低溫條件下鋼-STC橋面鋪裝施工關(guān)鍵技術(shù)

鄧?yán)顖?jiān) 宋佩超 何建喬

摘要：STC混凝土具有高強(qiáng)、超韌及收縮小的特點(diǎn)，作為鋼橋面鋪裝層形成組合橋面，極大提高了橋面剛度，延長(zhǎng)了工程壽命。文章以烏蘭木倫河3號(hào)橋鋪裝層施工為例，介紹了在低溫環(huán)境下的STC層的施工工藝，包括保溫措施、接縫設(shè)置、蒸氣養(yǎng)護(hù)等，為該類工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：STC;施工工藝;低溫;鋪裝;保溫措施

中圖分類號(hào)：U443.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.006

文章編號(hào)：1673-4874（2021）01-0021-04

0引言

正交異性鋼橋面具有構(gòu)件質(zhì)量輕、施工周期短等特點(diǎn)，已成為鋼橋尤其是特大型橋梁的首選橋面型式[1-2]。鋼橋面鋪裝極易損壞，面板與縱肋、橫隔間易出現(xiàn)疲勞開裂已成為正交異性橋面的施工難題。導(dǎo)致上述病害的主要原因有：（1）鋼橋面板的局部剛度不足;（2）鋼橋面夏季鋼板的溫度可達(dá)到70℃，高溫和超載雙重作用導(dǎo)致瀝青鋪裝和鋼橋面板出現(xiàn)早期病害[3-4]。為解決該問(wèn)題，研究人員通過(guò)設(shè)置薄層超高韌性混凝土STC層，將鋼橋面轉(zhuǎn)變成組合橋面，從而極大提高了橋面剛度，減小了面板和縱橫肋在輪載下的應(yīng)力，大幅提高了鋼橋面的抗疲勞壽命[5-6]。但在高緯度地區(qū)低溫環(huán)境下的STC鋪裝尚無(wú)先例，由于低溫環(huán)境下施工STC混凝土存在凝結(jié)時(shí)間慢、蒸養(yǎng)困難等問(wèn)題，易出現(xiàn)因養(yǎng)護(hù)不足而混凝土不能達(dá)到預(yù)期效果的問(wèn)題。本文以烏蘭木倫河3號(hào)橋鋪裝層施工為例，介紹了在低溫環(huán)境下，STC層的施工工藝。

1工程概況

烏蘭木倫河3號(hào)橋?yàn)橹谐惺綇?fù)式拱橋，跨徑為348m。受兩側(cè)地形的影響，橋梁縱坡為單坡-1.68%，橫坡為1.5%。橋面寬度為：5.0～16.5m（觀景平臺(tái)）+3.5m（非機(jī)動(dòng)車道）+12.5m（機(jī)動(dòng)車道）+12.5m（機(jī)動(dòng)車道）+3.5m（非機(jī)動(dòng)車道）+5.0～16.5m（觀景平臺(tái)）=42.0～65.0m。

車行道鋪裝采用鋼-STC組合橋面結(jié)構(gòu)，具體包括45mm厚STC層和40mm厚SMA13。其中，STC層通過(guò)規(guī)格為Φ13×35mm、間距為15cm的焊接栓釘將超高韌性混凝土層與鋼橋面板進(jìn)行連接。STC層內(nèi)布置縱橫向HRB400鋼筋網(wǎng)，標(biāo)準(zhǔn)間距為37.5mm，下層鋼筋順橋向布置，上層鋼筋橫橋向布置。見下頁(yè)圖1。

