白龍江大橋舊橋鋪裝調平層新技術(無縫鋼管+陶粒混凝土)的應用

趙 騰 飛， 廖 禎 虎， 覃 晟

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰 611830)

1 概 述

白龍江大橋工程為橋梁拓寬工程，是廣元三江新區重點建設項目之一，位于廣元市利州區寶輪鎮。原白龍江大橋舊橋寬12 m，在其下游新建的白龍江大橋寬24 m，橋梁采用40 m簡支T梁，三跨一連續，共11跨，橋面全長440 m。橋梁道路等級為城市主干路，荷載等級為城-A級，結構安全等級為一級。

白龍江大橋的舊橋與新建白龍江大橋橋梁拼橋后，舊橋調平層最高的地方需要提高約21 cm。若采用傳統鋼筋混凝土作為鋪裝調平層無疑將增加舊橋的自重，對原白龍江舊橋的結構安全將造成一定的、不可量化的影響，而且白龍江大橋作為連接廣元至寶輪的重要連接通道工期緊張，采用鋼筋綁扎作為鋪裝層骨架必將費時費工，勢必會延長施工周期而影響到交通通行，故需采用一種輕質高強、施工便捷、低碳環保的施工技術方能滿足現場調平層施工的需要。闡述了無縫鋼管+陶粒混凝土技術在白龍江大橋舊橋鋪裝調平層中的應用。

2 施工方案的確定

經多方分析研究后，最終決定采用對局部增高較多的區域設置無縫鋼管并采用陶粒混凝土配合進行調平的施工技術(以下簡稱“無縫鋼管陶粒混凝土”技術)。通過模擬原舊橋改造前的自重工況并保證舊橋鋪裝調平層滿足設計方案對橫縱坡的要求。無縫鋼管陶粒混凝土舊橋鋪裝調平層示意圖見圖1。

圖1 無縫鋼管陶粒混凝土舊橋鋪裝調平層示意圖

2.1 陶粒混凝土

(1)通過現場混凝土配制試驗[1]，確定了C50陶粒混凝土配合比(每m3用量)。C50陶粒混凝土配合比(每m3用量)見表1。

表1 C50陶粒混凝土配合比(每m3用量)表 /kg

(2)材料參數。

頁巖陶粒：粒徑為5～16 mm，密度為630～700 kg/m3,吸水率為16%～17%(干燥狀態下1h計),粒徑小于5 mm或大于16 mm的顆粒含量不應大于5%，并不得夾雜黏土塊。

砂為中砂或粗砂，含泥量不大于 3%。

水泥采用R52.5級普通硅酸鹽水泥。

外加劑的摻量必須通過試驗確定并符合混凝土外加劑氨的釋放量不大于0.1%的要求。

陶粒混凝土由拌合站拌制，采用混凝土罐車運輸至施工現場。

2.2 中空無縫鋼管

鋼管采用熱軋成形無縫鋼管，材質為Q345，管徑為A108(壁厚4.5 mm)、A95(壁厚4.5 mm)、A80(壁厚4 mm)、A65(壁厚4 mm)，管道雙層涂聚丙烯防腐涂料[2]。鋼管橫向間距邊到邊的距離為10 cm，管道縱向采用水平焊接，管道由專業廠家生產。

3 無縫鋼管陶粒混凝土具有的特點

采用無縫鋼管陶粒混凝土對白龍江大橋舊橋鋪裝層進行調平施工的主要特點如下。

3.1 無縫鋼管陶粒混凝土具有的優點

(1)施工簡單，方便易行。無縫鋼管鋪設簡單，焊接工藝成熟。鋼管本身既是縱筋，又是箍筋,具備鋼筋骨架的功能，且鋼管的制作相較于鋼筋骨架的制作與安裝更為簡單。不僅節省了大量的鋼筋材料,減少了鋼筋綁扎時間，同時亦改善了工作環境,加快了施工進度，縮短了工期。

(2) 具有輕質、高強的特點。與常規鋼筋混凝土相比，節省鋼材約50%。陶粒混凝土表觀密度遠小于普通混凝土：普通混凝土表觀密度一般為2 450 kg/m3，而陶粒混凝土表觀密度則為1 400～1 950 kg/m3[3]。對比兩者的差異不難發現：當陶粒混凝土容重在LC5～LC50范圍時，其容重僅為普通混凝土的80%。即在同等條件下，無縫鋼管陶粒混凝土的結構自重較普通鋼筋混凝土的結構輕25%～40%，隨之帶來的優越性是構件的自身重量大大減輕且強度等同于同標號普通鋼筋混凝土。

