超大面積鋼橋面 UHPC 鋪裝層施工技術(shù)研究

沈正京

（上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司，上海 200433）

0 引言

UHPC 是目前水泥基材料研究、應(yīng)用、創(chuàng)新和發(fā)展最具活力的領(lǐng)域。UHPC 為水泥制品和工程結(jié)構(gòu)的性能改善、壽命提升，為創(chuàng)造開發(fā)新產(chǎn)品或新結(jié)構(gòu)，提供了性能更好的工程材料，在更高層次上滿足對工程、對結(jié)構(gòu)、對產(chǎn)品的需求，如期望結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強、高耐久或長壽命、免維護，期望構(gòu)件美觀、防火，期望工程綠色低碳、低資源消耗等。

1 UHPC 在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

“UHPC”自 1994 年首次出現(xiàn)并被定義成抗壓強度高于 150 MPa 的混凝土以來，作為下一代混凝土，它引發(fā)了人們濃厚的興趣，并成為了研發(fā)的主題。UHPC 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于建筑物、道路與人行橋以及其他結(jié)構(gòu)中。在法國、德國、捷克等歐洲國家，日本、中國、韓國等亞洲國家以及北美地區(qū)，混凝土的研發(fā)工作正如火如荼地加以推進。

早期混凝土的平均抗壓強度最高只能達到約 40 MPa，且脆性大，抗拉強度低。出于對更高性能的追求，研究人員開始嘗試新的混凝土組份、養(yǎng)護方法和成型條件等。隨著研究的深入，高強混凝土（HSC）、注漿纖維混凝土（SIFCON）、高性能纖維增強水泥基復(fù)合材料（HPFRCC）、超高性能混凝土（UHPC）、活性粉末混凝土（RPC）等概念被不斷提出。雖然名稱很多，但在一定程度上，它們都可以被“超高性能混凝土”（以下簡稱“UHPC”）這個詞所代表，具有不低于 100 MPa 的超高抗壓強度、高抗折強度、良好體積穩(wěn)定性、優(yōu)異耐久性和較好抗?jié)B能力等特點［1，2］，并且具有早期強度上升快的特點（見表1）。

表1 HSH 標準養(yǎng)護早期強度匯總

圖 1 給出了某種 UHPC 其組份和配合比與普通混凝土的對比?？梢钥闯?，從混凝土組份上來說它通過以下幾種途徑實現(xiàn)了超高性能。

圖1 某種超高性能混凝土與普通混凝土的對比

1）剔除粗骨料，提高了骨料的均勻性。

2）優(yōu)化細骨料的級配，使其密布整個顆?？臻g，增大了骨料的密實度。

3）摻入硅粉、玻璃粉等超細活性礦物摻和料，使其具有很好的微粉填充效應(yīng)，并通過化學(xué)反應(yīng)降低孔隙率，優(yōu)化了內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。

4）添加纖維改善材料延性。

2 超大面積 UHPC 橋面鋪裝層施工技術(shù)研究

2.1 工程背景

2.1.1 工程概況

平申線航道（上海段）整治工程（葉新公路泖港大橋）位于上海市松江區(qū)泖港鎮(zhèn)、葉新公路與平申線航道（黃浦江上游泖港）交匯處；工程西起葉新公路中興路以西，連續(xù)上跨中南路、平申線航道、泖新東支路后落地，總長約 1 765 m。

新建主橋工程設(shè)計為L=110+225+110=445 m 平行單索面鋼塔鋼箱梁斜拉橋結(jié)構(gòu)形式，塔梁固接、塔墩分離體系。為了便于運輸和吊裝，鋼箱梁采用工廠分段加工，現(xiàn)場節(jié)段拼裝，標準節(jié)段長 10.5 m，具體分段情況如表 2 所示。主橋立面示意圖如圖 2 所示。

表2 主梁分段及 UHPC 分段澆筑統(tǒng)計表

圖2 主橋立面示意圖

主橋中跨布置雙向六車道及兩側(cè)非機動車道和人行道，如圖 3 所示，具體布置為：［2.25 m（人行道含欄桿）+2.5 m（非機動車道）+0.5 m（防撞護欄）+12.25 m（機動車道）+0.5 m（防撞欄桿）］×2+2.5 m（索塔區(qū)）=38.5m（主橋中跨總寬）。

