全寬預制STC超高韌性混凝土覆面疊合橋面板關鍵施工技術應用研究

龔景森

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東廣州 511450）

0.引言

組合鋼板梁結構是在鋼結構和鋼筋混凝土結構基礎上發展起來的一種新型結構。非支撐橫梁體系鋼板組合梁橋在結構上進一步簡化，充分發揮鋼材和混凝土材料的力學性能，且構造簡單，是進一步實現設計標準化、施工快速化、運營管理便捷化的優勢選型，有鋼結構和混凝土結構的優點，具有顯著的技術經濟效益和社會效益，是橋梁結構體系的工業化發展的重要方向[1-2]。

由于混凝土抗拉性能弱的特征，在連續鋼―混凝土組合梁的負彎矩區，會產生裂縫，影響組合梁的安全性能以及耐久性。組合梁橋為解決負彎矩區段混凝土橋面板承受拉應力的問題，常規有設置墩頂梁段設置張拉預應力或在中間墩頂支座處進行頂升和回落。由于全橋寬預制橋面板的厚度較薄，且有橫向預應力鋼絞線，因此再設置縱向鋼絞線較為困難，而且結構較為繁雜，施工難度較大；中間墩頂支座處進行頂升和回落的施工方法施工橋面板，克服混凝土徐變帶來的預應力損失還能儲備一定的壓應力在橋面板中，以改善橋面板受力情況，但是對頂升量控制難以控制且工序較為繁瑣，對施工進度控制不利和機械設備的要求較高[3]。

廣東省云浮羅定至茂名信宜（粵桂界）高速公路工程老屋村大橋為鋼板組合梁橋結構，其負彎矩區的橋面板C50混凝土頂部采用10cm的STC（超高韌性混凝土混凝土）疊合設計，提升負彎矩區抗拉性能，提高其橋梁結構的承載力和使用壽命。本文針對該類型全寬預應力橋面板的預制施工工藝、關鍵技術進行分析總結。

1.工程概況

廣東省云浮羅定至茂名信宜（粵桂界）高速公路工程老屋村大橋采用雙向四車道高速公路標準，設計時速100km/h； 橋梁全長448m。橋跨布置為（4×40m+4×40m+3×40m），主梁采用雙工字鋼板組合梁，單幅組合梁橋面寬12.5m，雙幅全寬25.5m。鋼主梁采用Q345qC工字型鋼梁，混凝土橋面板和鋼主梁通過剪力釘后澆混凝土連接，雙主梁之間采用橫梁加強橫向聯系，橫梁標準間隙8.0m，鋼主梁和橫梁之間采用焊接連接，鋼板梁腹板結構中心處梁均高2.2m，鋼梁全寬7.8m。預制橋面板標準段采用C50混凝土，墩頂負彎矩區兩邊各6.75m范圍內濕接縫及剪力槽和C'類橋面板頂部10cm使用STC材料。橋面板縱向采用鋼筋混凝土濕接縫連接，橫向全寬預制（預制面板的橫斷面見圖1），設置橫向預應力。橋面板存放期≥3個月，以減小收縮徐變。

圖1 STC覆面疊合橋面板立面構造圖

全寬預制STC超高韌性混凝土疊合橋面板預制施工時鋼筋定位精度高、橋面板結構尺寸大、雙層混凝土疊合施工、平整度要求高等施工難點。文章結合工程實踐為背景，總結分析全寬預應力橋面板兩種模板體系施工對比、橋面板質量與精度控制、STC疊合施工等關鍵施工技術與經驗可供類似工程參考借鑒。

2.主要施工工藝簡述

預制橋面板主要施工工藝：鋼筋半成品加工→鋼筋綁扎臺座進行鋼筋骨架整體綁扎→鋼筋骨架整體吊裝入?！夏！炷翝仓谝粚踊炷粒–50）→混凝土澆筑第二層混凝土（SCT）→保濕養護→脫?！鷱埨谝慌A應力并壓漿、封錨→起吊至二次養護區養護→高溫蒸汽養護→堆存達到90d齡期后架設橋面板。

本工程采用鋼板組合梁橋面板全寬幅預制，縱向采用濕接縫連接，橋面板預留孔洞與鋼梁剪力釘通過后澆混凝土連接形成整體。C'標準橋面板尺寸為3.0m×12.5m，平面構造示意如圖2。橋面板設置6束橫向預應力鋼絞線，考慮到橋面板剪力槽的位置，分兩個階段張拉：

