超高韌性混凝土在赤石大橋的施工應用研究

吳純奇 徐安東

(中南林業科技大學土木工程學院 湖南長沙 410000)

超高韌性混凝土在赤石大橋的施工應用研究

吳純奇 徐安東

(中南林業科技大學土木工程學院 湖南長沙 410000)

汝郴高速赤石大橋為四塔預應力混凝土斜拉橋，施工過程中因工人操作不當，致6#塔郴州側部分箱梁受損，為對受損部分進行維修加固，該維修采用超高韌性混凝土。文章以其為案例，闡述了超高韌性混凝土在赤石大橋的施工應用，從梁面的糟化處理、梁面植筋、安裝鋼筋網、模板安裝、現澆鋪裝層和高溫蒸汽養護等方面較詳細介紹了超高韌性混凝土的施工流程、澆筑工藝以及養護方法中的關鍵技術。

超高韌性混凝土；施工流程；澆筑工藝；養護

0 引言

超高韌性混凝土(STC)是由水泥、礦物摻合料、細集料、鋼纖維和減水劑等材料制成的干混料，加水拌合，再經凝結硬化后形成的一種具有高抗彎強度、高韌性、高耐久性的水泥基復合材料。與高性能混凝土(HPC)相比，超高韌性混凝土材料的顯著特點是強度高、韌性大，其特性可與金屬鋁媲美[1]。

超高韌性混凝土施工技術引進國內的時間不長，國內從事其研究與施工的單位也不多，但由于它具有凝結硬化后強度高、韌性大、承載能力強、且不易破壞等優點，其在廣東省佛山市的佛陳大橋、北京北關大道跨通惠河橋、天津濱海新區海河大橋的成功運用，得到越來越多的專家、學者、科研人員和從事設計、施工、監理等人員的關注和認可。由于赤石大橋6#塔郴州側部分箱梁受損比較嚴重，使用普通的高強混凝土已經達不到維修加固的目的，為使赤石大橋能安全穩定使用并能達到設計使用年限，采用超高韌性混凝土對其進行維修加固得到大家的認可。

本文以超高韌性混凝土在赤石大橋的施工應用實例，對其在混凝土橋面的完整施工工藝進行了探究與總結，并對部分關鍵施工要點提出了相應的要求，以助于超高韌性混凝土施工質量的提高，為今后超高韌性混凝土在混凝土橋面的施工應用研究提供參考和借鑒。

1 工程概況

汝郴高速赤石大橋是廈門至成都國家高速公路中，湖南汝城至郴州段上的一座世界級特大型橋梁。全長2272.76m,主橋為四塔預應力混凝土斜拉橋，跨徑按165m+3×380m+165m布置,一聯全長1470m。采用中塔塔梁固結，邊塔支撐的結構受力體系，橋面總寬為28m,各塔均布設23對斜拉索，拉索按縱向扇形布置。主橋索塔最大高度約286m,橋面距離地面最大高差約182m[2]。

圖1 1/2全橋立面布置圖

赤石大橋在施工過程中因兩名工人焊接操作不當，導致6#塔郴州側發生起火事故，造成9根斜拉索斷裂，斷索側橋面下降約2.15m，未斷索側橋面下降約0.95m，造成部分箱梁受損。由于箱梁受損比較嚴重，使用普通的高強混凝土已經達不到維修加固的目的，為使赤石大橋能安全穩定的使用并能達到設計使用年限，須采用強度更高、性能更佳的混凝土對其進行維修加固。采用超高韌性混凝土對其進行維修加固須得到設計、施工和監理人員的認可。

2 橋面加固施工方案研究

超高韌性混凝土在混凝土橋面的應用研究較少，可供參考的案例僅有鋼混橋面中的運用。在赤石大橋橋面維修加固過程中，借鑒超高韌性混凝土在佛城大橋、北京北關大道跨通惠河橋和海河大橋的運用的成功經驗，對6#塔郴州側6R6#-20#節段箱梁頂板，STC混凝土加強層部分擬采用瀝青混凝土鋪裝層的方法進行加固。現場由作業人員提前對梁面進行鉆孔植筋，待次中跨合龍段施工完成，橋面涂刷水泥基滲透結晶防水涂料到滲透齡期要求后，開始6#墩郴州側6R6#-20#節段箱梁頂板鋪設5cm厚STC超高性能混凝土施工。再由專業施工技術人員提前將混凝土材料、配合比等做好試驗、檢驗及復核工作，擬定初始配合比進行適配、調配及檢驗，得出施工配合比[3]。

