創(chuàng)啟路大橋超高性能組合鋼橋面鋪裝體系施工技術(shù)

陳 彪， 羅李陶， 胡 雄， 宋瑞豐， 員晨東

(1.中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司， 武漢 430000； 2.成都天府新區(qū)建設(shè)投資有限公司， 成都 610200)

鋼結(jié)構(gòu)橋相較于混凝土橋，在建過程能源消耗少、污染小，達(dá)到橋梁設(shè)計(jì)年限后，材料可回收利用，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家政策的大力支持，鋼結(jié)構(gòu)橋越來越普遍[1]，但鋼結(jié)構(gòu)橋梁橋面鋪裝層易破損，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高，尤其是我國南方地區(qū)夏季鋼橋面鋪裝層溫度超過55 ℃的橋梁占比60%以上[2]。在重載和超載車輛作用下，傳統(tǒng)的鋼橋面鋪裝體系如澆筑式瀝青、環(huán)氧瀝青等較易出現(xiàn)各種病害，由于該鋪裝為柔性鋪裝體系，無法從根本上改善橋面系的剛度。因此，輕者會(huì)不同程度出現(xiàn)開裂破損問題，重者甚至危及結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)斷裂風(fēng)險(xiǎn)[3]。為增強(qiáng)鋼橋面鋪裝層抗裂能力，有必要采用剛性鋪裝體系。本文以創(chuàng)啟路大橋超高性能組合鋼橋面鋪裝體系為例，對(duì)超高性能組合鋼橋面鋪裝施工技術(shù)進(jìn)行探究與總結(jié)，為今后該類型鋪裝體系的施工應(yīng)用提供借鑒與參考。

1 工程概況

創(chuàng)啟路大橋上部結(jié)構(gòu)采用1聯(lián)變高連續(xù)鋼箱梁(35.5+60+35.5)m，寬31 m，采用超高性能組合鋼橋面鋪裝體系，鋪裝層由STC層+防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層+面層組成，如圖1所示。利用超高韌性混凝土(STC)超強(qiáng)的抗拉、抗折、抗裂、超韌、超強(qiáng)耐久性等優(yōu)異特點(diǎn)，極大地提高橋面結(jié)構(gòu)層的剛度、耐久性，同時(shí)極大降低鋼橋面應(yīng)力[4-5]；采用高黏高彈改性瀝青(灑布碎石)作為防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層實(shí)現(xiàn)STC層與面層間過渡、防水及應(yīng)力吸收功能，有效避免瀝青面層出現(xiàn)反射裂縫、推移等病害[6]。

單位：mm

2 超高性能組合材料

2.1 STC超高韌性混凝土

1) 材料組成、性能及設(shè)計(jì)指標(biāo)

STC超高韌性混凝土主要由水泥、石英砂、石英粉、礦物摻合料、鋼纖維、減水劑和水組成，其配合比設(shè)計(jì)通過剔除粗骨料增加細(xì)集料用量，以最佳比例形成最緊密的堆積體[7]，并通過提高組分的細(xì)度與活性，最大程度地減少混合料內(nèi)部的微裂縫與孔隙，以獲得由其主要組分材料所決定的最大強(qiáng)度及優(yōu)異的耐久性[8]。為提高強(qiáng)度，降低STC混凝土水膠比至0.16～0.22，增加鋼纖維用量(鋼纖維體積率不小于3.5%)，在混合料中形成致密的纖維網(wǎng)，既增加了混凝土抗拉強(qiáng)度，又預(yù)防了混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)展，增強(qiáng)了混凝土的韌性。

STC混凝土抗壓強(qiáng)度在110 MPa以上，抗彎拉強(qiáng)度不小于22 MPa，高溫蒸養(yǎng)后收縮應(yīng)變?yōu)?，徐變系數(shù)為0.2～0.3，具有超高的力學(xué)特性與耐久性。

2) 攪拌與養(yǎng)護(hù)

