連續(xù)鋼箱梁橋中鋼-STC 組合橋面施工技術(shù)

伍頂中

（中鐵五局集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有輕質(zhì)高強(qiáng)、可循環(huán)使用等優(yōu)勢(shì)，但鋼梁通常使用的正交異性鋼橋面系在實(shí)際使用中存在兩大難題。一是正交異性鋼橋面板在重載交通作用下易出現(xiàn)疲勞裂縫[1]；二是鋼橋面鋪裝極易損壞，例如，鋪裝層開裂、推移、坑槽和車轍等病害[2]。為此，湖南婁底跨新星南路立交橋的正交異性鋼橋面采用了鋼-超高韌性混凝土（Super Toughness Concrete，STC）輕型組合橋面技術(shù)[3]，以期避免橋梁運(yùn)營過程中產(chǎn)生上述問題。

STC 材料具有超高的力學(xué)性能與耐久性，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到150 MPa，抗折強(qiáng)度超過20 MPa，使用壽命可達(dá)200 a。該材料基于最大密實(shí)度原理配制，主要成分包括水泥、石英粉、硅灰、粉煤灰、石英砂、鋼纖維、減水劑和水。

已有試驗(yàn)與理論研究結(jié)果[4，5]表明：通過在傳統(tǒng)的正交異性鋼橋面板設(shè)置35～60 mm 的STC 結(jié)構(gòu)層，鋼橋面縱肋的順橋向應(yīng)變平均降幅為78%，橫橋向應(yīng)變平均降幅為89%，局部撓度降幅為80%，有效減少了正交異性鋼橋面的損傷和瀝青混凝土鋪裝層的損傷，提升了橋梁整體的使用壽命。

城市中立交橋施工有許多限制，例如，要求施工周期短、對(duì)城市交通影響小等。本文主要介紹鋼-STC 輕型組合橋面技術(shù)在城市中三跨連續(xù)鋼箱梁上的一體化快速施工技術(shù)與工藝，為以后該技術(shù)的應(yīng)用提供參考和借鑒。

2 背景工程

2.1 橋型布置與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

跨新星南路立交橋是一座三跨連續(xù)鋼箱梁橋，位于湖南婁底，荷載等級(jí)為城-A 級(jí)，設(shè)計(jì)車速60 km/h，抗震等級(jí)7 度。主橋跨徑布置為（45+60+45）m，橋?qū)?5.0 m。鋼箱梁采用單箱四室斜腹板截面，梁頂標(biāo)準(zhǔn)寬為25.0 m，梁高為2.5 m；箱梁懸臂板長(zhǎng)為3.0 m，挑臂高度采用一次線性變化，端部高為0.45 m，根部高為1.00 m。

2.2 鋼箱梁設(shè)計(jì)

鋼箱梁頂板厚度為16 mm，支點(diǎn)附近局部加厚至20 mm，腹板厚度為16 mm。鋼箱梁橫隔板包括實(shí)腹式和空腹式兩類橫隔板，如圖1 所示。實(shí)腹式橫隔板間距4.0 m，厚14 mm；空腹式橫隔板采用開大孔框架式隔板，位于兩道實(shí)腹式橫隔板之間，隔板頂高700 mm，底高600 mm，中腹板位置側(cè)向?qū)?00 mm，邊腹板位置側(cè)向?qū)?00 mm。橫隔板間距2 m，由實(shí)腹式與空腹式橫隔板交替布置。標(biāo)準(zhǔn)段鋼箱梁頂、底板縱肋均采用U 形肋，頂板間距為580 mm 或575 mm，底板間距為700 mm，懸臂端部設(shè)置I 形加勁肋。每條腹板設(shè)2 道縱向加勁肋，采用I 形肋。

圖1 鋼箱梁斷面圖（單位：cm，1∶75）

2.3 鋼橋面設(shè)計(jì)