圖2 STC覆面疊合橋面板平面構造圖

（1）為滿足起吊需要，混凝土強度達到設計強度的90% 時，張拉距未穿過剪力槽的4束鋼絞線；

（2）為減少因砼收縮產生的預應力損失，待橋面板安裝完成且剪力槽砼強度達到設計值100%后張拉其余束鋼絞線。

3.模板體系對比分析

3.1 整體式模板法

預制板采用固定式整體模板，模板和預埋在混凝土支墩上的槽鋼焊接固定。鋼筋在場內加工區加工成半成品后，在臺座上綁扎成型，并安裝預應力管道。安裝端部梳齒板及剪力釘槽口模板，龍門吊提吊吊斗澆筑混凝土。初凝后，覆蓋土工布灑水養生、等強7d后安裝預應力筋，張拉、壓漿、封錨后，50t龍門吊提吊至臨時存板區存放。

常規固定固定式整體模板預制橋面板必須待混凝土達到起吊強度并吊出后方可進入下一循環的施工，單個結構施工暫用模板時間較長，周轉效率低，場地要求高、模板投入大[4]。由于橋面板的面積較大，澆筑混凝土后與底模吸附力較大，同時由于起吊無法保證絕對的平衡，在起吊出模的瞬間可能造成橋面板受損形成缺邊掉角或結構裂縫等問題。固定式整體模板與臺座基礎連接時，除了考慮豎向荷載外，還考慮板體起吊瞬間與底模間的吸附力，這就要求固定式整體模板與臺座基礎做必要的錨固措施，以抵抗這種因吸附力產生的上拔力，結構較為繁雜[5]。

3.2 移動式模板法

移動式模板法是指模板體系移動、梁位不動的一種預制方法，其鋼筋工程、混凝土工程均與整體式模板法相同，僅在模板的構造與安裝方式上存在差異。預制臺位安裝模板體系分為五大部分，兩側翼緣板下以及中央板下為可移動部分，鋼梁對應的兩處位置為固定臺座，在臺座頂面嵌入鋼板形成底模。可移動部分設支撐裝置，并設滑軌及動力裝置，實現模板體系的脫架以及移動。

工藝上，先將底模移動就位，固定在預制臺座墊梁上，待橋面板鋼筋綁扎后，安裝側模。模板安裝要求牢固、穩定、不變形，拼縫嚴密、不漏漿，并嚴格控制模板幾何尺寸符合設計和規范要求，對預留鋼筋通道形成的孔洞，采取分塊插入梳齒式薄鋼板，防止漏漿。

當橋面板混凝土強度達到2.5MPa以上時，且混凝土芯部與表層、表層與環境溫差均不大于15℃，氣溫無急劇變化，并保證梁體棱角完整后，方可拆除側模板，拆除模板前首先應拆除模板間的連接，利用龍門吊進行起吊、人工配合。

拆模順序為，先拆除翼緣板側端摸，再拆除腹板側端摸，最后拆除底模推拉桿，如圖3、圖4所示。

圖3 翼緣板端摸及推拉桿拆除示意圖

圖4 腹板端摸及推拉桿拆除示意圖

分塊移動底模，將底模移動至下一橋面板澆筑位置，進行下一塊橋面板預制，周轉使用率較高。移動式模板法類似于長線預制，能夠直觀反應各橋面板塊之間的聯系、鋼筋關系，對于生產管理有著較高的優勢，如圖5所示。

圖5 底模移動示意圖

4.施工精度控制

4.1 剪力槽及鋼筋定位

針對剪力槽尺寸和位置不準確、剪力槽鋼筋與剪力釘互相沖突問題，在鋼底模板限位剪力槽模板，提前在模板上模擬出剪力釘位置，同時與鋼板梁加工廠家溝通，在焊接剪力釘時模擬出橋面板位置，解決剪力槽內部鋼筋與剪力釘互相沖突問題，如圖6、圖7所示。

圖6 鋼梁剪力釘定位

圖7 鋼梁剪力槽口定位

4.2 結構外觀及尺寸

（1）側模梳齒板拆除時通過龍門吊加導鏈配合拆除，避免造成模板變形及混凝土棱角損壞；

（2）活動底模行走至下一個澆筑位之后，通過底模撐桿調整底模標高，利用水準儀測量，在每塊模板四個角點分別選取一點，各點高差不大于2mm；

（3）活動底模與混凝土臺座上固定底模的接觸面通過調整底模拉桿及撐桿消除錯臺；

（4）相鄰模板間設置橡膠止漿條防止漏漿。

5. STC疊合工藝

預制橋面板包括下層12cm厚C50混凝土層和上層10cm厚STC層上、下兩層混凝土分別在臺座上澆筑及養護至齡期后，再張拉橫向預應力鋼束，最后吊裝至存梁區。

STC層內布置有縱、橫向鋼筋網，其中除按普通預制板配置了HRB400級φ28縱向鋼筋和φ20橫向鋼筋，還分別在縱、橫向鋼筋間增加了一束HRB400級φ12鋼筋。為保證預制板之間的縱向預留鋼筋相互錯開，相鄰預制板的縱向鋼筋相互錯開30mm。

