張華 ZHANG Hua

（中鐵十二局集團(tuán)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(jié)構(gòu)形式被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)中，但正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)自身局部剛度低，且構(gòu)造復(fù)雜，焊縫數(shù)量多，在荷載循環(huán)作用下，容易產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂，同時(shí)鋪裝層也常出現(xiàn)開(kāi)裂、黏結(jié)層失效等病害問(wèn)題。通過(guò)結(jié)合超高韌性混凝土STC（Super Toughness Concrete）和密配鋼筋的特點(diǎn)，提出了鋼-STC 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)正交異性鋼橋結(jié)構(gòu)相比，鋼-STC輕型組合橋面結(jié)構(gòu)可以有效解決正交異性鋼橋面板的病害問(wèn)題，能夠顯著提高橋面板的局部剛度，進(jìn)而大幅度降低正交異性鋼橋面板各構(gòu)造細(xì)節(jié)處的活載應(yīng)力及疲勞開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，鋼-STC 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)具有使用壽命長(zhǎng)、耐久性好、結(jié)構(gòu)安全、質(zhì)量穩(wěn)定、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，且組合結(jié)構(gòu)橋面厚度小，重量輕，對(duì)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(huán)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(jīng)常出現(xiàn)。目前STC 的施工技術(shù)尚未解決鋼-STC 輕型組合橋面施工時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、效率低的問(wèn)題，其普遍適用性也不強(qiáng)，在實(shí)現(xiàn)施工機(jī)械化、設(shè)備輕型化及自動(dòng)化等方面，仍存在不足。[1-2]

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

成都市大件路擴(kuò)容改造工程繞城高速上跨橋項(xiàng)目，橋梁全長(zhǎng)677m，該工程中的鋼箱梁采用鋼-STC 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)，橋面鋪裝設(shè)計(jì)為超高韌性混凝土STC 結(jié)構(gòu)層，為新型材料，技術(shù)要求高，施工難度大，工程應(yīng)用少。

1.2 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

在鋼-STC 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)中，STC 層通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)間距為150mm；在毗鄰護(hù)欄1m 范圍內(nèi)焊釘橫橋向間距加密為100mm，在毗鄰伸縮縫1m 范圍內(nèi)焊釘縱橋向間距加密為100mm。

STC 層內(nèi)密布Ф10mm HRB400 級(jí)鋼筋，鋼筋網(wǎng)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(hù)層厚度為20mm。STC層縱、橫向鋼筋通長(zhǎng)布置不得截?cái)啵讳摻罱宇^采用單面焊方式連接，搭接長(zhǎng)度不小于20cm，并錯(cuò)開(kāi)布置。鋼-STC 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 鋼-STC 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)剖面圖

2 超高韌性混凝土STC[3-4]

STC 采用最大堆積密實(shí)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(zhǎng)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(huì)延長(zhǎng)STC 拌和時(shí)間。鋼-STC 輕型組合橋面結(jié)構(gòu)一般為現(xiàn)澆工程，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，使用已經(jīng)預(yù)拌為干混料的STC 作為干料，加水濕拌后完成攪拌。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 STC 的拌和與運(yùn)輸[5]

STC 混凝土的拌合采用原材料的干拌和澆筑時(shí)加水濕拌兩道工序。

3.1.1 STC 干拌

原材料的干拌預(yù)先在干拌工廠進(jìn)行。提前進(jìn)場(chǎng)并做好檢驗(yàn)、配合比設(shè)計(jì)等工作。根據(jù)澆筑施工進(jìn)度計(jì)劃，提前進(jìn)行干拌工作，確保每次澆筑施工之前，所需的STC 干混料已準(zhǔn)備足量。STC 干拌料均有電子稱量系統(tǒng)控制稱量，干拌站配料計(jì)量偏差不得超過(guò)規(guī)定，所有材料稱量誤差應(yīng)控制在±2%。STC 專用干拌機(jī)干拌15min，混合均勻后再裝入貯存桶。干拌產(chǎn)量應(yīng)足以提供夠現(xiàn)場(chǎng)濕拌量，及時(shí)供應(yīng)，以免耽誤工期。貯存桶應(yīng)干燥潔凈，注意防潮，運(yùn)輸過(guò)程及現(xiàn)場(chǎng)材料堆放應(yīng)做好防潮、防塵措施。STC 干混料的貯存與運(yùn)輸見(jiàn)圖2。

