超高強韌性混凝土在現澆鋼橋面鋪裝施工關鍵技術分析

■張振東

（福州市海峽建設發展有限責任公司， 福州 350028）

與混凝土橋梁相比，鋼橋具有強度高、自重輕、抗震性強、便于工業化制造和標準化施工等優點[1]。隨著我國鋼材產能的不斷提升和橋梁建造技術的快速發展，鋼橋的應用已越來越多。 傳統的鋼橋面鋪裝一般多采用柔性鋪裝， 如澆注式瀝青混凝土、改性瀝青混凝土、環氧瀝青混凝土等[2-4]，由于柔性鋪裝彈性模量低，不能有效提高橋面系剛度和降低活載傳遞下來的集中應力，使得鋼橋面結構長期處于高應力幅狀態，極易出現鋼梁頂板疲勞開裂，鋪裝層縱橫向裂縫、脫層、推移、坑槽以及車轍等病害[5-6]。 近年來，研究人員開始致力于鋼橋面鋪裝結構的改良，提出了較多的鋪裝類型，如考慮應用剛性鋪裝來逐步代替現有的瀝青混凝土鋪裝，或者采用在瀝青鋪裝層下加鋪剛性鋪裝層等方法。 超高強韌性混凝土用于剛性鋪裝層的材料是由邵旭東等[7]率先提出，其作為鋼材與瀝青橋面鋪裝兩種材料之間的過渡， 可使整個橋面鋪裝層應力過渡合理，增強鋼梁橫向剛度，降低鋼梁應力幅，從而達到減緩甚至杜絕鋼橋面鋪裝層開裂的目的。 并且，據不完全統計，采用超高強韌性混凝土進行鋼橋橋面鋪裝已在近30 座橋梁上得到應用[8]。 因此，本文在前人的研究基礎上，以某城市采用超高強韌性混凝土鋼橋面鋪裝的自錨式懸索橋拓寬改建工程為依托，考慮需滿足不中斷交通的建設需求，開展了現澆鋼橋面鋪裝施工關鍵技術研究，以期為將來類似工程的建設提供參考。

1 工程概況

某城市橋梁主橋采用設錨跨的兩跨獨塔鋼箱梁自錨式懸索橋，雙索面纜索系統，平行布置，主橋跨徑布置為50 m（錨跨）+150 m（主跨）+150 m（邊跨）+50 m（錨跨）=400 m，主橋全寬為52 m，邊跨全寬為46 m，主梁采用分離式鋼結構雙箱斷面，通過桁架式加勁橫梁聯系， 橋面為正交異性鋼橋面板，主橋立面及主梁斷面示意如圖1、2 所示。

圖1 主橋立面示意圖

圖2 主梁橫斷面示意圖

該橋為連接主城區與郊縣大學城的主要通道，高峰時間越江交通飽和度高達1.45，若工程施工期間（包括拆除舊橋與新建橋梁）采用全封閉施工，將對周邊區域的城市交通帶來嚴重影響甚至局部交通癱瘓，給城市居民出行和生活帶來嚴重不便。 為此，考慮到本橋梁在原位進行拓寬改建的城市特大型橋梁工程，橋梁規模大、橋型多、橋上交通和橋下通航雙制約、老橋狀況復雜等眾多不利因素。 經過多方論證和精心設計， 根據新橋與老橋橋位重合，而且寬度大約是老橋寬度的3 倍的特點，提出了將新橋分成左、中、右三幅，先保留老橋施工建設新橋左右幅、再拆除老橋施工中幅并橫向連接成整幅全斷面的“三分幅兩階段”的創新方案，通過左右幅與老橋的交通導改實現施工階段全過程不斷交、保暢通。 施工步驟示意如圖3 所示。

圖3 主橋施工過程示意圖

2 鋼橋面超高強韌性混凝土鋪裝結構

2.1 鋼橋面鋪裝結構

為綜合解決傳統鋼橋面鋪裝易損壞和鋼橋面板疲勞等問題， 鋼橋面鋪裝采用多層復合材料，自下而上布置為2 mm 環氧類防腐層+55 mm 超高強韌性混凝土（內鋪設直徑d=10 mm，間距為50 mm×50 mm 的螺紋鋼筋網）+應力吸收層 （高粘高彈瀝青-高性能高分子-水泥復合防水涂料）+45 mm 高粘SMA 瀝青磨耗層， 通過栓釘 （剪力釘直徑13 mm、長40 mm，間距為160 mm×160 mm）與鋼橋面進行連接，橋面鋪裝結構示意如圖4 所示。