圖3 主橋中跨斷面圖（單位：mm）

主橋邊跨布置雙向六車道及兩側(cè)非機動車道，不設(shè)人行道，如圖 4 所示，具體布置為：［0.25 m（欄桿）+2.5 m（非機動車道）+0.5 m（防撞護欄）+12.25 m（機動車道）+0.5 m（防撞欄桿）］×2+2.5 m（索塔區(qū)）=34.5 m（主橋邊跨總寬）。

圖4 主橋邊跨斷面圖（單位：mm）

2.1.2 主橋橋面鋪裝概況

橋面鋪裝標準厚度 6 0 m m，鋪裝層內(nèi)配置Φ16@100鋼筋網(wǎng)片，通過剪力釘與鋼主梁頂板進行連接，如圖 5 所示。混凝土采用 HSH 型 UHPC 混凝土，下部保護層厚度 16 mm，上部保護層厚度 12 mm。機動車道橋面鋪裝凈寬 12.25×2=24.5 m，非機動車道橋面鋪裝凈寬 2.5×2=5 m，長度共計 445 m（人行道無橋面鋪裝）。

圖5 橋面結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 UHPC 橋面鋪裝施工方法

2.2.1 施工工藝概述

本工程主橋橋面鋪裝分工廠預(yù)制和現(xiàn)場澆筑兩種，根據(jù)鋼梁架設(shè)順序、現(xiàn)場施工條件和 UHPC 混凝土性能特點，具體施工工藝如下。

1）主橋邊跨 10# 段～主跨 2# 段鋼梁現(xiàn)場架設(shè)焊接涂裝完成驗收合格后進行 UHPC 橋面鋪裝層施工。因橋面不具備材料運輸條件，澆筑擬采用 UHPC 自動拌合機在橋下施工便道上拌合、吊車配合料斗輸送至施工地點。為確保混凝土澆筑速度，防止因供料不足造成混凝土澆筑不連續(xù)，形成冷縫，每次澆筑長度控制在 10 m 以內(nèi)（每節(jié)段），各段間按照設(shè)計預(yù)留濕接縫。

2）主跨 3#段-合龍段鋼梁節(jié)段上方橋面鋪裝在鋼梁加工廠內(nèi)澆筑，采用 UHPC 自動拌合機攪拌，料斗吊運至橋面板上方澆筑，濕接縫現(xiàn)場滯后一節(jié)澆筑。

工廠內(nèi)施工部分，采用 2 臺 0.5 m3UHPC 拌合機進行現(xiàn)場拌合后用料斗吊運至橋面板上方布料澆筑，整節(jié)段同步施工，以節(jié)段為單位進行澆筑。廠內(nèi)施工工藝流程如圖 6 所示。

圖6 橋面鋪裝施工工藝流程圖（廠內(nèi)施工）

現(xiàn)場施工部分，根據(jù)運距和拌合能力，工廠采用 2 臺 1 m3UHPC 拌合機進行現(xiàn)場拌合后用料斗吊運至橋面板上方澆筑。按照設(shè)計要求預(yù)留濕接縫?，F(xiàn)場施工工藝流程如圖 7 所示。

圖7 橋面鋪裝施工工藝流程圖（現(xiàn)場施工）

2.2.2 橋面處理及鋼筋施工

為了保證鋼箱梁頂面與鋪裝層保持良好的接觸和咬合，需要對鋼梁頂板進行除銹清理以及表面磨毛處理，處理后的鋼梁表面粗糙度Rz=30～75μm，方為合格，鋼梁表面粗糙度檢測如圖 8 所示。經(jīng)技術(shù)質(zhì)量部門及監(jiān)理驗收，鋼梁表面除銹結(jié)果良好，粗糙度經(jīng)檢測滿足設(shè)計及規(guī)范的要求。除銹合格的鋼梁表面如圖 9 所示。

圖8 粗糙度檢測

圖9 鋼梁表面除銹

本工程鋼筋網(wǎng)片采用 D16 型 HR B400E 熱軋帶肋鋼筋網(wǎng)（縱橫向間距均為 100 mm），網(wǎng)片的鋪裝注意搭接的長度必須滿足設(shè)計圖紙要求和GB/T 1499.3－2010《鋼筋混凝土用鋼筋網(wǎng)》規(guī)范要求 ，并且留有足夠的鋼筋保護層。鋼筋網(wǎng)片順橋向在鋼結(jié)構(gòu)橫橋向焊縫位置處處理方式如圖 10、圖 11 所示。