為避免鋼橋面體系產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)疲勞開裂和鋪裝破損的病害，跨新星南路立交橋在傳統(tǒng)的正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)上增設(shè)了45 mm 厚的STC 層，并通過間距150 mm 的φ13 mm×35 mm短栓釘與STC 層形成組合結(jié)構(gòu)，同時(shí)在STC 層內(nèi)鋪設(shè)間距37.5 mm 的φ10 mm 鋼筋網(wǎng)，如圖2 所示。STC 的設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。

圖2 鋼-STC 輕型組合橋面系結(jié)構(gòu)（單位：mm）

表1 各類型雨篷關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)連接方式及受力特征

3 鋼-STC 組合橋面結(jié)構(gòu)施工

3.1 施工流程

圖3 給出了鋼-STC 組合橋面結(jié)構(gòu)的施工過程，詳細(xì)內(nèi)容如下：

圖3 現(xiàn)場(chǎng)STC 層澆筑施工現(xiàn)場(chǎng)

1）完成鋼梁施工，準(zhǔn)備STC 層施工；

2）對(duì)鋼橋面上表面進(jìn)行清理及除銹；

3）焊接短栓釘及鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)；

4）鋪設(shè)環(huán)氧樹脂黏結(jié)層及噴砂施工；

5）澆筑STC 材料并整平；

6）蒸汽養(yǎng)護(hù)STC 層；

7）STC 結(jié)構(gòu)層上表面拋丸，澆筑瀝青混凝土鋪裝層，及安裝橋面附屬結(jié)構(gòu)；

8）橋面系施工完成，通車。

3.2 橋面清理除銹工藝

鋼橋面應(yīng)清除橋面的油、油脂、鹽分及其他污垢，并應(yīng)采用高壓清洗機(jī)噴射清潔，直至鋼板潔凈、干燥。清洗完橋面后，進(jìn)行除銹工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼板表面有銳邊、飛濺、不光滑焊縫及邊割邊緣等缺陷，應(yīng)打磨平整，然后采用全自動(dòng)無塵噴砂設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噴砂除銹。

3.3 焊接短栓釘及鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)工藝

首先，在鋼橋面板上劃墨線定位短栓釘?shù)暮附游恢?。栓釘加密時(shí)，應(yīng)先定位出普通位置點(diǎn)，再定位出加密位置點(diǎn)。栓釘設(shè)計(jì)位置與鋼主梁拼接焊縫位置沖突時(shí)，應(yīng)將栓釘偏離焊縫邊界2～3 cm，不應(yīng)將栓釘直接焊接在拼接焊縫的頂面。然后，采用電弧螺柱焊機(jī)焊接栓釘。焊接時(shí)，控制好焊接時(shí)間，確保焊接質(zhì)量，焊接完后用錘子對(duì)每個(gè)栓釘進(jìn)行敲擊檢查，防止焊接不牢固。最后，清除定位時(shí)設(shè)置的墨線、焊渣、磁環(huán)和雜物。

鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)前，根據(jù)圖紙對(duì)鋼筋網(wǎng)進(jìn)行定位劃線，擺放好鋼筋墊塊。然后，先鋪設(shè)縱向鋼筋，再鋪設(shè)橫向鋼筋。鋼筋的搭接處將鋼筋位置錯(cuò)開，搭接鋼筋的面積控制不超過50%。當(dāng)鋼筋位置與栓釘布置有沖突時(shí)，適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置。另外，必要時(shí)，可對(duì)接縫區(qū)域的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加密。

3.4 環(huán)氧樹脂黏結(jié)層及噴砂工藝

澆筑STC 層前，使用專用灑布機(jī)在鋼橋面上進(jìn)行環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑噴涂工作，噴涂厚度約1.5 mm，灑布量為l～2 L/m2，確保在天氣晴朗、溫度不低于10 ℃的環(huán)境下施工。然后，在環(huán)氧樹脂黏結(jié)層上噴涂粒徑細(xì)度為4～6 目的石英砂顆粒形成糙面。待環(huán)氧黏結(jié)層固化后（約2 d），將表面未粘固的石英砂顆粒進(jìn)行清理。