在對橋面鋪裝層澆筑采用左右幅兩幅澆筑，先進行左幅鋪裝層澆筑，由6#梁段向20#梁段進行澆筑，再進行右幅澆筑，也是由遠梁端向近梁段進行澆筑。鋪攤范圍為6R6#-6R20#梁段，鋪攤寬度為左右幅各11m。為了保證橋面原鋪裝層和橋面優化段鋪裝層之間勻順過渡，受損區上面層為5cm STC鋪裝層+5cm改性瀝青AMA-13，在過渡區各設置2m過渡段，采用3.5cmSTC混凝土+6.5cm改性瀝青SMA-13,如圖2～圖3所示。

圖2 STC鋪裝層示意圖

圖3 赤石大橋STC施工平面布置圖

3 超高韌性混凝土主要施工流程及要求

3.1箱梁頂板糟化處理

對赤石大橋混凝土橋面表面進行糟化處理可以加強混凝土箱梁與新澆筑的STC混凝土之間的粘合力，從而使分次澆筑的混凝土形成一個整體，保證結構的完整性。

糙化處理方式為精銑刨，在施工前人工鑿除橋面較粗糙不平的浮漿，清除表面的油漬、銹跡及雜物等，然后用清水清洗水泥混凝土箱梁頂部面板。在精銑刨時，設備兩次施工行車道之間搭接1cm～3cm,確保達到設計標準要求的粗糙度。防撞欄鋼筋網位置采用人工鑿毛。利用精銑刨對混凝土梁面的平整度進行調整，確保STC施工前梁面平整度合格。

3.2箱梁頂板植筋

對郴州側6R6#-20#節段箱梁頂板植入抗剪栓釘，栓釘規格為Φ13×150mm，4.6級，間距為50cm，呈梅花形布置。鉆孔時，通過鋼筋探測儀檢測確定主梁預應力鋼筋及普通鋼筋的位置，如發現鉆孔位置與原結構預應力筋或鋼筋發生沖突，適當移動鋼筋位置。鉆孔孔深為115mm,孔徑比栓釘下部直徑大2mm～4mm，鉆孔結束后，及時用吹風機清理孔道內灰塵、碎片，使孔道保持干凈、干燥[4]。

鉆孔結束后，及時予以植筋。植筋時，由作業人員將植筋專用膠灌入至孔深2/3處，在插入栓釘至孔底，靜置至膠液干涸。

植筋的工藝流程：定位→鉆孔→清孔→栓釘處理→注膠→植筋→固化養護→檢驗。

(1)定位:先按照設計圖紙中剪力釘的位置在橋面板上定位，用墨線標出其位置，再用鋼筋探測儀按照墨線位置進行檢測，發現有植筋位置與箱梁鋼筋發生沖突的地方，適當調整植筋位置，并做好標志，保證定位標志清晰、可見和準確。

(2)鉆孔：鉆孔宜用電錘成孔，如遇鋼筋宜調整孔位避開鋼筋。

(3)清孔：采用空壓機進行高壓氣沖洗，保證植筋時孔內清潔和干燥，使孔內無灰塵、無油污、無有機雜質。

(4)栓釘處理：主要是除銹。

(5)注膠：采用垂直孔，植筋將膠直接流、搗進孔中即可。

(6)植筋：將處理好的鋼筋，植入灌注好結構膠的孔內，采用手錘擊打方式入孔，手錘擊打時，一手扶住螺栓，以保證對中并避免回彈。

(7)固化養護:鋼筋植入定位后加以保護，防止碰撞和移位，保持3d左右，待結構膠固化原材料后方可受力。

(8)檢驗：植筋后3d～4d隨機抽檢，檢驗用千斤頂、錨具、反力架組成的系統作拉拔試驗。

3.3安置鋼筋網

梁面植筋結束后，開始鋪設鋼筋網。鋼筋型號為Φ10螺紋鋼筋，縱向鋪設長度為118mm。鋪設前，在主梁頂板每隔2m平放一根Φ14mm×30mm的鋼筋作為鋼筋網支撐。再將縱向鋼筋按4cm一根位置放在鋼筋支撐上，再按4cm一根，將橫向鋼筋放置在縱向鋼筋上，通過扎絲將縱橫鋼筋在相交處綁扎。過渡段只鋪設縱向鋼筋，不需設置橫向鋼筋。鋼筋網布置圖如圖4所示。