STC混凝土與普通混凝土組成及配比差別大，含有大量高致密性的硅灰材料，水膠比小，鋼纖維體積率不小于3.5%，流動(dòng)性弱，需采用專用快速攪拌機(jī)攪拌方可確保混凝土拌和質(zhì)量。由于水泥含量較大，STC澆筑時(shí)表面易失水產(chǎn)生裂縫，為此設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化工作橋用于澆筑整平后的補(bǔ)水、抹面及覆膜養(yǎng)護(hù)；STC混凝土終凝后水化反應(yīng)加快，大量釋放出水化熱，易產(chǎn)生干縮裂縫，為此采用自動(dòng)控制蒸養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保STC混凝土快速達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

2.2 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層

高黏高彈改性瀝青具有高黏、高彈特性，其60 ℃粘度遠(yuǎn)大于常規(guī)的SBS改性瀝青，可達(dá)到60 000 Pa·s以上，高溫變形能力強(qiáng)，且彈性恢復(fù)能力突出，低溫和抗疲勞性能良好，可極大程度地避免或延緩反射裂縫的發(fā)展，能起到良好的粘結(jié)作用。STC混凝土剛性大，橋梁面層為柔性材料，STC層與瀝青磨耗層分屬剛、柔性鋪裝,兩者模量差異及層間剪應(yīng)力大,易使瀝青鋪裝層產(chǎn)生車轍、推移等病害，因此2層之間需設(shè)置結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、防水能力強(qiáng)、粘結(jié)及抗剪能力強(qiáng)、抗高溫變形及抗柔性變形能力強(qiáng)的防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層[9-11]，起到粘結(jié)、密封及應(yīng)力吸收與擴(kuò)散作用，尤其對(duì)縱坡較大橋梁、承受重載或超載、氣溫惡劣的橋梁工程，防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的質(zhì)量至關(guān)重要。

3 施工工藝流程

超高性能組合鋼橋面鋪裝體系施工由STC層、防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層、鋪裝面層施工3部分組成，其中以STC層及防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層施工質(zhì)量控制最為關(guān)鍵，各工序施工時(shí)應(yīng)盡量做到連續(xù)作業(yè)，確保栓釘、鋼筋無銹蝕，工作面無污染或損壞，且各工序均需驗(yàn)收合格，其施工流程如圖2所示。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 栓釘焊接

1) 準(zhǔn)備工作

(1) 對(duì)鋼橋面板進(jìn)行清理，確保清潔、干燥；(2) 栓釘焊接前先按栓釘設(shè)計(jì)間距及平面位置在橋面板上放線定位，最外側(cè)栓釘需加密布置，定位時(shí)應(yīng)先定位出普通位置點(diǎn)，再定位出加密位置點(diǎn)；(3) 采用角磨機(jī)對(duì)橋面板上每處栓釘位置進(jìn)行打磨，打磨范圍直徑控制在2 cm～4 cm。

2) 焊接栓釘

采用電弧螺柱焊機(jī)焊接栓釘，焊接電流控制在1 400 A～1 600 A為宜，焊接時(shí)間0.9 s～1.5 s。栓釘焊接完后，清除焊渣、瓷環(huán)和雜物，再用環(huán)氧富鋅對(duì)焊接處進(jìn)行修補(bǔ)。栓釘焊接可靠性采用彎曲試驗(yàn)檢查，彎曲試驗(yàn)以重錘平擊釘帽沿原軸線彎曲30°時(shí)，焊接部位不產(chǎn)生裂紋為合格。

圖2 超高性能組合鋼橋面鋪裝施工工藝

3) 特殊位置焊接

當(dāng)栓釘?shù)脑O(shè)計(jì)位置與鋼橋面板對(duì)接焊縫位置沖突時(shí)，適當(dāng)調(diào)整栓釘位置，可將栓釘偏離焊縫2 cm～3 cm，嚴(yán)禁直接在焊縫上焊接栓釘[12]。