(3) 耐火性能好。陶粒混凝土由于其導熱系數比較低，在耐火性能試驗中，陶粒混凝土的耐火極限可達4 h，遠高于普通混凝土，且因鋼管作為骨架其管道內中空，當遭遇火災時，中空的鋼管可以起到隔熱散熱的作用，能夠減慢鋼管的升溫速度，增加了耐火時間，提高了耐火能力。

(4) 抗震性能強。由于陶粒混凝土具有較低的彈性模量且鋼管作為骨架結構具有良好的延展性,相較于一般鋼筋混凝土,其塑性和柔性更優越。而且無縫鋼管陶粒混凝土能夠延長建筑物的固有振動周期，當建筑物遭到破壞時會抵消大量變形動能，具有良好的抗震性能[4]。

(5)能夠創造良好的經濟效益。陶粒是一種很好的綠色材料，其原料來源廣泛，可以利用工業廢料、生活垃圾生產人造陶粒，即可減少對環境的污染，又使廢棄物得到再生利用。從長遠發展角度看，其可持續發展，所創造出的經濟效益和社會效益突出。

3.2 無縫鋼管陶粒混凝土具有的缺點

(1) 對其進行的結構研究未深入，實際應用案例較鋼筋混凝土工程偏少，缺乏大量的實際施工構件基礎實際參數進行對比研究。

(2) 無縫鋼管陶粒混凝土使用的局限性較大。目前市面上僅能做到C50標號強度的陶粒混凝土，對于超高強度混凝土標號要求則無法達到。且因干燥陶粒在吸水后易導致坍落度下降，致使其無法在澆筑時間長、澆筑高度高的構筑物上使用。而無縫鋼管作為骨架在遇到異形結構時其制作較為困難，導致施工范圍受限。

(3) 由于陶粒與水泥砂漿的密度存在較大差異，導致陶粒混凝土在攪拌和運輸過程中容易產生分層離析現象，導致混凝土澆筑質量保證難度加大。與普通同標號混凝土相比，陶粒混凝土的養護強度上升較慢、且其強度上升速率僅為普通混凝土的75%。

無縫鋼管陶粒混凝土優缺點匯總情況見表2。

表2 無縫鋼管陶粒混凝土優缺點匯總表

3.3 小 結

對于白龍江大橋舊橋調平層施工，采用無縫鋼管陶粒混凝土施工技術非常適合。采用無縫鋼管替代原鋼筋骨架，充分利用了鋼管制作工業化程度高、安裝焊接固定簡單、易操作的優點。采用陶粒混凝土替代原常規混凝土施工，具有輕質高強、防火及抗震性能優越的優點，避免了采用常規鋼筋混凝土自重大、鋼筋綁扎施工費時費工、抗震性能較差等缺陷[5]。減少了常規鋼筋混凝土大面積澆筑產生水化熱導致混凝土面開裂的現象發生，具有輕質高強、快速低耗、高效節能、低碳環保和安全優質的效果，屬于新的創新施工技術。

4 白龍江大橋舊橋鋪裝調平層無縫鋼管陶粒混凝土施工工藝

4.1 施工工藝流程

主要施工工藝流程：安全文明施工封道→舊橋原瀝青面層破除→舊橋原鋼筋混凝土鋪裝層破除→橋面清洗→無縫鋼管的鋪設與安裝固定→陶粒混凝土澆筑→養護、檢測。

4.2 操作要點

(1) 舊橋原鋼筋混凝土鋪裝層破除后，采用清掃機對橋面進行徹底的清掃、沖洗，保證橋面干凈、無雜物。

(2) 無縫鋼管的鋪設與安裝固定：舊橋橋面鋪裝無縫鋼管采用半幅施工，先施工高差較大側，根據現場調平層的高差變化選擇合適的四種鋼管型號。全橋鋼管縱向通長布置，采用焊接連接，在伸縮縫位置斷開，預留伸縮縫寬度；鋼管橫向間距為10 cm，采用定位筋焊接固定。

①鋼管安裝工藝流程：鋼管制備→鋼管檢驗→軸線測量、放線→基礎節安裝→標高校正→焊接→檢驗。

②鋼管安裝工序。根據施工圖及現場放樣后，采用吊車配合人工將鋼管依次放置在定位位置上。鋼管對接時，采用經緯儀測出偏差，保證鋼管的順直并將其均勻鋪設在橋面鋪裝層上并保證其受力均勻。焊接采用環焊縫，定位筋焊接固定。鋼管的現場焊接形式為水平焊，施焊前焊條需烘焙并保溫2 h后使用。施焊時，將焊條放在電熱保溫筒內，隨用隨取。焊接采用分段分向順序，分段施焊保持對稱，防止焊接變形而影響到安裝精度。