圖2 STC 干混料的貯存與運(yùn)輸

3.1.2 STC 濕拌

在路基上濕拌區(qū)配備4 臺(tái)0.5m3STC 專用濕拌機(jī)進(jìn)行濕拌，干混料允許偏差≤2%，水允許偏差≤1%。STC 攤鋪時(shí)，將已經(jīng)干拌好裝入貯存桶的STC 干混料，按桶計(jì)量投入濕拌機(jī)，根據(jù)配合比按比例稱量水，加水?dāng)嚢?~5min 至STC 流化，流化之后繼續(xù)攪拌2min，每臺(tái)攪拌機(jī)每次攪拌0.5m3。STC 流化濕拌見(jiàn)圖3。

圖3 STC 流化濕拌

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)濕拌料的塌落度符合要求后再進(jìn)行輸送。濕拌STC 料由翻斗車運(yùn)輸，翻斗車在攤鋪區(qū)鋼筋網(wǎng)上行走時(shí)，沿?cái)備仚C(jī)縱向軌道滑靴位置行走，澆筑前提前對(duì)行走路線的鋼筋網(wǎng)下墊塊進(jìn)行加密，以防止鋼筋網(wǎng)下陷變形。卸料后應(yīng)及時(shí)清洗干凈。

3.2 STC 現(xiàn)場(chǎng)澆筑

STC 攪拌站設(shè)于橋頭，在進(jìn)行STC 澆注前，提前將栓釘、鋼筋網(wǎng)、橋面潤(rùn)濕。STC 拌和物的輸送采用混凝土翻斗車運(yùn)至施工區(qū)域，為保證攤鋪厚度和坡度滿足設(shè)計(jì)要求，采用STC 專用攤鋪機(jī)布料。[6]

STC 專用攤鋪機(jī)由自帶動(dòng)力牽引頭提供前進(jìn)動(dòng)力，主要組成結(jié)構(gòu)為儲(chǔ)料倉(cāng)、高頻振動(dòng)整平器、振刮平梁。通過(guò)儲(chǔ)料倉(cāng)儲(chǔ)料兼攤鋪STC，高頻振動(dòng)整平器搗實(shí)STC，振刮平梁控制攤鋪厚度并將STC 刮平抹光，實(shí)現(xiàn)STC 的機(jī)械化自動(dòng)攤鋪。STC 專用攤鋪機(jī)可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的攤鋪，可自動(dòng)完成布料、振搗密實(shí)、整平等工作。同時(shí)，攤鋪機(jī)可實(shí)時(shí)調(diào)整攤鋪厚度，以滿足橋面厚度控制要求。STC 攤鋪布料見(jiàn)圖4。

圖4 STC 攤鋪布料

對(duì)于局部需要調(diào)整平面標(biāo)高的位置通過(guò)人工補(bǔ)料或減料，并配合振搗器和整平機(jī)進(jìn)行振動(dòng)整平及人工抹平實(shí)現(xiàn)標(biāo)高一致。STC 的抹面收光采用桁架式工作平臺(tái)車作為操作平臺(tái)進(jìn)行施工，根據(jù)施工抹面進(jìn)度人工控制挪動(dòng)平臺(tái)。通過(guò)控制攤鋪速度和振動(dòng)頻率，保證成型的平整度和表面，以保證連續(xù)攤鋪整平作業(yè)。對(duì)整平機(jī)整平后的有缺陷表面以及攤鋪機(jī)死角的空位進(jìn)行人工修補(bǔ)。同時(shí)對(duì)攤鋪的STC 表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑。

STC 松鋪系數(shù)取1.05?，F(xiàn)場(chǎng)STC 的坍落度應(yīng)控制在180～280mm，擴(kuò)展度控制在500～700mm，并按設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留STC 抗壓、抗折試件，同條件養(yǎng)護(hù)后檢驗(yàn)強(qiáng)度等指標(biāo)。

3.3 STC 養(yǎng)護(hù)

3.3.1 保濕養(yǎng)護(hù)