圖4 主橋鋼橋面鋪裝示意圖

2.2 超高強韌性混凝土

為滿足實際橋面受力特性及施工需求，鋼橋面鋪裝設計的超高強韌性混凝土力學性能、耐久性和工作性能指標如表1 所示。 在實際施工中，需參照GB/T31387-2015 《活性粉末混凝土》[9]、GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[10]等標準對熱養護完成后超高強韌性混凝土進行力學性能和耐久性能測試，達到要求后方可投入使用。

表1 鋼橋面鋪裝超高強韌性混凝土技術指標

2.3 縱橫橋向接縫構造

為適應橋梁“三分幅兩階段”的建設方案，鋼橋面鋪裝需在橫、縱橋向進行分幅、分塊施工，故進行相應的接縫構造設計。

2.3.1 橫橋向分幅施工接縫

根據結構設計，將52 m 橋面分為左、中、右三幅，為保證分幅處橋面鋪裝受力能平順過渡，需進行橫橋向分幅施工接縫設計。 首先，在布設左右幅鋼橋面頂板的鋼筋網及栓釘的同時，應預留與中幅連接的鋼筋網；其次，在靠近中幅側（左右幅與中幅鋼橋面橫向拼接縫）采用模板沿縱向間隔40 cm 布設35 cm×50 cm 的馬牙槎接縫；最后，待中幅鋼橋面主體完成，中幅橋面鋼筋網應與左右幅預留鋼筋網進行有效搭接。 橫橋向分幅施工接縫構造如圖5所示。

圖5 鋼橋面橫橋向分幅鋪裝構造示意圖

2.3.2 橫橋向與路緣石接縫

為保證鋼橋面鋪裝與路緣石間的密封性，以防止雨水、空氣等滲入鋪裝層后發生鋼橋面頂板銹蝕的問題，需進行橫橋向與路緣石接縫設計，即在橋面橫橋向兩側的鋪裝層與人行道路緣石界面處預留橫向伸縮的變形縫隙，在鋪裝層與路緣石界面處嵌填高80 mm、 寬8 mm 的擠塑板， 在上方35 mm處切縫；澆筑超高強韌性混凝土后，剔除35 mm 高的擠塑板，打入10 mm 厚的密封膠。 鋼橋面鋪裝層與路緣石接縫構造如圖6 所示。

圖6 鋼橋面鋪裝層與路緣石接縫構造示意圖

2.3.3 縱橋向分次澆筑接縫

在進行鋼橋面縱向超高強韌性混凝土鋪裝過程中，為保證分次澆筑的超高強韌性混凝土之間有效的連接，其接縫處宜設置在正彎矩區域，且避開橫隔板設置處。 在進行后澆筑的超高強韌性混凝土前， 還要對接縫處已硬化的混凝土進行鑿毛處理，保證接縫面露出大量鋼纖維， 并用環氧粘結劑涂抹。 橋面縱向接縫處構造如圖7 所示。

圖7 鋼橋面縱向分次澆筑接縫構造示意圖

3 超高強韌性混凝土鋪裝施工工藝

3.1 橋面鋪裝施工準備

橋面鋪裝采用超高強韌性混凝土、高粘高彈瀝青-高性能高分子-水泥復合防水涂料、 高粘SMA瀝青磨耗層等材料非常特殊，施工要求高，其施工工藝如下所示：（1）橋面除銹后，焊接剪力釘，采用噴砂拋丸處理干凈后， 并及時用環氧做好防腐處理。 （2）超高強韌性混凝土中配置50 mm×50 mm 的鋼筋網，縱、橫橋向鋼筋均為直徑d=10 mm 的螺紋鋼，每隔2 m 平放φ20 mm×50 mm 的鋼筋墊條。（3）將縱向鋼筋按設計位置放在鋼筋墊條上，然后以設計的間距將橫向鋼筋放置在縱向鋼筋上，再用細鋼絲將縱、橫向鋼筋在相交處綁扎。