4.2 鋼筋網(wǎng)綁扎

1) STC混凝土設(shè)置CRB500級(jí)帶肋鋼筋網(wǎng)，縱、橫向鋼筋間距均為70 mm，鋼筋保護(hù)層厚度15 mm。栓釘縱向間距為250 mm，其間布置3根鋼筋，橫向栓釘間距為300 mm，其間布置4～5根鋼筋。

2) 在橋面板上每2 m設(shè)置1根Φ12的鋼筋作為墊條，鋼筋網(wǎng)擺放在鋼筋墊塊上，不需綁扎，整平梁軌道部位鋼筋墊條可適當(dāng)加密，以防止受壓時(shí)下陷。鋼筋網(wǎng)綁扎時(shí)先將縱向鋼筋擺放在墊條上，然后將橫向鋼筋放置在縱向鋼筋上，再用鍍鋅鋼絲將縱橫鋼筋綁扎在交叉處。鋪裝區(qū)域四周2根鋼筋交叉點(diǎn)應(yīng)每點(diǎn)綁扎，中間范圍每隔50 cm呈斜線型綁牢鋼筋網(wǎng)。

3) 當(dāng)鋼筋與栓釘位置沖突時(shí)適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置，并將該處鋼筋與栓釘綁扎牢靠；STC層與其他結(jié)構(gòu)設(shè)施之間需形成有效連接，與兩側(cè)路緣石連接時(shí)路緣石應(yīng)預(yù)埋同規(guī)格型號(hào)鋼筋或進(jìn)行植筋，并通過U型鋼筋將STC鋼筋網(wǎng)及路緣石預(yù)留鋼筋焊接形成整體，焊接長度需滿足單面焊焊縫長度10d要求(d為鋼筋直徑)。

鋼筋網(wǎng)綁扎如圖3所示。

圖3 鋼筋網(wǎng)綁扎

4.3 STC超高韌性混凝土澆筑

攤鋪前，對(duì)鋼橋面進(jìn)行清理，同時(shí)采用霧炮機(jī)噴灑水霧，保證待攤鋪橋面濕潤。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置STC混凝土專用濕拌機(jī)，STC拌和料的輸送為翻斗車+泵車泵送方式。STC澆筑時(shí)，汽車泵在澆筑區(qū)域外側(cè)非機(jī)動(dòng)車道處就位，STC料拌和后由翻斗車接料運(yùn)輸，卸料至泵車中進(jìn)行泵送布料，采用整平梁進(jìn)行振動(dòng)整平，工作橋緊隨其后進(jìn)行人工抹面和保濕養(yǎng)護(hù)。其主要工序如下：

1) STC混凝土拌和

STC混凝土的拌和包含廠內(nèi)干拌和施工現(xiàn)場(chǎng)濕拌2道工序[12]。

(1) STC干拌

原材料在干拌工廠內(nèi)采用專用干拌機(jī)進(jìn)行干拌，各組成材料均由電子稱量系統(tǒng)稱量。干拌15 min混合均勻后再裝入專用0.5 m3干混料貯存桶，貯存桶需干燥潔凈，運(yùn)輸及材料堆放需做好防污染、防潮措施。STC干拌混合料成品如圖4所示。

圖4 STC干拌混合料成品

(2) STC現(xiàn)場(chǎng)濕拌

因STC混凝土水膠比低，鋼纖維含量高，攪拌時(shí)間長，因此配備3臺(tái)專用濕拌機(jī)進(jìn)行濕拌。STC攤鋪時(shí)，將桶裝STC干混料按桶計(jì)量投入濕拌機(jī)后加水?dāng)嚢? min～5 min至STC流化，每臺(tái)攪拌機(jī)每次攪拌0.5 m3，流化后繼續(xù)攪拌2 min[11]，確?；炷帘砻鏌o泌水，骨料無下沉趨勢(shì)。STC混凝土流動(dòng)性較差，為方便攤鋪整平，需將STC的坍落度控制在200 mm～230 mm，擴(kuò)展度控制在560 mm～600 mm。