圖4 鋼筋網布置圖

在鋼筋鋪設時，如遇到鋼筋位置與栓釘位置發生沖突，可適當調整鋼筋的橫向位置[5]。由于STC材料的握裹力遠大于普通混凝土，根據目前現有規范縱向鋼筋在搭接處采用10d搭接焊接或35d搭接綁扎。鋼筋接頭宜錯開布置，鋼筋網鋪設時，其級別、直徑、間距、層數以及相對位置應符合設計規定，鋼筋網鋪設完成后，對鋼筋搭接長度、高度、間距等進行檢查，不符合要求時，進行局部調整。

3.4模板安裝

STC鋪攤高度為5cm,寬度為23.5cm(到兩側防撞欄內側),由于STC澆筑梁體兩側已經施工完防撞護欄，STC施工時橫向以完工的防撞欄為模板進行施工，縱向用3.5cm角鋼用膨脹螺絲固定于梁面上作為端頭模板。

過渡段STC從5cm厚變為3.5cm厚時，用1.5cm×4cm的木方，設置臺階。

4 現澆超高韌性混凝土鋪裝層

現澆STC鋪裝層分為STC的拌合、運輸與攤鋪，其中STC的拌合又分為干拌和濕拌。根據該項目斷面的自身特性，攤鋪方式采用分幅攤鋪，對防撞欄已做好鋼筋骨架區域，采用扔攤鋪。

4.1STC干拌

STC的原料由水泥、石英砂、核心料、鋼纖維和水組成，所有原料進廠并檢驗合格后，根據設計指標申報配合比。根據設計配合比，提前將水泥、石英砂、核心料、鋼纖維用STC專用干混機集中拌合成干混料，并用塑料桶裝好防潮保存備用。控制STC專用干混設備的計量偏差小于±2%，確保拌合均勻。

4.2STC濕拌

將拌制好的STC干混料運至濕拌場地，STC混凝土的加水攪拌工作在6#墩梁面22#塊附近，由STC專用濕拌機加水濕拌，現場采用水進行拌合。為保證用水量現場準備簡易水箱(容量15m3)。現場配置3臺STC專用濕拌機，間歇式拌合，每臺設備每次拌合0.5m3。控制水的計量偏差小于±1%，加水濕拌3min～5min后STC拌合物呈流化，待STC流化之后繼續攪拌2min，最后成型出料。具體配合比如表1所示。

表1 STC推薦配合比

4.3STC運輸

將攪拌成型好的STC放料至翻斗運輸車，利用翻斗運輸車運送至前端攤鋪區域。

4.4STC攤鋪

鋪裝層澆筑分左右幅進行，先進行左幅鋪裝層澆筑，由6#梁段向20#梁段進行，澆筑完之后立即將攤鋪設備轉送至右幅，進行右幅澆筑，中間不停歇。左右幅各鋪攤寬度為11.8m，長度為2m過渡段+118m等后STC段+2m過渡段。攤鋪采用8m寬的STC專用攤鋪機攤鋪，兩邊攤鋪設備無法涉及的部分，采用平板振動器振搗密實，振動梁整平，最后利用工作橋人工收面平整。

攤鋪機攤鋪過程中，確保STC料及時運送至攤鋪機料斗中，并加強厚度及平整度檢測，及時調整確保攤鋪厚度及平整度合格。人工攤鋪部分，攤鋪現場根據攤鋪寬度、厚度，由專人指揮均勻卸料，嚴格掌控不虧料，適當略有富余。攤鋪作業完成后，用鋁合金直尺進行平整度初查，確保表面平整、不缺料。STC層混凝土澆筑過程中，試驗人員及時檢測塌落度指標，并根據氣溫、風速等條件隨時調整，確保攤鋪效果。另，根據規范要求制作同條件養護試件。

5 超高韌性混凝土養護

5.1STC保濕養護

STC養護工作應在混凝土澆筑完之后立即進行，先用高壓水槍水霧噴射混凝土，再覆蓋節水保濕膜，最后澆水保濕[6]。STC養護結構平面如圖5所示。

圖5 STC養護結構平面

養護工作橋面軌道跨度為16m,兩端滾筒在100cm×10cm×10cm的方木上行走，滾筒過后取出方木繼續向前鋪設并重復使用，跟隨STC向前澆筑的工作面先進行高壓水槍水霧噴射，再覆蓋節水保濕膜，最后澆水保濕向前增進。