STC混凝土標號為STC22，由水泥、石英砂、鋼纖維、核心料（專利產品，包括硅灰、粉煤灰、高效減水劑等）和水等拌合而成。生產方式采用工廠把固體原材料預拌成干混料，然后現場加水進行二次拌合。每塊預制板需要干混料3m3（考慮4%損耗）。

5.1 工藝流程

STC橋面板的制作工藝流程如圖8所示。其中橋面預制板保濕養護在臺座上進行，養護時間為STC攤鋪后的48h；濕接縫鑿毛為STC終凝后（約16h），拆除側模，然后進行濕接縫鑿毛。高溫蒸汽養護在專用養護臺座上進行，持續時間約為5d（包括蒸汽養護升、降溫時間和恒溫養護時間）。

圖8 STC橋面板預制施工工藝流程圖

5.2 高壓水槍射水鑿毛

STC與普通混凝土的粘結非常關鍵，采用高壓水槍進行射水鑿毛，確保橋面板表面形成凸凹不平的粘結面，且不存有碎渣及灰塵，在澆筑前保持濕潤狀態。

5.3 STC生產

5.3.1 STC配合比設計

STC的主要原材料包括水泥、石英砂、石英粉、硅灰、鋼纖維、高效減水劑等，為使材料充分拌合均勻，STC的生產一般采用在專業工廠將固態原材料預拌成干混料并計量包裝，然后在現場加水進行二次攪拌。STC干混料生產廠家根據本項目的性能要求，先進行試配，擬定初始配合比，再根據原材料的要求確定施工配合比。施工配合比確定后，水泥、石英砂、鋼纖維等原材料的品種、規格、產地等不得變化；如果發生變化，需重新制定新的配合比。干混料進場時，干混料生產廠家需提供原材料的產品合格證、出廠檢驗報告等，并提供STC干混料和水的施工配合比。

干混料進場前，需首先進行外觀檢查，干混料不得有結團、受潮等情況，袋裝的重量偏差等滿足要求；然后按批次（同一規格、同一原材料、同一生產廠家，以不超過200t為一批）對干混料進行取樣，并根據廠家提供的施工配合比進行配合比驗證，驗證的主要指標包括STC的抗壓強度、抗彎拉強度、彈性模量、干混料中鋼纖維含量的均勻性等，合格后方可允許進場。

5.3.2 STC攪拌

STC攪拌為STC干混料和水的拌合。本項目結合STC的材料特性并為保證預制板的結構性能，攪拌采用如下措施：

（1）采用先進的大功率STC專用高速智能攪拌設備，縮短攪拌時間，減少氣泡的混入；

（2）采用2臺1m3攪拌機分盤攪拌，然后集中卸入布料車內，布料車連續不間斷攪拌，然后單片板一次布料完成，保證預制板中鋼纖維含量及分布均勻；

（3）攪拌需按照配合比對原材料進行準確計量，并嚴控攪拌程序和攪拌時間。

STC攪拌首先采用桁吊把稱重好的STC干混料投入攪拌機料筒內，干拌30s左右，使干混料處于流動狀態；然后按比例計量加入水，進行濕拌合，攪拌過程中通過觀察窗口觀察拌合物的狀態，待STC拌合物流化后，繼續攪拌不少于2min，總攪拌時間不少于8min。STC的攪拌程序和攪拌時間控制如表1所示。

表1 STC攪拌程序及攪拌時間控制

5.3.3 STC運輸及布料

STC材料的水灰比低，在0.16～0.2之間，為防止運輸過程中和分次布料的待料過程中STC表面水分散失導致結皮情況，采用15m3的攪拌運輸車一次裝料后運至澆筑地點，一次布料完成，中間不停頓。運輸過程中保持罐體始終在轉動，使料斗內STC一直處于攪動狀態，防止驟凝。接料前需對料斗進行充分的清洗，不得有殘渣、積水等。