2) STC混凝土輸送

濕拌好的STC料接入料斗，利用叉車運(yùn)送料斗至作業(yè)面，通過汽車泵輸送至攤鋪工作面中。

3) STC攤鋪整平

汽車泵布料后，采用2臺(tái)8 m寬STC整平梁進(jìn)行攤鋪整平，整平梁前方STC混凝土布料集中成堆時(shí)需人工配合攤鋪；15 m寬標(biāo)準(zhǔn)化工作橋緊隨整平梁，與其保持3 m距離為宜，人工抹面、灑水保濕養(yǎng)護(hù)等工序均在工作橋上完成，如圖5所示。

圖5 STC攤鋪整平

4) 人工抹面精平

整平梁粗平后采用人工抹面精平。人工抹面精平時(shí)需采用高壓水槍噴灑水霧補(bǔ)水，抹面精平后STC表面應(yīng)無任何缺陷，抹面時(shí)若發(fā)現(xiàn)有混合料團(tuán)塊應(yīng)清除，邊抹面邊用直尺檢測(cè)STC表面平整度，不符合要求的及時(shí)處理。

4.4 STC超高韌性混凝土養(yǎng)護(hù)

1) STC保濕養(yǎng)護(hù)

圖6 表面精平、保濕養(yǎng)護(hù)

保濕膜搭接不小于20 cm，搭接處采用壓條固定。

2) STC層高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)

高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)通過自動(dòng)控制蒸養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)行，STC混凝土終凝后立即揭除保濕膜，搭設(shè)養(yǎng)護(hù)保溫棚。保溫棚由帆布、保溫棉及鋼筋網(wǎng)片架設(shè)組成，網(wǎng)噴支架高20 cm，內(nèi)部布置蒸汽管道，通過蒸汽管道輸送蒸汽，每個(gè)養(yǎng)護(hù)區(qū)域內(nèi)蒸汽發(fā)生器數(shù)量經(jīng)過計(jì)算確定；保溫棚內(nèi)設(shè)置溫濕傳感器進(jìn)行溫濕度監(jiān)測(cè)，并據(jù)此進(jìn)行蒸汽量的調(diào)控。

為避免產(chǎn)生溫度裂縫，養(yǎng)護(hù)升溫階段升溫速度控制在15 ℃/h，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，降溫速度不得超過10 ℃/h。養(yǎng)護(hù)溫度控制在80 ℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于72 h，養(yǎng)護(hù)過程中相對(duì)濕度不低于95%[13]。

4.5 STC超高韌性混凝土表面糙化

STC表面糙化目的是使其表面具有很好的抗滑性能，加強(qiáng)STC層與面層的粘結(jié)效果[14]。STC層與防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的粘結(jié)強(qiáng)度的大小不僅取決于高黏高彈改性瀝青的特性，還與STC層表面的糙化程度、干潔程度密切相關(guān)。

1) STC表面采用拋丸法糙化。拋丸施工前人工清除橋面浮漿、油漬、雜物等，確保STC面干燥清潔，并通過試驗(yàn)確定與STC表面粗糙度指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的丸料規(guī)格和流量，STC表面構(gòu)造深度控制在0.45 mm～0.6 mm，現(xiàn)場(chǎng)以露出新鮮骨料及少量鋼纖維為直觀控制標(biāo)準(zhǔn)。STC表面拋丸糙化效果如圖7所示。

2) 拋丸完成后，采用市政清洗車的高壓水沖洗基面，沖洗完成后的基面不得有水泥浮漿；用高壓風(fēng)機(jī)清掃基面，確?；媲鍧崱⒏稍?；基面清掃完成后，需及時(shí)鋪筑瀝青面層，以防止拋丸后的工作面被污染。若不能及時(shí)鋪裝瀝青層，則應(yīng)采用防雨布進(jìn)行覆蓋保護(hù)，并禁止車輛行駛。

圖7 STC表面拋丸糙化效果

3) 拋丸后采用鋪砂法進(jìn)行構(gòu)造深度檢測(cè)，每40 m2檢測(cè)一處。

4.6 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層施工

高黏高彈改性瀝青粘度高，施工時(shí)對(duì)溫度要求高，粘結(jié)層施工時(shí)氣溫不得低于10 ℃，高黏高彈改性瀝青的噴灑溫度宜為190 ℃～200 ℃，控制在200 ℃時(shí)噴灑效果最佳，溫度低時(shí)噴嘴扇面不完整，易導(dǎo)致瀝青噴灑不均勻。其施作工序如下：

