鋼梁橋面UHPC防水鋪裝層施工技術(shù)研究

姜 鵬

(中鐵大橋局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 450003)

0 引言

隨著橋梁建設(shè)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鋼橋因其特有的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。而在鋼梁橋面鋪裝體系上通常采用常規(guī)的設(shè)計(jì)，常規(guī)橋面鋪裝體系易產(chǎn)生裂縫類病害，降低防水效果，造成鋼梁橋面板腐蝕破壞，增加后期維修成本。鐵路鋼梁正交異性橋面板剛度較小，受間斷性荷載作用，容易造成疲勞破壞，降低鋼梁健康壽命，同時(shí)危及鐵路運(yùn)營安全，所以鐵路鋼梁橋面防水鋪裝層必須具備一定剛度、優(yōu)良的耐久性和抗疲勞特性。

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，簡稱UHPC)是一種創(chuàng)新性的水泥基材料，從材料構(gòu)成、微觀結(jié)構(gòu)、配合比設(shè)計(jì)等各方面均不同于普通傳統(tǒng)高性能混凝土的一種新型建筑工程材料，具有超高的力學(xué)性能和超強(qiáng)的耐久性能，試驗(yàn)證明，UHPC作為鋼梁正交異性板橋面鋪裝層，大大提高了橋面系剛度，避免了鋼橋面疲勞破壞和鋪裝層開裂問題，提高了防水鋪裝層耐久性。所以超高性能混凝土橋面系統(tǒng)逐漸被發(fā)展和應(yīng)用起來，目前，中鐵大橋局自主研發(fā)的UHPC橋面體系已成功應(yīng)用于多座公路鋼橋面，并取得良好的應(yīng)用效果[1-3]。

1 工程概況

浩吉鐵路洞庭湖特大橋主橋?yàn)?98+140+406+406+140+98)m三塔雙索面雙主跨鐵路煤運(yùn)專用斜拉橋，全長1 290.24 m，為世界首座。主梁為鋼箱梁鋼桁結(jié)合梁結(jié)構(gòu)，為不帶豎桿的華倫式桁架，主桁采用內(nèi)傾布置，上弦桿中心距12.0 m，下弦箱間距14.0 m，主橋和84 m跨沿湖路鋼梁橋面鋪裝層設(shè)計(jì)采用5 cm厚UHPC防水鋪裝層，鋪裝總面積近1.2萬 m2。

2 總體方案

鋼橋面鋪裝的總體方案：鐵路鋼梁橋面鋪裝層采用全幅、分段施工，每段約100 m。單節(jié)段施工時(shí)，先對(duì)道砟槽內(nèi)鋼梁橋面板表面進(jìn)行噴砂除銹處理，鋼板表面處理完成后焊接φ19×3.5 cm剪力釘，間距為30 cm×30 cm，然后立即進(jìn)行防腐涂裝，涂裝環(huán)氧富鋅底漆兩道各50 μm。防腐涂裝完后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)、綁扎，然后立模，之后進(jìn)行5 cm超高性能混凝土澆筑。超高性能混凝土施工完畢后覆蓋薄膜和土工布進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，覆膜養(yǎng)護(hù)齡期為28 d。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 鋼橋面拋丸處理

每節(jié)段施工前在橋面劃線標(biāo)記施工區(qū)域，用拋丸機(jī)將道砟槽內(nèi)鋼梁面的油漆、浮銹等清理干凈。拋丸磨料采用鋼丸、鋼質(zhì)棱角砂，其比例通過試驗(yàn)確定。磨料必須保持干燥、清潔、不含如油脂、鹽分等影響拋丸質(zhì)量的有害物質(zhì)。拋丸作業(yè)順橋向依次進(jìn)行(見圖1)，前后道拋丸作業(yè)重疊寬度達(dá)到100 mm，防止漏拋，對(duì)于擋砟板側(cè)面無法機(jī)械作業(yè)區(qū)域采用角磨機(jī)人工除銹拋光，橋面經(jīng)過3遍拋丸粗糙度及光潔度達(dá)到Sa 2.5級(jí)，表面粗糙度在Rz 75 μm～100 μm之間(見圖2)。

