鋼橋面UHPC鋪裝層施工技術研究

摘 要：近年來，超高性能混凝土（UHPC）因其優越的性能逐漸替代普通混凝土，越來越多地應用于鋼混組合結構橋梁橋面鋪裝中，形成新型的橋面結構形式（鋼-UHPC組合結構），這種新型的組合結構形式勢必對橋面的結構產生不同的影響。因此，本文以上海崇明區東平河大橋主橋鋼橋面UHPC鋪裝施工為工程背景，采用有限元分析的方式，研究了鋼-UHPC組合橋面結構的影響。同時對鋼橋面UHPC鋪裝層施工技術要點進行分析，為后續類似項目UHPC鋪裝層施工在鋪裝領域廣泛應用提供借鑒和參考。

關鍵詞：超高性能混凝土UHPC；橋面鋪裝；施工技術文章編號：2095-4085（2024）06-0022-03

0 引言

傳統的正交異型鋼橋面的橋面鋪裝層一般采用普通混凝土或瀝青混合料，在橋梁投入運營以后，在大載荷、高溫等因素耦合作用下，鋪裝層經常出現一些車轍、擁包、開裂、滑移等問題，出現的各種病害甚至會對橋梁的正常通車產生影響，給社會和經濟帶來不利。在此背景下，超高性能混凝土（UHPC）應運而生，其不僅可以增加橋梁橋面鋪裝的剛度，還可以提高橋梁在受力狀態時的耐高溫性，還可以減少橋面鋪裝層病害的發生，延長橋梁的使用壽命。

UHPC作為一種水泥基復合材料，在高耐久性、強韌性、高強度、低孔隙率方面具有很好的表現，國內關于UHPC的相關研究起步較晚，但發展較為迅速。邵旭東教授提出了鋼-UHPC新型組合橋面，有效解決了鋼橋面開裂和鋪裝層病害等問題。其他學者同樣提出了各種UHPC鋪裝結構，如湖北宜昌大橋采用UHPC+薄層聚合物罩面鋪裝結構進行修復，武漢軍山大橋采用UHPC+SSMA-10鋪裝結構進行修復。綜上所述，鋼-UHPC組合型式的鋪裝結構應用在鋼橋面的橋面鋪裝施工中逐步得到了認可，并取得了很多成功的案例［1］。因此本文以上海崇明區東平河大橋主橋鋼橋面UHPC鋪裝施工為工程背景，研究了UHPC橋面鋪裝層材料性能、施工技術及應用效果。

1 設計說明

1.1 工程背景

上海崇明區東平河大橋是崇明大道重點工程，西起城橋鎮江山路鼓浪嶼路口，東至陳家鎮北陳公路，道路分幅設置，雙線雙橋南北間距300m左右，單幅橋梁長738m。東平河大橋是連接崇明城區東西區域的骨干通道，其建設意義重大，通車后將大大緩解崇明大道的交通壓力，激活區域經濟發展新動能［2］。

1.2 材料性能

UHPC強度高、韌性好、孔隙率低，它由粉煤灰、硅灰、石英砂、水泥等材料組成，不使用粗骨料，減小了材料內部的裂縫和空隙。UHPC與普通混凝土的物理力學性能對比如下表1所示。通過對比可知，UHPC的抗壓強度及抗折強度是普通混凝土的幾十倍，其彈性模量及斷裂韌性也優于普通混凝土。

1.3 方案設計

鋪裝層采用40mmUHPC+20mm磨耗層，在鋼橋面頂板上焊接好鋼筋網，隨后采用UHPC澆筑，使得UHPC層與鋼面板形成一個整體，抵抗剪切力。根據《高強鋼筋UHPC梁抗彎性能試驗》可知，彎矩設計值Mu計算式如下：

Mu=αfcbxh0-x2+0.5ftb（x-x/β）（h0-x/β）

其中：Mu為彎矩設計值，fc為混凝土的抗壓強度設計值，b為矩形的截面寬度，x為混凝土的受壓區高度，ft為混凝土的抗拉強度設計值。經計算可知60mm的UHPC板極限彎矩為1.07×106 N·m2。采用此方案設計可滿足橋面的承載力要求。

1.4 方案對比

一般橋面多采用環氧瀝青材料進行鋪裝，為了研究UHPC層與普通瀝青兩個方案對整體大橋受力的影響區別，采用Midas-Civil有限元軟件建立整體空間模型。模型的計算工況如下表2所示。

通過計算可知，主纜的軸力值如下表所示：

通過主纜軸力的變化來反應大橋整體受力狀態的變化，通過表3的計算結果可知，40mmUHPC+20mm磨耗層與60mm環氧瀝青鋪裝相比，主纜軸力增大了1.01%，變化的程度比較小，因此，新型的橋面鋪裝方案對橋面結構的的影響較小，不會改變大橋整體的安全性，40mmUHPC+20mm磨耗層的橋面鋪裝方案是可行的［3］。