(3) 陶粒混凝土澆筑：待無縫鋼管鋪設完成后進行陶粒混凝土的澆筑施工。澆筑采用半幅施工，混凝土罐車直接入倉，人工整平、振搗、找平、養護。

①陶粒混凝土澆筑工藝流程：施工準備、技術交底→基層處理→測設標高控制線→陶粒混凝土攪拌→鋪設陶粒混凝土→滾壓→找平→養護。

②陶粒混凝土澆筑施工工序。

a.基層處理。將原橋鋪裝層拆除的混凝土碎渣、鋼管安裝中產生的鋼材碎屑等清除干凈。鋪設前，提前對其表面澆水潤濕。

b.標高控制。利用水準儀彈出標高控制線，以保證澆筑完成后的鋪裝層滿足舊橋橋面調坡要求。

c.鋪設陶粒混凝土。將攪拌好的陶粒混凝土用混凝土罐車送到施工地點直接入倉澆筑，由人工將其整平。由于陶粒混凝土較輕，很容易產生離析現象，因此，需要人工進行二次攪拌。

d.振搗與找平。用鐵鍬攤鋪陶粒混凝土，其厚度應略高于設計標高，再用拍板等工具及時將浮在表面的陶粒壓入混凝土中直至其砂漿泛上，再用平板振動器振動使其密實 。振動過程中，若仍有陶粒浮出表面，需由人工將其壓入混凝土中。

e.養護。陶粒混凝土鋪筑完畢，應及時覆蓋塑料薄膜和保溫材料，由專人定時進行澆水養護。

4.3 注意事項

(1)無縫鋼管的安裝必須焊接牢固，防止陶粒混凝土澆筑時導致鋼管上浮。

(2)使用陶粒混凝土時，一定要注意使用符合相關質量要求的材料。所有材料不僅應根據設計要求進行選擇，還要在進場時進行驗收。陶粒需進行試驗以確保其密度、導熱系數、強度和密度能夠滿足使用前的相關質量要求。

(3)陶粒混凝土的生產與拌和必須采用強制式拌合機攪拌，陶粒在拌和前需進行預濕處理。

(4)由于陶粒混凝土在運輸過程中可能會因運輸距離較遠或等待澆筑時間較長易造成坍落度損失、離析，對其采取的解決措施為：可以在卸料前摻入適量的減水劑進行攪拌，以滿足施工所需的和易性要求，但嚴禁直接加水。

(5)澆筑成型后，宜采用拍板、刮板、輥子或振動抹子等工具及時將浮在表層的粗陶粒顆粒壓入混凝土內；若顆粒上浮面積較大，可以采用表面振動器復振，使砂漿返上，再作抹面。

5 應用效果與結語

白龍江大橋舊橋于2020年1月啟動舊橋橋面鋪裝調平層施工，共耗時7 d完成舊橋橋面鋼管鋪設及陶粒混凝土澆筑施工，比原鋼筋混凝土橋面鋪裝計劃14 d減少施工工期7 d，提高效率約50%。采用無縫鋼管作為骨架比鋼筋網綁扎作為骨架減少混凝土用量約170 m3，陶粒混凝土的使用比普通混凝土減少自重約20%，整體無縫鋼管混凝土減少鋪裝層自重約25%，達到了原舊橋設計自重要求。經養護合格后檢測無縫鋼管混凝土滿足C50混凝土強度要求。在其施工完成后，廣元周邊如隴南、蒼溪、青川均發生過3～5級地震，經對白龍江舊橋表觀檢測未發現因地震引起鋪裝層、橋面層開裂或變形的情況發生。將無縫鋼管陶粒混凝土應用在舊橋鋪裝層改造中，取得了高效施工、輕質高強、抗震平穩的效果，而且節約了投資，減少了施工成本，取得了良好的社會與經濟效益。

廣元三江新區基礎設施建設白龍江大橋工程采用無縫鋼管陶粒混凝土進行舊橋鋪裝調平層施工取得成功并積累了實踐經驗，解決了舊橋鋪裝調平層與新建橋梁鋪裝層高差大的難題，大大減少了舊橋的橋梁自重，保證了舊橋鋪裝層的強度要求，優化了橋梁鋪裝調平層施工工藝，縮短了施工工期，所取得的經驗可供類似橋梁鋪筑調平工程借鑒，亦可在建筑行業需要輕質高強、工期緊張、抗震需求高的相關領域進行推廣應用。