3.2 防腐層底漆噴涂

鋼橋面清理干凈后即進(jìn)行橋面2道各50 μm的環(huán)氧富鋅防銹底漆的噴涂作業(yè)，以確保橋面清污除銹質(zhì)量。采用噴涂機(jī)和人工涂刷組合工藝在試驗(yàn)段進(jìn)行環(huán)氧富鋅防銹底漆噴涂作業(yè)，按涂料質(zhì)量要求選擇合適的高壓無氣噴涂機(jī)的技術(shù)參數(shù)，底漆噴涂要厚度均勻，漆膜厚度要一次達(dá)標(biāo)，噴槍嘴要與漆膜面垂直，兩次噴涂交接處要交疊覆蓋，避免漏噴。對(duì)于擋砟板側(cè)面底漆采用人工手動(dòng)順次涂刷，漆液蘸取量滿足涂刷要求，防止漆液滴掛。噴涂完畢后底漆自然環(huán)境固化養(yǎng)護(hù)，防止外部因素影響損壞，確保底漆質(zhì)量。噴涂厚度實(shí)測平均結(jié)果：第一層58 μm,總噴涂厚度121 μm，滿足設(shè)計(jì)要求[4-6]。

3.3 剪力釘焊接技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行剪力釘位置放樣。節(jié)段除銹完成后利用墨線在鋼橋面上畫出剪力釘?shù)奈恢?，保證定位標(biāo)志清晰可見和準(zhǔn)確。剪力釘標(biāo)準(zhǔn)間距為300 mm。當(dāng)剪力釘?shù)脑O(shè)計(jì)位置與鋼主梁拼接焊縫位置沖突時(shí)，應(yīng)將剪力釘偏離焊縫邊界20 mm～30 mm，不得將剪力釘直接焊接在拼接焊縫的頂面。剪力釘焊接質(zhì)量不能低于鋼梁焊接質(zhì)量，焊接完畢后用錘子敲擊檢查，確保剪力釘不歪斜、焊縫不開裂。現(xiàn)場安裝的剪力釘實(shí)測直徑、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率及化學(xué)分析結(jié)果均符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.4 鋼筋綁扎技術(shù)

鋼筋安裝綁扎質(zhì)量決定著保護(hù)層厚度能否滿足要求，直接關(guān)乎鋪裝層質(zhì)量，由于鋼筋全幅成片節(jié)段安裝，面積大，自重高，需對(duì)鋼筋網(wǎng)片墊塊進(jìn)行加密處理，將長度為3 cm～4 cm的鋼筋頭作為墊塊進(jìn)行40 cm～50 cm的間距布置，以提高成型鋼筋網(wǎng)片的整體剛度(見圖3，圖4)[7-9]。

3.5 模板施工技術(shù)

UHPC鋪裝層節(jié)段施工布置20 cm×10 cm預(yù)留施工縫，為了新舊UHPC鋪裝層更好結(jié)合，施工縫采用鋸齒狀布設(shè)，端部采用寬5 cm、厚1.6 cm的硬質(zhì)泡沫板封擋，方便現(xiàn)場安裝及拆模，泡沫板間及底部縫隙用發(fā)泡膠進(jìn)行固定封堵。

3.6 超高性能混凝土施工技術(shù)

超高性能混凝土的原材料由多種組分組成，按照水泥∶核心料∶石英砂∶鋼纖維∶拌和水=850∶340∶850∶250∶210施工配合比(質(zhì)量比)拌制，核心料由外加劑、硅灰、超細(xì)礦粉等組成，為了進(jìn)一步優(yōu)化施工配合比，將除水和鋼纖維之外的原材料在干料加工廠內(nèi)預(yù)拌，干料預(yù)拌的各種原材料計(jì)量精度最大誤差不超過±1%。廠內(nèi)預(yù)拌可以提高外加劑的分散效果，現(xiàn)場檢測證明，降低UHPC水膠比，超高性能混凝土坍落度為26.5 cm，擴(kuò)展度54.5 cm，泵送壓力約降到原來額定壓力的一半，施工技術(shù)參數(shù)仍可以滿足施工要求，UHPC力學(xué)性能均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求[10-11]。