2施工平面布置

鋼橋面鋪裝區(qū)域長(zhǎng)348m，寬30.2m。由于橋面鋪裝面積較大導(dǎo)致產(chǎn)能大的問(wèn)題，兩側(cè)的STC的澆筑分6次進(jìn)行，機(jī)動(dòng)車道單次澆筑面積為2028m2 （機(jī)動(dòng)車道分為4次澆筑），非機(jī)動(dòng)車道單次澆筑面積為1047m²。沿路線中心線設(shè)置縱向矩形濕接縫，在后澆筑區(qū)靠近路線中心線處設(shè)置運(yùn)料通道，第一次澆筑運(yùn)料通道暫不焊接剪力釘。運(yùn)料通道寬4.5m，以便先澆區(qū)攤鋪施工時(shí)STC料的運(yùn)輸和汽車泵就位（見圖2）。

STC拌和區(qū)設(shè)置在小樁號(hào)側(cè)引道上，STC干混料在工廠預(yù)先拌和，并按照標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量裝入專用儲(chǔ)存桶，確保每次攪拌材料的均勻性及配備準(zhǔn)確性。攤鋪施工時(shí)干混料加水濕拌形成STC料，為實(shí)現(xiàn)隨拌隨鋪，采用多輛翻斗車接料運(yùn)至澆筑現(xiàn)場(chǎng)，切實(shí)保障了STC 的質(zhì)量。

STC層施工順序依次為機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道，其中機(jī)動(dòng)車道分為4次澆筑，接縫為道路中心線和跨度中心線。

STC混凝土屬于UHPC混凝土，其力學(xué)性能顯著高于常規(guī)混凝土，詳細(xì)參數(shù)見表1。

3施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1環(huán)氧富鋅漆施工

鋼箱梁與外界環(huán)境接觸的部位存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，因此在易與外界接觸的鋼箱梁部位采取防腐措施。STC與鋼箱梁接觸的外邊緣由于混凝土收縮會(huì)導(dǎo)致鋼箱梁頂面四周與空氣接觸，而存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。因此制定了在橋面周邊0.5m范圍內(nèi)進(jìn)行防腐涂裝的方案（見圖3）。橋面鋼板周邊0.5m范圍進(jìn)行環(huán)氧富鋅涂刷，作為防腐涂裝層，涂刷前沖洗、吹干凈橋面板。

3.2焊接栓釘

鋼橋面鋪裝的關(guān)鍵是鋼箱梁與STC的結(jié)合，因此栓釘?shù)氖┕べ|(zhì)量至關(guān)重要。栓釘施工的關(guān)鍵是焊接的質(zhì)量和布置間距，針對(duì)施工關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)采取一系列措施。焊接栓釘前對(duì)橋面板進(jìn)行清潔，瓷環(huán)保持干燥，確保焊縫無(wú)雜質(zhì)、無(wú)水份高溫汽化產(chǎn)生的氣孔。采用磨光機(jī)對(duì)栓釘位置進(jìn)行局部打磨，采用電弧螺柱焊機(jī)焊接時(shí)控制焊接面飽滿度、焊透和牢靠連接性。采用墨線示出栓釘位置，栓釘位置根據(jù)縱肋與橋面焊縫的位置精確定位（見圖4），栓釘距離此焊縫中心兩側(cè)各7.5cm。栓釘間距允許偏差≤5mm。STC端封板附近及橋梁中心線位置栓釘間距有所不同，當(dāng)栓釘與鋼箱梁焊接沖突時(shí)，可合理調(diào)整栓釘位置，并確保與焊縫間距≥20mm。

3.3鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)

栓釘解決了鋼箱梁與STC結(jié)合的問(wèn)題，但STC混凝土仍屬于脆性材料，在重型交通或頻繁交通的條件下易發(fā)生混凝土斷裂風(fēng)險(xiǎn)，為此在橋面上布設(shè)鋼筋網(wǎng)，將STC更好地形成整體，增加STC的韌性。鋼筋網(wǎng)采用肋鋼筋，直徑為10mm。通過(guò)鍍鋅鋼絲將縱橫鋼筋在相交處綁扎，四周鋼筋交叉點(diǎn)應(yīng)每點(diǎn)綁扎，中間部分每隔三根呈斜線型綁牢鋼筋網(wǎng)，鐵絲應(yīng)扣成“八”字形（或左右扣綁扎）。搭接位置錯(cuò)開布置，保證同一斷面上的縱橫向鋼筋搭接數(shù)量不超過(guò)截面鋼筋總數(shù)量的1/4。

鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚設(shè)計(jì)為15mm。在鋼筋網(wǎng)底面墊塊鋼筋條，以保證鋼筋網(wǎng)底面的保護(hù)層厚度，頂面保護(hù)層厚度由攤鋪機(jī)控制。鋼筋網(wǎng)綁扎時(shí)嚴(yán)格控制綁扎點(diǎn)數(shù)和牢固度，保證鋼筋網(wǎng)整體性良好。對(duì)攤鋪機(jī)軌道和滑靴部位鋼筋墊條進(jìn)行加密，以防止受壓時(shí)下陷。軌道位置鋼筋墊條長(zhǎng)35cm，間距為40cm，斜交45°角擺放，與鋼筋網(wǎng)進(jìn)行點(diǎn)焊固定。對(duì)攤鋪機(jī)軌道和滑靴部位鋼梁頂板進(jìn)行高程測(cè)量，計(jì)算出鋼梁頂板標(biāo)高線型，以作為STC攤鋪的標(biāo)高帶控制點(diǎn)。

3.4STC濕接縫

本工程由于攤鋪面積大而設(shè)置施工縫。由于STC內(nèi)部有大量的鋼纖維，在施工縫位置其鋼纖維是斷開的，抗裂強(qiáng)度將被削弱，因此，需對(duì)施工縫做強(qiáng)化處理。根據(jù)STC施工縫相關(guān)試驗(yàn)研究和以往項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目施工接縫采用矩形接縫的形式（見圖5），同時(shí)采用“Z”字鋼板進(jìn)行接縫處理。全橋行車道STC沿橋梁中心線分左右兩側(cè)分次進(jìn)行澆筑，縱橋向沿橋梁中心線設(shè)置一道矩形接縫，兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道無(wú)施工接縫。

澆筑施工區(qū)①前（見圖6），需在橋梁中心線位置用泡沫條和木方條裝好接縫模板，有效將施工區(qū)①和施工區(qū)②隔開，矩形接縫的尺寸為40cm×40cm。施工區(qū)①蒸養(yǎng)完成后，拆除模板條，對(duì)濕接縫進(jìn)行鑿毛，保證接縫表面裸露出大量的鋼纖維。鑿毛后，清理干凈接縫面松散的混凝土和鋼筋網(wǎng)間的STC碎塊和屑末。澆筑施工區(qū)②時(shí)，對(duì)接縫面STC提前進(jìn)行噴霧濕潤(rùn)，保證新舊混凝土的粘結(jié)效果。若出現(xiàn)橫縫，則焊接S型鋼板進(jìn)行修補(bǔ)。

3.5STC澆筑施工

3.5.1施工準(zhǔn)備

攤鋪前對(duì)橋面進(jìn)行清洗及水霧潤(rùn)濕，清除積水。對(duì)施工縫位置進(jìn)行STC鑿毛處理，并進(jìn)行清理，再次澆筑前須濕潤(rùn)鑿毛地帶。

3.5.2STC拌和

（1）STC的干拌。為確保原材料配備精確，原材料采用工廠預(yù)干拌處理。STC干拌料均有電子稱量系統(tǒng)控制稱量，所有材料稱量誤差應(yīng)控制在±2%，干拌時(shí)間為15min。

（2）STC的濕拌。根據(jù)拌和總量和配合比要求稱取拌和水，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫，加熱拌和水溫度，確保拌和后拌和物溫度>10°。每盤攪拌時(shí)間根據(jù)拌和狀態(tài)（即拌和物坍落度）確定，但時(shí)間≥6min。

STC的拌和前，應(yīng)檢查攪拌設(shè)備狀態(tài)，并應(yīng)嚴(yán)格按施工配合比進(jìn)行拌和。STC干混料配料誤差控制在0.8%之內(nèi)，水的計(jì)量誤差控制在0.4%之內(nèi)，使用前計(jì)量設(shè)備應(yīng)歸零。