人工抹平后立即灑水并覆蓋保濕養生膜進行養護，養護膜搭接長度不小于20cm,確保不能損壞攤鋪好的STC層，搭接處用砂礫覆蓋以防刮風掀起。采用噴灑水霧和覆蓋節水保濕膜的保濕養護方法來確保混凝土表面濕潤。

5.2STC高溫蒸汽養護

等STC終凝后(一般為攤鋪后48h左右)揭除節水保濕膜，搭設蒸汽養護保溫棚。保溫棚使用帆布保溫，通過鍍鋅管支架進行圍擋。支架中間高為50cm，兩側為20cm。保溫棚周圍宜用中砂或其它材料壓實密封，減少蒸汽的揮發和冷凝。蒸汽由蒸汽鍋爐提供，通過布置在保溫棚內的蒸汽管道輸送蒸汽和設置在保溫棚內的溫度、濕度傳感器進行蒸汽量的調控。外漏的蒸汽管道包裹保溫棉以防止意外燙傷。STC高溫蒸汽養護如圖6所示。

圖6 STC高溫蒸汽養護

升溫速度不大于12℃/h，待達到45℃后，進行恒溫養護6d(根據試驗結果顯示，試件蒸養5d后可達到設計強度，現場為保證質量，按照6d進行蒸養)，蒸養期間每隔1h測溫一次，并做好現場測溫記錄。然后按降溫速度不得大于15℃/h進行降溫直至達到現場氣溫。

6 STC表層刻槽

蒸養完之后，STC層混凝土表面采用混凝土刻槽機進行表面刻槽。刻槽尺寸2mm×2mm,條紋間距20mm。刻槽過程中及時用高壓水槍清洗浮漿。因STC強度較一般混凝土高很多，刻槽施工前準備足夠多的備用刀片。

7 結語

(1)超高韌性混凝土的施工配合比是根據試驗室和現場試配得來的，保證混凝土具有一定的流動性、粘聚性、保水性以及便于運輸等，后續的項目施工人員可按實際情況參考借鑒。

(2)超高韌性混凝土在澆筑過程中應控制好攤鋪、振搗和整平速度，保證成型的表面平整度滿足要求，并保證整個澆筑過程連續進行。

(3)超高韌性混凝土的高溫蒸汽養護應根據季節天氣情況，控制好蒸汽養護溫度，既不宜過高也不宜過低，過高會燙壞混凝土，過低會達不到養護目的。

(4)超高韌性混凝土現階段施工成本較高，制約其快速發展，相信在不久的將來通過技術革新、技術推廣等降低施工成本，超高韌性混凝土會運用到越來越多的工程項目上。

(5)鑒于此次超高韌性混凝土首次在預應力混凝土橋面上的運用，并取得較好效果。橋面外觀效果檢查良好，平整度、強度滿足設計要求，承載力達到維修加固目的，可為今后超高韌性混凝土在混凝土橋面的推廣應用研究提供參考和借鑒作用。

[1] 王德輝，史才軍，吳林姝.超高性能混凝土在中國的研究和應用[J].硅酸鹽通報，2016,35(1)：141-147.

[2] 江雄.赤石大橋主梁合龍方案研究[J].橋梁建設，2016,46(1)：117-121

[3] JTG/T J22-2008 公路橋梁加固設計規范[S].北京：人民交通出版社,2008.

[4] JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].北京：人民交通出版社,2004.

[5] JTG/T J23-2008 公路橋梁加固施工技術規范[S].北京：人民交通出版社,2008.

[6] 段江.超高韌性混凝土組合橋面施工應用[J].天津建設科技，2016,26(5)：39-40.

StudyonConstructionApplicationofUltra-highToughnessConcreteinChishibridge

WUChunqiXUAndong

(College of civil engineering ,Central South University of Forestry and Technology Changsha，Changsha 410000)

Ruchen Expressway Chishi bridge is a four-tower prestressed concrete cable-stayed bridge, During the construction process, the box girders of the 6 # tower Chenzhou side were damaged due to the improper operation of the workers, in order to repair the damaged part use ultra-high toughness Concrete. In this paper, the application of ultra-high toughness concrete in the construction of the Chishi bridge is discussed. The treatment of the beam surface, the reinforcement of the beam, the installation of the steel mesh, the installation of the template, the pavement layer and the high temperature steam curing ，The key technology of the construction process, pouring process and curing method of ultra-high toughness concrete are introduced in detail.

Ultra-high toughness concrete；Construction process；Pouring process；Conservation

U44

A

1004-6135(2017)11-0071-05

吳純奇(1990.5- )，男。

E-mail:654985419@qq.com

2017-08-17