2 施工流程

東平河大橋UHPC鋪裝層先施工左半幅，再施工右半幅，施工流程圖如下圖1所示。

2.1 準備工作

現場施工前期人員、設備、機械、輔材的準備。保證現場施工連續。

2.2 橋面鋪裝施工工藝

橋面施工采用UHPC澆筑的施工方式，必須在緊前工作驗收合格的前提下。具體施工步驟及要求如下：

2.2.1 標高控制

在攤鋪機上設點，標高按現有橋面坡度控制各點的澆筑厚度均為60mm，用鋼管固定在振動梁上，以此作為軌道標高的依據。

2.2.2 振搗梁及軌道安裝

振搗梁軌道采用兩根25mm鋼管，鋼管固定在振動梁底部，鋼管在鋼筋上部推行行走。

（1）將軌道鋼管貼合在橋面鋪裝鋼筋網片上，要求軌道鋼管頂面標高與橋面鋪裝標高保持一致。

（2）振動梁為節段安裝（3m、1.5m、1m），安裝后中間部分易發生變形，可以通過調整節段間的螺絲來保證振動梁下方梁板的平直，從而保證混凝土表面的平整度。

2.2.3 混凝土攪拌

擬選擇在溫度條件適當時正式施工，攪拌機一次出料0.8m3，每盤攪拌時間12～15min，攪拌機每小時出料約3.2m3，為保證混凝土輸送速度，配備兩臺吊車送料。

混凝土所用原材料中的核心組份為袋裝，用水泵抽入攪拌機的水箱中，攪拌機自帶水計量系統。以上措施可有效提高攪拌效率［4］。

2.2.4 模板的拆除及混凝土養護

混凝土的強度達到設計要求后拆除模板，一般為1天后。拆模過程中，應特別注意不得損壞楞角。養護的時長一般為7日，溫度應控制在不小于10℃，養護采用內外層覆蓋雙層養生方式：澆筑后第一天時先塑料膜覆蓋后濕潤土工布覆蓋，待混凝土強度達到設計圖紙和規范要求要求后拆除塑料膜，再覆蓋上第二層濕潤的土工布，并且需要保持土工布處于濕潤保濕狀態，視天氣情況控制每天灑水次數。養護時需做好成品保護工作，養護結束前嚴禁進行下道工序的施工［5］。

3 施工中遇到的問題及針對性解決方案

（1）在運輸和澆筑的過程中UPHC材料會發生失水問題，在光照和高溫下更為嚴重。這將導致UHPC流動性降低，難以順利澆筑。解決方案：①本工程施工受場地及橋面鋪裝層總工程量等因素限制，現場采用一臺設備進行材料加工攪拌，每段區域澆筑量超過攪拌機工作產能。在后續第二座橋梁橋面鋪裝施工中再增設一臺攪拌機，從而滿足澆筑速度。②提前要求班組在攪拌機設備四周準備足量所需的材料，以減少加料時間。③定時對運輸攪拌混合料的設備上的硬垃圾進行清理，并根據需要對內壁進行澆水。

（2）鋼箱梁橋面及剪力釘等除銹完成后，一般鋪裝層班組尚需進行材料、設備的準備工作，距離UHPC的澆筑仍有一段時間。除銹后的鋼橋面會發生再次生銹情況，尤其是遇到下雨天等潮濕天氣。解決方案：①鋼橋面頂面及剪力釘等結構物進行除銹工作時，需增強除銹的打磨力，除銹完成后要進行覆蓋防雨。②除銹后要立即組織人員進行鋪裝層鋼筋綁扎工作，且必須加快進度。③UHPC澆筑前，要確保鋼橋面無垃圾遺留。

（3）通過首次UHPC澆筑后，在預留的濕連接縫處易產生污漬現象，接頭拆除后有損壞處理不到位的情況。解決方案：①UHPC澆筑前，先保護好濕潤的接縫再澆筑；②模具拆卸后應立即覆蓋濕接縫，直到濕接縫形成［6］。

4 結語

本文以上海崇明區東平河大橋為工程背景，通過材料性能、承載力設計、與普通瀝青進行對比等多角度分析了鋼混組合結構采用UHPC作為鋪裝層的實際工程問題。通過研究分析可知，與普通混凝土橋面鋪裝層相比，UHPC橋面鋪裝層物理力學性能上具有更好的優勢，且不會改變橋梁整體的安全性，對橋面結構的影響較小。同時需要對UPHC澆筑時整平、覆膜養護、指標檢測的質量控制關鍵點加以重視。從施工時的效果和兩座大橋投入使用至今來看，未出現鋪裝病害及裂縫，為后續類似項目UHPC鋪裝層施工在鋪裝領域廣泛應用提供借鑒和參考。

參考文獻：

［1］邵旭東，陳玉寶，何廣，等.鋼-UHPC組合桁式拱橋拱肋與腹桿節點性能試驗研究［J］.土木工程學報，2022，55（5）：54-66.

［2］閻培渝.超高性能混凝土（UHPC）的發展與現狀［J］.混凝土世界，2010（9）：36-41.

［3］曹君輝.鋼一薄層超高性能混凝土輕型組合橋面結構基本性能研究［D］.長沙：湖南大學，2016.

［4］宋立國.超高性能混凝土在橋梁結構中應用研究［J］.鐵道建筑技術，2022（1）：82-86.

［5］史曉婉.超高性能混凝土國內進展及性能試驗研究［J］.江西建材，2018（10）：3-5.

［6］周尚猛，王偉.超高性能混凝土鋪裝體系在鋼橋面中的應用［J］.橋梁建設，2019，49（S1）：20-25.