圖10 UHPC 接縫（鋼筋）平面布置圖（單位：mm）

圖11 UHPC 接縫（鋼筋）斷面構(gòu)造圖（1∶10）（單位：mm）

鋼筋采用綁扎施工，在綁扎過程中，注意同向鋼筋接頭按照 50 % 比例錯開，搭接長度滿足 JTG/T 3650－2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)要求。

2.2.3 振搗梁軌道及模板安裝

振搗梁軌道采用一根Φ25mm 鋼筋，以Φ16 mm 鋼筋做軌道支撐，即每個振搗梁使用兩根軌道。振搗梁軌道布置如圖 12 所示。

圖12 振搗梁軌道鋼筋布置示意圖

1）將軌道鋼筋放置在橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)片上，根據(jù)標高控制線調(diào)整鋼筋高度，要求軌道鋼筋頂面標高與橋面鋪裝標高保持一致。

2）將軌道支撐鋼筋焊接在軌道鋼筋上，每個支撐點設(shè)置兩根支撐鋼筋，支撐呈三角形布置，以保證軌道鋼筋的穩(wěn)定。

2.2.4 UHPC 攪拌及運輸

1）UHPC 攪拌。①攪拌材料添加順序：啟動攪拌機→投入粉料（攪拌 60 s）→加水和→攪拌 240 s（物料達到流化狀態(tài)）→投入纖維、繼續(xù)攪拌（攪拌 180 s 以上）→出料。卸料做擴展度試驗，試驗合格卸料澆筑；攪拌過程中，每小時對 3 臺攪拌機的擴展度檢測一次。

②攪拌加料過程，試驗員嚴格控制每個步驟的操作，確保按照要求進行作業(yè)；試驗員必須對粉料、鋼纖維、水的添加量嚴格控制，與攪拌機操作員密切配合，操作員必須服從試驗員的指揮，不得私自更改加水量。

2）UHPC 拌合物的運輸。運輸 UHPC 拌合物的料斗接料前應(yīng)對斗內(nèi)部清洗干凈。

接料后，按照既定的路線吊運至澆筑現(xiàn)場，預(yù)計用時 12～15 min，其間要求料斗慢速勻速移動。

2.2.5 UHPC 澆筑

1）澆筑方向。原則上由低往高施工，如果現(xiàn)場條件不允許，由遠及近施工時是由高往低澆筑，控制好澆筑的速度，根據(jù)材料的流動性，推算澆筑覆蓋距離，確保澆筑后的面達到設(shè)計標高。

2）澆筑。UHPC 拌合物由料斗吊運至橋面鋪裝模板內(nèi)，自卸自密實澆筑成型，其間控制放料速度，人工配合均勻布料，保證拌合物均勻連續(xù)入模，以不溢滿出橋板平面為宜。

UHPC 拌合物澆筑時需保證均勻澆筑，且澆筑需連續(xù)進行，澆筑間歇期不得超過 20 min。如遇澆筑停滯，應(yīng)對前次澆筑的 UHPC 面進行插搗破壞。宜在兩次澆筑期間對表面進行噴霧保水養(yǎng)護。禁止雨天露天澆筑施工。

橋面鋪裝表面采用振平尺、平板振搗器進行振搗，輕型振搗梁整平。如拌合物入模后流動性較大，隨橋面橫、縱坡流淌無法造坡時，可等待 20～30 min，待拌合物靜置損失后，采用振平尺刮抹的方式造坡。

根據(jù)現(xiàn)場情況，及時對已澆筑部位進行標高控制，完成部分立即用塑料薄膜覆蓋保濕養(yǎng)護。

澆筑期間，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)時刻觀察模板、鋼筋和預(yù)埋件等的穩(wěn)固情況，當發(fā)現(xiàn)有漏漿、松動、變形、移位時，應(yīng)安排及時處理。

2.2.6 混凝土養(yǎng)護

采用薄膜、土工布覆蓋養(yǎng)護，在抹面完成立即灑水覆蓋薄膜進行養(yǎng)護。期間灑水保持濕潤，封閉作業(yè)面，加強巡查，確保養(yǎng)護到位，嚴禁人員、機械進入踩踏、碾壓和其他物件的堆放，養(yǎng)護時間不少于 5 d。

2.3 表面及交界面處理

接縫采用企口縫，如圖 13 所示。UHPC 層界面涂緩凝劑，待 UHPC 初凝后立刻用高壓水槍沖洗，漏出鋼纖維并形成粗糙表面。接縫混凝土澆筑前，需清除接縫內(nèi)雜物，并對混凝土結(jié)合面用水涂刷濕潤。