3.5 澆筑STC 層工藝

STC 攪拌工作采用大型的具有計(jì)量系統(tǒng)的自動(dòng)化強(qiáng)制式攪拌機(jī)完成。首先，在橋頭架設(shè)攪拌機(jī)，按照STC 生產(chǎn)商提供的配比投入STC 干粉料及水?dāng)嚢?，每臺(tái)攪拌機(jī)每次可攪拌4 m3，干混料允許偏差≤2%，水允許偏差≤1%，每次使用攪拌機(jī)前將計(jì)量設(shè)備歸零，定期校準(zhǔn)。每次攪拌需15 min，攪拌過程中隨時(shí)查看拌和物是否有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，如有則需停機(jī)調(diào)整，每次攪拌完成后，及時(shí)清洗攪拌設(shè)備。

用手推斗車或攪拌運(yùn)輸車將拌和好的STC 材料運(yùn)至澆筑區(qū)域，均勻布料至設(shè)計(jì)厚度的1.1 倍高，然后用平板振動(dòng)器和滑靴式高頻振動(dòng)整平機(jī)振搗約2 min，整平及找坡，通過人工補(bǔ)料或減料。在STC 層沿縱向澆筑整平每完成2 m 長(zhǎng)后，噴灑水霧，鋪上單向滲水保濕凝膜，進(jìn)行初養(yǎng)護(hù)48 h，使其達(dá)到終凝狀態(tài)。需要注意的是，初養(yǎng)護(hù)期間注意隨時(shí)補(bǔ)充水分，以防其收縮開裂。

3.6 蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝

STC 材料終凝后，撤除保濕凝膜，安裝蒸汽保溫養(yǎng)護(hù)罩，現(xiàn)場(chǎng)采用兩臺(tái)鍋爐，擺放在鋼箱梁橫向兩端進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，將兩臺(tái)鍋爐串聯(lián)，將蒸汽通過蒸汽管道輸入進(jìn)保溫養(yǎng)護(hù)罩內(nèi)，在保溫養(yǎng)護(hù)罩內(nèi)的管道均勻布置在STC 上表面，保證供汽均勻，蒸養(yǎng)過程中，要在保溫養(yǎng)護(hù)罩設(shè)置傳感器測(cè)量溫度和濕度，保證溫度在90 ℃以上，濕度在95%以上。其中，升溫階段溫度變化每小時(shí)約15 ℃，達(dá)到90 ℃后保持48 h，降溫階段溫度變化每小時(shí)約10 ℃。

3.7 鋪裝層施工工藝

STC 結(jié)構(gòu)層養(yǎng)護(hù)完之后撤除蒸汽養(yǎng)護(hù)罩，對(duì)STC 層上表面進(jìn)行拋丸處理，然后用高壓水槍清洗表面，之后在其上表面噴灑粘層油，最終，按照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的施工要求，澆筑4 cm 厚的瀝青混凝土鋪裝層，以及安裝完橋面附屬結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

鋼-STC 輕型組合橋面施工技術(shù)作為可從根本上解決鋼橋面疲勞開裂及鋪裝層破損的有效治理手段，被跨新星南路立交橋一座三跨連續(xù)鋼箱梁橋所采用。其中，4.54 cm 厚STC 層可作為永久結(jié)構(gòu)層，通過密集焊接短栓釘、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)以及一系列的施工工藝，可使STC 層與鋼橋面充分組合，參與橋梁結(jié)構(gòu)受力，可在橋梁實(shí)際使用過程中有效保護(hù)下部鋼結(jié)構(gòu)。

城市交通繁忙、工程快速施工難，且施工對(duì)人們的正常出行影響較大。本文詳細(xì)介紹了鋼-STC 輕型組合橋面技術(shù)在城市三跨連續(xù)鋼箱梁上的施工工藝，可快速完成城市中現(xiàn)場(chǎng)施工鋼-STC 輕型組合橋面技術(shù)，為以后城市施工該技術(shù)提供參考和借鑒。