國外的研究表面，纖維取向對STC構件的抗拉性能有顯著影響，而澆筑方向對纖維的取向有顯著影響，采取如下保障措施：

（1）布料前檢查。對鋼筋、預埋件等的位置進行檢查，確保安裝位置準確；對模板尺寸、密封等情況進行檢查。

（2）對作業面進行灑水濕潤，但不得有積水。

（3）澆筑方向沿長邊方向均勻布料。

（4）布料時，料斗于一點卸料，通過STC自流平向其他位置布料。

5.3.4 振搗整平

不同于普通混凝土，STC的振搗主要目的是把攪拌和澆筑過程中混入的氣體排出，同時使鋼纖維的取向朝向結構有利的方向；采用插入式振搗棒會使鋼纖維積聚在振搗棒周圍，不利于鋼纖維的分布，如圖9所示。

圖9 STC振搗整平

采用高頻平板振搗器進行振搗，并采用手扶式整平收面設備進行整平手民，邊界位置采用手持式振動器進行振搗。振搗按下列規定執行：

（1）采用手扶式整平收面設備振搗前需先對鋼筋頂部做好標高帶作為行走軌道，確保STC頂面的平整度滿足3mm的要求，同時保證鋼筋保護層厚度。

（2）高頻平板振搗器沿橫橋向進行作業；作業前，需對設備與STC接觸面進行灑水濕潤。

（3）施工過程中嚴禁采用插入式振搗棒進行振搗。

5.3.5 養護工程

STC預制板的養護包括保濕養護和高溫蒸汽養護兩個節段。STC保濕養護緊隨在STC攤鋪完成后進行，在預制臺座上進行，時間約48h左右，養護結束后，待同條件養護試件的強度達到60MPa以后，進行脫模，進行預應力施工，然后進行高溫蒸汽養護，高溫蒸汽養護時間不小于120h，蒸養之前始終保持預制板的濕潤。

（1）STC保濕養護。STC保濕養護采用在預制板表面覆蓋節水保濕養護薄膜，然后進行噴淋養護，確保STC表面不產生干縮裂紋。養護時間為48h，養護過程中不得對預制板進行擾動；其中節水保濕薄膜應在預制板澆筑后立即進行覆蓋，防止STC表面水分散失；STC保濕養護過程中，需按下列要求進行。

1）覆膜前灑水。覆膜前，應對STC表面進行灑水濕潤。灑水需采用噴霧形式，要求高壓水槍槍頭朝上，不得對STC表面進行直射。

2）覆膜前，注意觀察薄膜上的標記，標有底層的應朝下，方向不能弄反。

3）鋪膜過程中應采用笤帚對膜進行抹平，使膜與STC面貼合緊密，不得有鼓泡現象。如有鼓包的地方，應采用鐵絲戳破，并用保濕薄膜覆蓋裸露位置。

4）保濕養護過程中，由專人進行巡查，發現局部缺水時，及時補水養護。

（2）STC高溫蒸汽養生。保濕養護和預應力張拉之后，將橋面板吊裝至高溫蒸汽養護區域，通過高溫蒸汽養生可以在早期基本完成STC材料收縮應變，同時消除后期的STC層的徐變，是實現STC致密性、高強度、高韌性，消除后期收縮變形的必要手段，蒸汽養護在預制板保濕養護完成并脫模后進行。

蒸養溫度要求：養護升溫階段，升溫速度不大于12℃/h，升溫至45℃～50℃以上時，養護時間不少于120h，降溫速度不得大于15℃/h，直到降至現場環境氣溫。養護過程采用自動溫度控制系統，對養護室內溫度進行24h監控。

6.結語

本文通過對全寬預制STC超高韌性混凝土覆面疊合橋面板施工關鍵技術進行研究分析，得出如下結論。

（1）移動式模板法進行全寬預應力橋面板預制，減少了模板數量及基礎的投入，提高了模板的利用率，同時減小拆模對預制構件的損傷，有較好的經濟效益。

（2）通過對采用梳齒板式鋼筋板扎胎架、剪力槽鋼筋模擬定位措施以及抽插式剪力槽模板的運用研究，解決了橋面板與鋼梁頂面剪力釘群匹配、板與板間濕接縫鋼筋匹配等問題，確保了橋面板的制作及后期安裝精度。

（3）本項目率先采用的STC覆面疊合技術，經工藝驗證，STC與混凝土結合良好。

（4）采用的施工工藝技術解決了鋼筋定位精度高、平整度要求高、STC覆面疊合施工等技術難題，確保了鋼混組合梁全寬預制橋面板的施工質量，可供類似工程借鑒。