的。同時(shí)UHPC的高韌性、高抗折抗拉強(qiáng)度能在柔性結(jié)構(gòu)橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)生大變形時(shí)能跟隨變形且不開(kāi)裂，解決普通混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)變形適應(yīng)性問(wèn)題。

橋面鋪裝層設(shè)計(jì)厚度55 mm，剪力釘為φ19 mm ML15螺柱頭焊釘，長(zhǎng)度35 mm，間距31 cm×31 cm，

φ10 mm鋼筋網(wǎng)眼大小為5 cm×5 cm，UHPC平均厚度55 mm，橋面局部變形處進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3 UHPC材料及拌制

3.1 UHPC原材料

UHPC是由干粉料、鋼纖維在現(xiàn)場(chǎng)混合攪拌，添加外加劑、水拌合而成，材料配比見(jiàn)表1。

該配合比拌制UHPC材料，抗壓強(qiáng)度120 MPa，抗折22 MPa，坍落度≥600 mm，28天干縮比不大于300微應(yīng)變，具有低收縮、可進(jìn)行常溫養(yǎng)護(hù)的特性。

3.2 UHPC現(xiàn)場(chǎng)拌合

UHPC拌制采用2 m3的UHPC專用立軸行星式攪拌機(jī)，利用行星自轉(zhuǎn)+公轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行攪拌，每次拌制1.2 m3以確保UHPC能充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

拌合時(shí)按照配合比進(jìn)行原材的提前稱包，具體的攪拌流程為：預(yù)混料干拌3 min，自動(dòng)稱量加入水、外加劑后濕拌2 min，最后加入鋼纖維拌制3～5 min出料，生產(chǎn)效率為4.8～6 m3/h。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及出料的試驗(yàn)情況可微調(diào)水及減水劑的用量。

UHPC拌合站應(yīng)設(shè)置在澆筑地點(diǎn)附近，減少材料運(yùn)輸時(shí)間，確保材料的力學(xué)性能及施工性能不損失。

4 橋面鋪裝施工

根據(jù)勝利黃河大橋的現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行橋面攤鋪施工分區(qū)設(shè)置，該橋采用半幅施工，共分8個(gè)區(qū)，一次攤鋪寬8 m，長(zhǎng)170 m左右，方量約80 m3，配置3臺(tái)拌合機(jī)。施工時(shí)以分區(qū)分幅依次攤鋪施工，每次攤鋪后留1天的養(yǎng)護(hù)等強(qiáng)時(shí)間，避免車輛活動(dòng)引起的震動(dòng)及橋面變形過(guò)大引起UHPC鋪裝開(kāi)裂。

4.1 橋面拋丸及防腐

用自行式橋面拋丸機(jī)對(duì)鋼橋面進(jìn)行拋丸施工，清理橋面原涂層（老橋）、銹跡、油脂等并糙化結(jié)合面。拋丸機(jī)的拋口寬度50～90 cm，行走方式以縱橋向?yàn)橹?，盡量減少行走坡度。拋丸等級(jí)為Sa2.5級(jí)，粗糙度50～

100 μm。防腐涂裝采用含鋅量不小于70%的環(huán)氧富鋅底漆，漆膜厚度為80 μm。

4.2 剪力釘焊接

剪力釘焊接前對(duì)焊接位置進(jìn)行放線，避開(kāi)原鋼橋面的對(duì)接焊縫及U肋焊接縫。打磨掉焊接點(diǎn)位的涂裝后用電弧螺柱焊機(jī)焊接，焊腳高度8 mm且周圈飽滿無(wú)缺口。焊接完成后，清除磁環(huán)和雜物，并對(duì)剪力釘進(jìn)行30°彎曲試驗(yàn)檢查，對(duì)不合格的割除、補(bǔ)焊。檢驗(yàn)完后對(duì)剪力釘焊縫進(jìn)行防腐涂裝。

4.3 鋼筋網(wǎng)綁扎

鋼筋綁扎時(shí)接頭錯(cuò)開(kāi)間距為1.5 m，搭接長(zhǎng)度40 cm，鋼筋保護(hù)層按UHPC頂面15 mm控制。施工時(shí)如遇鋼筋位置與剪力釘布置有沖突，可適當(dāng)調(diào)整鋼筋的位置，特別注意鋼筋縱向接頭處的鋼筋布置和螺栓帶處鋼筋位置及保護(hù)層控制。

4.4 UHPC攤鋪

UHPC攤鋪采用機(jī)械施工，從前至后分別專用布料機(jī)、超聲震動(dòng)整平機(jī)、覆膜機(jī)。布料機(jī)在前進(jìn)行UHPC布料，整平機(jī)隨后進(jìn)行坡度及表面平整度的修整，覆膜機(jī)緊跟覆蓋薄膜保水養(yǎng)護(hù)。