3.5.3STC攤鋪整平

采用攤鋪機(jī)進(jìn)行布料攤鋪，人工抹面及覆蓋保濕膜、噴霧保濕等工序緊隨其后。特殊部位及時(shí)攤鋪人工布料。橋面施工過(guò)程出現(xiàn)積水和雜物應(yīng)及時(shí)清除。

3.5.4保濕養(yǎng)護(hù)

STC完成攤鋪后進(jìn)行人工抹面，隨后立即在工作橋上開始水霧噴射、覆蓋保濕膜、灑水保濕的養(yǎng)護(hù)工作。STC澆筑與保濕養(yǎng)護(hù)同步進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)過(guò)程中加強(qiáng)巡查。在低溫天氣條件下進(jìn)行STC澆筑攤鋪時(shí)，保濕膜覆蓋和灑水完成后，立即搭設(shè)保溫棚進(jìn)行保溫，保證STC至終凝的過(guò)程中，環(huán)境溫度在5℃。

4保溫及養(yǎng)護(hù)

4.1保溫措施

STC屬于超高性能混凝土，具有極低的水膠比，失水對(duì)STC水化反應(yīng)影響大，因此完成攤鋪后立即覆蓋養(yǎng)護(hù)。STC完成攤鋪后進(jìn)行人工抹面，隨后立即在工作橋上開始水霧噴射、覆蓋保濕膜、灑水保濕的養(yǎng)護(hù)工作。STC澆筑與保濕養(yǎng)護(hù)同步進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)過(guò)程中加強(qiáng)巡查。

另外，施工期為冬季，溫度在-5℃～0℃左右，因此保濕膜覆蓋和灑水完成后，立即搭設(shè)保溫棚進(jìn)行保溫，同時(shí)，在保溫棚內(nèi)設(shè)置探照燈，保證STC至終凝的過(guò)程中，環(huán)境溫度為5℃。

4.2蒸氣養(yǎng)護(hù)

STC保濕養(yǎng)護(hù)至終凝后，進(jìn)行蒸氣養(yǎng)護(hù)。蒸氣養(yǎng)護(hù)過(guò)程中搭設(shè)由帆布、保溫棉以及支架組成的保溫棚，棚內(nèi)布有蒸汽管道，蒸汽管道間隔為12m，管壁設(shè)有排氣孔。由蒸汽發(fā)生器提供蒸汽并由蒸汽管道進(jìn)行輸送，通過(guò)保溫棚內(nèi)的溫濕度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。養(yǎng)護(hù)期間升溫速度約為15℃/h，降溫速度≤10℃/h，保證80℃恒溫養(yǎng)護(hù)≥72h。

5結(jié)語(yǔ)

本文以烏蘭木倫河3號(hào)橋STC層施工為例，詳細(xì)介紹了低溫條件下STC橋面澆筑施工及養(yǎng)護(hù)工藝，得到以下結(jié)論：

（1）在STC與鋼箱梁接觸外邊緣采用環(huán)氧富鋅漆防腐措施可減小因STC收縮、開裂帶來(lái)的鋼箱梁腐蝕病害。

（2）采用矩形接縫形式和“Z”字鋼板進(jìn)行接縫處理。

（3）針對(duì)低溫環(huán)境，采用同步澆筑保溫的養(yǎng)護(hù)措施和設(shè)置保溫棚完成低溫環(huán)境的保溫措施，設(shè)置蒸汽管道、保濕膜及保溫膜確保了STC蒸氣養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

（4）本工程針對(duì)栓釘施工、接縫處理、低溫養(yǎng)護(hù)、蒸氣養(yǎng)護(hù)等工藝進(jìn)行了一系列改進(jìn)，形成了成套低溫環(huán)境下的鋼STC橋面鋪裝施工技術(shù)。

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