基于優化時序控制的STC 聯合攤鋪系統施工技術研究

張華 ZHANG Hua

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

正交異性鋼橋面板是一種重要的橋面結構形式被廣泛應用于國內外橋梁結構中，但正交異性鋼橋面結構自身局部剛度低，且構造復雜，焊縫數量多，在荷載循環作用下，容易產生疲勞開裂，同時鋪裝層也常出現開裂、黏結層失效等病害問題。通過結合超高韌性混凝土STC（Super Toughness Concrete）和密配鋼筋的特點，提出了鋼-STC 輕型組合橋面結構。與傳統正交異性鋼橋結構相比，鋼-STC輕型組合橋面結構可以有效解決正交異性鋼橋面板的病害問題，能夠顯著提高橋面板的局部剛度，進而大幅度降低正交異性鋼橋面板各構造細節處的活載應力及疲勞開裂的風險。同時，鋼-STC 輕型組合橋面結構具有使用壽命長、耐久性好、結構安全、質量穩定、行車舒適等優點，且組合結構橋面厚度小，重量輕，對橋梁整體增加的荷載小，從全橋及全壽命使用周期方面考慮成本低。

然而，在公路橋梁工程中，受到施工工藝與環境等因素的影響，混凝土橋面的小面積損傷與大面積破壞經常出現。目前STC 的施工技術尚未解決鋼-STC 輕型組合橋面施工時勞動強度大、成本高、效率低的問題，其普遍適用性也不強，在實現施工機械化、設備輕型化及自動化等方面，仍存在不足。[1-2]

1 工程概況

1.1 工程簡介

成都市大件路擴容改造工程繞城高速上跨橋項目，橋梁全長677m，該工程中的鋼箱梁采用鋼-STC 輕型組合橋面結構，橋面鋪裝設計為超高韌性混凝土STC 結構層，為新型材料，技術要求高，施工難度大，工程應用少。

1.2 設計簡介

在鋼-STC 輕型組合橋面結構中，STC 層通過栓釘與鋼橋面板連接成一體，栓釘（Ф13mm×40mm）的布置原則：采用矩陣式布置，焊釘標準間距為150mm；在毗鄰護欄1m 范圍內焊釘橫橋向間距加密為100mm，在毗鄰伸縮縫1m 范圍內焊釘縱橋向間距加密為100mm。

STC 層內密布Ф10mm HRB400 級鋼筋，鋼筋網布置原則：150mm 焊釘空隙中均勻布置3 根縱向或橫向鋼筋，100mm 焊釘空隙中均勻布置2 根縱向或橫向鋼筋，且橫向鋼筋位于上層，上層鋼筋的凈保護層厚度為20mm。STC層縱、橫向鋼筋通長布置不得截斷；鋼筋接頭采用單面焊方式連接，搭接長度不小于20cm，并錯開布置。鋼-STC 輕型組合橋面結構剖面圖見圖1。

圖1 鋼-STC 輕型組合橋面結構剖面圖

2 超高韌性混凝土STC[3-4]

STC 采用最大堆積密實度理論，配置的最大粒料為石英砂，粒徑為0.16~1.25mm。其它原材料主要為水泥、礦物摻和料、鋼纖維、減水劑和水等，所采用的鍍銅鋼纖維直徑為0.18~0.22mm，長度為12~14mm。鑒于STC 材料種類較多，各種材料的投放及鋼纖維的摻入均會延長STC 拌和時間。鋼-STC 輕型組合橋面結構一般為現澆工程，為了滿足現場施工要求，使用已經預拌為干混料的STC 作為干料，加水濕拌后完成攪拌。

3 關鍵施工技術

3.1 STC 的拌和與運輸[5]

STC 混凝土的拌合采用原材料的干拌和澆筑時加水濕拌兩道工序。

3.1.1 STC 干拌

原材料的干拌預先在干拌工廠進行。提前進場并做好檢驗、配合比設計等工作。根據澆筑施工進度計劃，提前進行干拌工作，確保每次澆筑施工之前，所需的STC 干混料已準備足量。STC 干拌料均有電子稱量系統控制稱量，干拌站配料計量偏差不得超過規定，所有材料稱量誤差應控制在±2%。STC 專用干拌機干拌15min，混合均勻后再裝入貯存桶。干拌產量應足以提供夠現場濕拌量，及時供應，以免耽誤工期。貯存桶應干燥潔凈，注意防潮，運輸過程及現場材料堆放應做好防潮、防塵措施。STC 干混料的貯存與運輸見圖2。

圖2 STC 干混料的貯存與運輸

3.1.2 STC 濕拌

在路基上濕拌區配備4 臺0.5m3STC 專用濕拌機進行濕拌，干混料允許偏差≤2%，水允許偏差≤1%。STC 攤鋪時，將已經干拌好裝入貯存桶的STC 干混料，按桶計量投入濕拌機，根據配合比按比例稱量水，加水攪拌3~5min 至STC 流化，流化之后繼續攪拌2min，每臺攪拌機每次攪拌0.5m3。STC 流化濕拌見圖3。