4.4.1 布料

混凝土罐車運(yùn)輸U(kuò)HPC至泵車處，泵送至布料機(jī)料斗內(nèi)，料斗內(nèi)進(jìn)行2次攪拌，通過(guò)布料機(jī)（圖2）的前后移動(dòng)及布料斗的橫向移動(dòng)，用類似3D打印式的布料方式確保材料的均勻性及布料的均勻性。

4.4.2 整平

UHPC的振搗及整平由整平機(jī)的振搗整平系統(tǒng)進(jìn)行，該設(shè)備安裝激光和超聲波雙系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、高頻振搗刮板，能夠準(zhǔn)確設(shè)定雙面水坡坡度和標(biāo)高。振搗頻率為100 Hz，通過(guò)振搗整平后UHPC厚度誤差控制在2 mm范圍內(nèi)。

將整平機(jī)的整平板根據(jù)橋梁的橫向坡度進(jìn)行改造，以適應(yīng)橋面的橫向坡度（圖3）。同時(shí)將整平板在端部設(shè)置成活動(dòng)可調(diào)節(jié)形式，以適應(yīng)泄水孔及橋面破洞變化處鋪裝層的整平。

4.4.3 覆膜

覆膜機(jī)緊跟整平機(jī)之后進(jìn)行覆膜，覆膜間隔時(shí)間不大于澆筑時(shí)UHPC表面的結(jié)皮時(shí)間[4]（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)天氣狀況測(cè)算約10 min）。過(guò)程中人工霧化保濕，同時(shí)進(jìn)行人工配合收面。覆膜時(shí)搭接不小于30 cm，待混凝土有一定強(qiáng)度后覆蓋土工布養(yǎng)護(hù)。

4.4.4 養(yǎng)護(hù)

UHPC保濕養(yǎng)護(hù)分為兩個(gè)階段。第一階段：UHPC澆筑后即鋪設(shè)高分子保濕養(yǎng)護(hù)薄膜，進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間24～48 h;第二階段：揭開(kāi)保濕養(yǎng)護(hù)薄膜，僅覆蓋土工布繼續(xù)飽水養(yǎng)護(hù)至14 d。當(dāng)溫度略低于5 ℃施工UHPC時(shí)，應(yīng)設(shè)置保溫棚，并通入低溫蒸汽（圖4），保證UHPC混凝土有一定溫度（20～30 ℃），利于UHPC的強(qiáng)度及彈性模量的提升[5]。

4.5 施工注意事項(xiàng)

（1）UHPC原材為細(xì)目石英砂及細(xì)粉料，在生產(chǎn)、拌制過(guò)程中嚴(yán)格按照攪拌程序執(zhí)行，確保攪拌均勻性，從而保證材料性能。

（2）UHPC表面失水假凝結(jié)皮時(shí)間較短，施工時(shí)要合理安排材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸及澆筑工序銜接，保證施工連續(xù)，且過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行噴霧保濕。

（3）分區(qū)施工時(shí)，兩個(gè)分區(qū)施工間隔不小于24 h且UHPC同養(yǎng)試件強(qiáng)度不小于30 MPa，避免施工干擾造成鋪裝層開(kāi)裂。

（4）對(duì)于UHPC的施工接縫，采用凹凸形鋸齒槽口，同時(shí)進(jìn)行鑿毛處理，露出新鮮鋼纖維，增強(qiáng)接縫處新老UHPC的連接性能。

（5）對(duì)于老橋面存在局部凹陷變形或坡度變化引起局部鋪裝過(guò)厚的情況，為保證鋼筋的保護(hù)層厚度適宜，根據(jù)測(cè)量的標(biāo)高，在局部增設(shè)一層鋼筋網(wǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

勝利黃河大橋主橋橋面UHPC鋪裝時(shí)優(yōu)選的UHPC配合比，既保證了材料的強(qiáng)度，又具有良好的流動(dòng)性、均勻性、保塌性等施工性能;成套施工機(jī)械的應(yīng)用保證了UHPC材料鋪裝均勻性、線型標(biāo)高的準(zhǔn)確性及平整度和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。經(jīng)過(guò)同養(yǎng)試件試驗(yàn)UHPC抗壓強(qiáng)度130 MPa，抗折強(qiáng)度26 MPa，性能優(yōu)異，同時(shí)該橋的動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)顯示UHPC剛性橋面鋪裝能明顯降低鋼橋面的疲勞應(yīng)力，加固效果明顯，也顯著提高了橋梁的行車舒適性。

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