保濕養(yǎng)護(hù)工作在澆注完STC 后，且初步振搗整平之后立即開(kāi)始，采用移動(dòng)桁架式工作平臺(tái)車為施工平臺(tái)，工作橋面軌道橫跨14.25m。抹平收光后立即噴灑養(yǎng)護(hù)劑并覆蓋保濕養(yǎng)生膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，覆膜后用重物蓋壓防止刮風(fēng)掀起。縱橋向每完成2m 長(zhǎng)度STC 振搗整平，馬上覆蓋節(jié)水保濕膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)流程為：高壓水槍噴養(yǎng)護(hù)劑-人工抹平收光-覆蓋節(jié)水保濕膜。STC 保濕養(yǎng)護(hù)見(jiàn)圖5。

圖5 STC 保濕養(yǎng)護(hù)

3.3.2 高溫養(yǎng)護(hù)

STC 現(xiàn)場(chǎng)高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)主要通過(guò)蒸汽鍋爐、蒸汽管道和蒸汽養(yǎng)護(hù)棚、自動(dòng)控制系統(tǒng)等設(shè)施實(shí)現(xiàn)。STC 終凝后（約72h），移除節(jié)水保濕膜，搭設(shè)蒸汽養(yǎng)護(hù)保溫棚留出蒸養(yǎng)空間，內(nèi)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(kāi)始高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)。[7]蒸汽養(yǎng)護(hù)保溫棚構(gòu)造見(jiàn)圖6。

圖6 蒸汽養(yǎng)護(hù)保溫棚構(gòu)造

采用每20m 布置一臺(tái)鍋爐，在橋梁行車道內(nèi)側(cè)處沿縱橋向設(shè)置主管道將相鄰兩臺(tái)鍋爐串聯(lián)，同時(shí)每10m 沿橫橋向設(shè)置副管道，管道的管壁每隔15cm 設(shè)置一個(gè)3~4mm 的泄氣孔。蒸汽通過(guò)蒸汽管道進(jìn)入保溫棚，在保溫棚內(nèi)的管道均勻布置在STC 成型面上，保證供汽均勻。蒸養(yǎng)過(guò)程中，在保溫棚內(nèi)每50m 設(shè)置溫度及濕度傳感器，用于對(duì)蒸汽進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)化調(diào)控，保證蒸養(yǎng)溫度和濕度滿足蒸養(yǎng)要求。升溫階段升溫速率約為15°C/h，直到達(dá)到80°C~100°C，恒溫養(yǎng)護(hù)48h，蒸養(yǎng)期間實(shí)時(shí)測(cè)溫監(jiān)控，做好測(cè)溫記錄。蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，降溫速率適當(dāng)控制，降溫階段降溫速率不大于10°C/h 至現(xiàn)場(chǎng)溫度，防止降溫過(guò)快導(dǎo)致STC表面出現(xiàn)溫度裂縫。STC 蒸養(yǎng)施工見(jiàn)圖7。

圖7 STC 蒸養(yǎng)施工

4 結(jié)論

①由于STC 配合比特殊，具有水膠比低、漿體粘度大等特點(diǎn)，且摻加大量鋼纖維，采用專用STC 經(jīng)濟(jì)型干混合料生產(chǎn)與拌和技術(shù)可以有效提高STC 生產(chǎn)效率、大幅降低STC 料拌和難度。

②本技術(shù)將混凝土翻斗車、STC 專用攤鋪機(jī)、高頻振動(dòng)整平器、移動(dòng)桁架式工作平臺(tái)車等機(jī)械進(jìn)行合理配置，協(xié)作完成STC 的拌和、送料、澆筑、搗實(shí)平整、抹面、養(yǎng)護(hù)等工序，有效提高了機(jī)械出料速率，實(shí)現(xiàn)材料鋪設(shè)均一，降低了搗實(shí)平整阻力，提升了材料密實(shí)性，保證STC 攤鋪料的均勻性，同時(shí)保證施工的高效率和經(jīng)濟(jì)性。

②各蒸養(yǎng)區(qū)域內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，管道工作壓力低，工程投資少，節(jié)能減排，同時(shí)有效克服了蒸養(yǎng)長(zhǎng)度長(zhǎng)、面積大以及蒸養(yǎng)平面有傾斜度時(shí)STC 面層各處溫度場(chǎng)不均勻的問(wèn)題。