圖13 UHPC 接縫平面布置圖（單位：mm）

組合板混凝土表面在澆筑瀝青鋪裝前，需進行拋丸處理，粗糙度應(yīng)符合橋面鋪裝層的粘結(jié)要求。拋丸及防水層在 UHPC 全部完成且養(yǎng)護期結(jié)束后?；炷两唤缑骅徝珣?yīng)全斷面均勻進行，鑿毛應(yīng)以高壓水槍鑿毛設(shè)備進行，不得采用風(fēng)鎬等機械設(shè)備。合格的鑿毛應(yīng)為全斷面鋼纖維均勻外露，全斷面 1/2 纖維外漏長度不小于纖維長度 1/3，并噴灑阻銹劑等防護材料對外露鋼纖維進行防銹保護。

2.3.1 接縫端施工

混凝土通過兩臺 0.5 m3UHPC 專用攪拌機現(xiàn)場拌合，使用兩臺小型混凝土運輸車運輸至澆筑點。

機動車道 UHPC 拌合物由小型運輸車溜槽至橋面鋪裝模板內(nèi)，自卸自密實澆筑成型，非機動車道采用手推車倒入，其間控制放料速度及車緩慢勻速行走速度，保證拌合物均勻連續(xù)入模，以不溢滿出橋板平面為宜。手推小車預(yù)先接料，輔助運輸車溜槽到達不了的位置和欠料的位置澆筑。

因接縫位置寬度較窄，橋面鋪裝表面采用小型振平尺進行振搗及表面整平。其余與現(xiàn)場澆筑部分相同。

3 施工過程中出現(xiàn)的問題及針對性解決措施

1）鋼箱梁表面除銹完成后，距離 UHPC 澆筑還有一段時間，這段時間里，除銹后的鋼梁頂面會再次氧化生銹，尤其遇到陰雨潮濕的天氣更為嚴重。

改進措施：①在后續(xù)鋼梁頂面除銹施工過程中，加強第一次除銹打磨力度，打磨驗收后采用表面刷油隔絕空氣的辦法，阻隔鋼梁與空氣接觸面，若遇陰雨天氣，還需進行覆蓋防雨。②加快鋼筋施工速度，縮短與澆筑施工之間的時間間隔。③UHPC 澆筑前對鋼梁頂面殘留的建筑垃圾再清理一遍。

2）UHPC 在運輸和澆筑過程中有一定的水分損失，在白天有光照和高溫情況下更嚴重，這樣會造成攤鋪難度大，攤鋪不均的問題。

改進措施：①本次施工由于場地受限，采用一臺 1 m3攪拌機進行攪拌，攪拌速度跟不上澆筑需求，后續(xù)施工時再增加一臺攪拌機，加快攪拌速度。②提前準備充足的粉料及鋼纖維，且放置于攪拌機周邊，減少送料時間。③每隔一段時間（1 h）對運輸拌合料的翻斗車進行清理，清理掉附著的干硬廢料，并根據(jù)實際情況（光照或風(fēng)力較大）澆水濕潤翻斗內(nèi)壁。

3）通過首件 UHPC 施工，發(fā)現(xiàn)預(yù)留的濕接縫容易在澆筑過程中弄臟，交界面位置拆模后后續(xù)處理不到位。

改進措施：①UHPC 澆筑前，對濕接縫部位進行覆蓋保護；②拆模時間不得超過 12 h，拆模后立即清理濕接縫交界面的填縫泡沫及交界面鑿毛，清理完成后再將濕接縫覆蓋，直至濕接縫施工。

4 結(jié)語

本文主要依托在建的平申線航道（上海段）整治工程（葉新公路泖港大橋）項目主橋工程，為了解決鋼橋面的耐久性以及受力疲勞等方面的缺陷，引進鋼橋面＋ UHPC 解決方案。UHPC 橋面鋪裝層施工過程中，鋼橋面的橋面除銹及打磨處理、鋼筋及接縫加密鋼筋制作、UHPC 材料的拌合、UHPC 澆筑控制都是十分重要的環(huán)節(jié)。橋面除銹與打磨要保證 UHPC 與鋼橋面良好接觸和咬合，共同作用。HSH 型 UHPC 混凝土拌合質(zhì)量對拌合時間要求極其嚴格，所以拌合時需要嚴格控制攪拌時間。Q