3.2 超高強韌性混凝土攤鋪施工

橋面超高強韌性混凝土攤鋪施工前，須完成原材料準備、測量放樣、導線架設、模板支立、軌道鋪設等準備工作，并對攤鋪機進行調試。 超高強韌性混凝土攤鋪采用履帶和輪載拖動相結合的攤鋪機進行攤鋪，攤鋪工藝主要分三道工序，分別為攤鋪機攤鋪、整平、精確整平并覆膜。 主要攤鋪施工步驟如下：（1）攤鋪機就位，依據設計攤鋪厚度以及橋面橫縱坡度調整攤鋪機底部刮板高度，以嚴格控制鋪裝層攤鋪厚度。 （2）對攤鋪機攤鋪集料槽和即將攤鋪的橋面鋼筋網進行水霧噴射處理，且保證鋼筋網濕潤后的鋼橋面頂板不產生流動水，這樣既能使澆筑接觸面處濕潤，又不改變超高強韌性混凝土的自身性能。 （3）超高強韌性混凝土泵送至攤鋪機集料槽內，履帶機帶動攤鋪機按照設定速率自行行走，同時開啟攤鋪振搗器進行振搗，技術人員實時觀測攤鋪效果并對出現的問題及時調整處理。 （4）攤鋪機行走過程中同步拖動間隔一定距離的第二道沿橫向設置的整平架向前行走，技術工人成排間隔站立在整平架上對初步攤鋪后的超高強韌性混凝土進行整平及少數缺陷修補，處理完后在其表面間隔進行水霧噴射保濕處理，依據施工天氣溫度、風力、攤鋪速度等進行水霧補充調整，以防止高溫大風天氣施工時超高強韌性混凝土表面水分流失過快而產生收縮微裂縫和起皮現象。 （5）第二道橫向整平架后間隔一定距離掛設有第三道的精確整平和覆膜架，技術工人站在其上對澆筑振搗整平后的超高強韌性混凝土進行精確整平和覆膜，進一步保證橋面攤鋪后的超高強韌性混凝土的平整，并進行及時的覆膜保溫保濕處理。 橋面超高強韌性混凝土攤鋪施工工藝流程及現場照片如圖8、9 所示。

圖8 超高強韌性混凝土鋪裝施工工藝流程

圖9 超高強韌性混凝土鋪裝施工現場

3.3 高溫蒸汽養護

橋面鋪裝采用超高強韌性混凝土澆筑完成覆膜保溫保濕24 h，然后去掉保溫保濕薄膜，覆蓋較厚且密閉性較好的防水保溫幕布，開啟電蒸汽養護設備進行高溫蒸汽養護，養護制度為在恒溫溫度≥80℃、濕度≥95%的環境中養護72 h，升降溫速率均不宜超過15℃/h，高溫蒸養結束后進行常溫灑水養護。 高溫蒸汽養護設備如圖10 所示。

圖10 高溫養護設備

4 結論

（1）依托實際鋼橋面鋪裝工程，為綜合解決傳統鋼橋面鋪裝易損壞和鋼橋面板疲勞等問題，提出了采用超高強韌性混凝土進行鋼橋面鋪裝方案。（2）為滿足橋梁“三分幅兩階段”的創新建設方案，采用超高強韌性混凝土進行大跨度、三分幅的鋼橋面鋪裝施工，對橫縱向接縫進行合理化構造設計取得了較好的應用效果。 其中橫向三分幅鋪裝施工中，先澆筑左右幅鋪裝層并預留與中幅連接的鋼筋網， 且在靠近中幅側沿縱向間隔布設馬牙槎接縫，保證后澆的中幅超高韌性混凝土與先澆筑的左右幅鋪裝層有效連接；在單幅鋼橋面縱向分次澆筑超高強韌性混凝土時，先后澆筑的接縫處設置于正彎矩區域，且避開橫隔板設置處，對先澆筑的混凝土進行鑿毛處理，接縫面露出大量鋼纖維，并用環氧粘結劑涂抹處理；橋面橫橋向兩側鋪裝層與人行道路緣石界面處嵌填擠塑板后填密封膠，保證橋面橫向伸縮變形，且能防止雨水、空氣等滲入鋪裝層后發生鋼橋面頂板銹蝕。 （3）采用超高強韌性混凝土進行鋼橋面鋪裝，總結和提煉形成了大跨度鋼橋超高強韌性混凝土攤鋪及養護施工工藝，可為今后類似工程提供借鑒。