采用容量為2 m3的120型攪拌樓對(duì)干混料、鋼纖維、拌和水按照優(yōu)化配比進(jìn)行濕拌，干混料、鋼纖維和拌和水的控制計(jì)量偏差小于±1%，干混料加鋼纖維后預(yù)攪拌2 min～3 min后加水濕拌3 min～5 min，此時(shí)UHPC開始流化，待UHPC流化后繼續(xù)攪拌2 min，成品料出機(jī)擴(kuò)展度嚴(yán)控在50 cm～55 cm之間，運(yùn)輸過程中禁止擅自加水。UHPC防水鋪裝層采用8.0 m振動(dòng)梁進(jìn)行攤鋪，由跨中向邊跨，先全幅后半幅依次進(jìn)行澆筑(見圖5)。攤鋪前技術(shù)人員按照中間高、兩端低、橫向坡度2.0%調(diào)整振動(dòng)的線型和標(biāo)高，攤鋪過程中將松鋪系數(shù)嚴(yán)格控制在1.05～1.20之間，安排專人檢查攤鋪厚度，發(fā)現(xiàn)有厚度偏低的地方進(jìn)行指揮補(bǔ)料?；炷翉牟剂系綌備佂瓿煽刂圃? min內(nèi)。若因其他因素導(dǎo)致無法在10 min內(nèi)攤鋪完成時(shí)，可用高壓水槍往混凝土表面噴灑少量水，以水霧的形式噴灑，每單位面積噴水2 s～3 s，以混凝土表面濕潤但無明水為準(zhǔn)，不可多噴。一段UHPC攤鋪完成后(一般為2 m左右)，作業(yè)人員隨后立即覆蓋養(yǎng)生薄膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，覆膜時(shí)間控制在5 min～10 min內(nèi)，薄膜上覆蓋土工布保溫保濕，專人負(fù)責(zé)檢查，保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，防止UHPC表面開裂，混凝土覆膜保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d(見圖6)。

4 施工效果評(píng)價(jià)

UHPC防水鋪裝層體系是世界范圍內(nèi)首次在浩吉鐵路洞庭湖特大橋鋼橋面上應(yīng)用，從技術(shù)準(zhǔn)備到技術(shù)實(shí)施經(jīng)過不斷的優(yōu)化，取得了良好的效果，經(jīng)過工程實(shí)體檢測和驗(yàn)證：

1)UHPC厚度、平整度、橫坡均滿足要求。

2)UHPC鋪裝層未發(fā)現(xiàn)裂縫、露筋的情況，能夠滿足鐵路鋼梁橋面的防水要求，防水效果好，大大提高了鋪裝體系耐久性。

3)經(jīng)過試驗(yàn)段的施工驗(yàn)證，UHPC鋪裝層與橋面鋼板的結(jié)合效果良好。UHPC在水化硬化過程中具有非常好的抗裂能力。

4)各階段工序施工工藝合理，能夠滿足鐵路鋼橋面UHPC質(zhì)量要求。

5 結(jié)語

超高性能混凝土鋪裝層體系施工技術(shù)在浩吉重載鐵路洞庭湖特大橋鋼梁橋面施工中首次成功采用，經(jīng)施工驗(yàn)證效果良好。UHPC作為一種新型高技術(shù)材料，具有超高的力學(xué)性能和耐久性能，大大提高了鋼梁橋面鋪裝體系抗?jié)B和抗疲勞性能，自密實(shí)性良好，確保了輕質(zhì)量、高強(qiáng)度和高韌性的混凝土新結(jié)構(gòu)質(zhì)量。與傳統(tǒng)鋼梁橋面鋪裝層施工技術(shù)相比，不僅簡化了施工工序，降低了鋪裝層自重，增強(qiáng)了混凝土的耐久性，同時(shí)提高了鋼梁橋面整體剛度，確保了鋼梁橋面鋪裝體系結(jié)構(gòu)安全，大大降低了壽命周期內(nèi)維修成本，社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益顯著。此次UHPC在洞庭湖特大橋鋼梁橋面鋪裝體系中的成功應(yīng)用，標(biāo)志著超高性能混凝土防水鋪裝體系施工工藝的成熟。隨著國家對(duì)基建事業(yè)的大力發(fā)展及對(duì)生態(tài)環(huán)保的迫切需求，超高性能混凝土防水鋪裝體系施工技術(shù)必會(huì)因其工期短、費(fèi)用低、施工安全、質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛推廣。