圖3 STC 流化濕拌

現場檢測濕拌料的塌落度符合要求后再進行輸送。濕拌STC 料由翻斗車運輸，翻斗車在攤鋪區鋼筋網上行走時，沿攤鋪機縱向軌道滑靴位置行走，澆筑前提前對行走路線的鋼筋網下墊塊進行加密，以防止鋼筋網下陷變形。卸料后應及時清洗干凈。

3.2 STC 現場澆筑

STC 攪拌站設于橋頭，在進行STC 澆注前，提前將栓釘、鋼筋網、橋面潤濕。STC 拌和物的輸送采用混凝土翻斗車運至施工區域，為保證攤鋪厚度和坡度滿足設計要求，采用STC 專用攤鋪機布料。[6]

STC 專用攤鋪機由自帶動力牽引頭提供前進動力，主要組成結構為儲料倉、高頻振動整平器、振刮平梁。通過儲料倉儲料兼攤鋪STC，高頻振動整平器搗實STC，振刮平梁控制攤鋪厚度并將STC 刮平抹光，實現STC 的機械化自動攤鋪。STC 專用攤鋪機可實現高質量、高效率的攤鋪，可自動完成布料、振搗密實、整平等工作。同時，攤鋪機可實時調整攤鋪厚度，以滿足橋面厚度控制要求。STC 攤鋪布料見圖4。

圖4 STC 攤鋪布料

對于局部需要調整平面標高的位置通過人工補料或減料，并配合振搗器和整平機進行振動整平及人工抹平實現標高一致。STC 的抹面收光采用桁架式工作平臺車作為操作平臺進行施工，根據施工抹面進度人工控制挪動平臺。通過控制攤鋪速度和振動頻率，保證成型的平整度和表面，以保證連續攤鋪整平作業。對整平機整平后的有缺陷表面以及攤鋪機死角的空位進行人工修補。同時對攤鋪的STC 表面噴灑養護劑。

STC 松鋪系數取1.05。現場STC 的坍落度應控制在180～280mm，擴展度控制在500～700mm，并按設計圖紙及規范要求現場預留STC 抗壓、抗折試件，同條件養護后檢驗強度等指標。

3.3 STC 養護

3.3.1 保濕養護

保濕養護工作在澆注完STC 后，且初步振搗整平之后立即開始，采用移動桁架式工作平臺車為施工平臺，工作橋面軌道橫跨14.25m。抹平收光后立即噴灑養護劑并覆蓋保濕養生膜進行養護，覆膜后用重物蓋壓防止刮風掀起。縱橋向每完成2m 長度STC 振搗整平，馬上覆蓋節水保濕膜進行保濕養護，保濕養護流程為：高壓水槍噴養護劑-人工抹平收光-覆蓋節水保濕膜。STC 保濕養護見圖5。

圖5 STC 保濕養護

3.3.2 高溫養護

STC 現場高溫蒸汽養護主要通過蒸汽鍋爐、蒸汽管道和蒸汽養護棚、自動控制系統等設施實現。STC 終凝后（約72h），移除節水保濕膜，搭設蒸汽養護保溫棚留出蒸養空間，內部按一定間距安裝蒸汽管道，布置好溫度和濕度傳感器，再依次覆蓋隔水層帆布、保溫層2 層膜布，即開始高溫蒸汽養護。[7]蒸汽養護保溫棚構造見圖6。

圖6 蒸汽養護保溫棚構造

采用每20m 布置一臺鍋爐，在橋梁行車道內側處沿縱橋向設置主管道將相鄰兩臺鍋爐串聯，同時每10m 沿橫橋向設置副管道，管道的管壁每隔15cm 設置一個3~4mm 的泄氣孔。蒸汽通過蒸汽管道進入保溫棚，在保溫棚內的管道均勻布置在STC 成型面上，保證供汽均勻。蒸養過程中，在保溫棚內每50m 設置溫度及濕度傳感器，用于對蒸汽進行實時自動化調控，保證蒸養溫度和濕度滿足蒸養要求。升溫階段升溫速率約為15°C/h，直到達到80°C~100°C，恒溫養護48h，蒸養期間實時測溫監控，做好測溫記錄。蒸汽養護結束后，降溫速率適當控制，降溫階段降溫速率不大于10°C/h 至現場溫度，防止降溫過快導致STC表面出現溫度裂縫。STC 蒸養施工見圖7。

圖7 STC 蒸養施工

4 結論

①由于STC 配合比特殊，具有水膠比低、漿體粘度大等特點，且摻加大量鋼纖維，采用專用STC 經濟型干混合料生產與拌和技術可以有效提高STC 生產效率、大幅降低STC 料拌和難度。

②本技術將混凝土翻斗車、STC 專用攤鋪機、高頻振動整平器、移動桁架式工作平臺車等機械進行合理配置，協作完成STC 的拌和、送料、澆筑、搗實平整、抹面、養護等工序，有效提高了機械出料速率，實現材料鋪設均一，降低了搗實平整阻力，提升了材料密實性，保證STC 攤鋪料的均勻性，同時保證施工的高效率和經濟性。

②各蒸養區域內溫度場均勻，管道工作壓力低，工程投資少，節能減排，同時有效克服了蒸養長度長、面積大以及蒸養平面有傾斜度時STC 面層各處溫度場不均勻的問題。