1) 布料

采用瀝青同步碎石封層車進(jìn)行防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層施工，在受橋面路緣石影響的邊角部位，采用人工輔助方法撒布瀝青及碎石。為保證瀝青和碎石灑(撒)布均勻，施工前對(duì)同步碎石封層車、壓路機(jī)等各種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，并在施工區(qū)域外設(shè)置試驗(yàn)過渡段進(jìn)行試撒，過渡段長度不小于5 m[15]。

布料時(shí)，材料用量的控制需滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，高黏高彈改性瀝青灑布量1.6 kg/m2～2.0 kg/m2，預(yù)拌碎石采用SBS改性瀝青和粒徑4.75 mm～9.5 mm玄武巖，油石比宜為0.3%～0.5%，采用0.3%效果最佳，撒布面積占鋪裝面積宜為60%～70%，以機(jī)械不粘輪為宜，瀝青及預(yù)拌碎石灑(撒)鋪均勻，不得堆積。

同步碎石封層車需行駛平穩(wěn)勻速，車速控制在8 km/h～12 km/h。

2) 壓實(shí)及成型

布料后待瀝青溫度降至100 ℃左右，開始進(jìn)行碾壓。采用8 t～10 t膠輪壓路機(jī)緩慢、勻速輾壓，最大壓實(shí)速度不超過5 km/h；碾壓后使得集料之間嵌擠密實(shí)，且將集料牢固嵌入瀝青中；壓實(shí)遍數(shù)1～2遍，玄武巖石料不得出現(xiàn)較多壓碎現(xiàn)象。

碾壓成型溫度冷卻至環(huán)境溫度后，人工清掃表面的浮石，碾壓成型的防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層如圖8所示。

圖8 碾壓成型的防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層

3) 接縫處理

防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層施工過程中，應(yīng)注重接縫處理。橫向接縫位置搭接施工時(shí)要避免與前次施工斷面重疊，在灑布前采用油氈沿橫向接縫將已灑布的段落覆蓋保護(hù)，再進(jìn)行施工。對(duì)縱向接縫，宜在先進(jìn)行施工一側(cè)暫留10 cm～15 cm寬度灑布瀝青但不撒碎石，待另一側(cè)施工時(shí)沿上一側(cè)邊緣撒布碎石，然后進(jìn)行碾壓。

4) 粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)

防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層施工完成后，待瀝青溫度降為常溫時(shí)，采用拉拔儀進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，并進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)。拉拔頭在防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層施工后，用專用膠水與瀝青面緊密粘貼，18 h后即可進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，檢測(cè)合格后方可進(jìn)行面層施工。

4.7 高黏高彈改型瀝青SMA-13面層鋪筑

高黏高彈改性瀝青SMA混合料與普通瀝青混合料相比，其可塑性和流動(dòng)性均對(duì)溫度敏感性較強(qiáng)，因此在拌和、運(yùn)輸及攤鋪過程對(duì)溫度的管控嚴(yán)格，特別是在運(yùn)輸過程中需做好保溫措施，施工中應(yīng)盡量減少接縫。

5 結(jié)束語

創(chuàng)啟路大橋超高性能組合鋼橋面鋪裝體系施工嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行，施工中采用STC專用攪拌機(jī)、可移動(dòng)整平梁、標(biāo)準(zhǔn)化工作橋、自動(dòng)控制蒸養(yǎng)系統(tǒng)、瀝青同步碎石封層車等專業(yè)設(shè)備，機(jī)械化程度高，施工便捷，有效保證了施工質(zhì)量和工期。

創(chuàng)啟路大橋投入使用2年多來，交通繁忙且多為重載，橋面鋪裝層未發(fā)生任何病害，可供同類工程參考。