钢-超高韧性混凝土（STC）组合桥面施工技术研究

钢-超高韧性混凝土（STC）组合桥面施工技术研究

利良泉

广东冠生土木工程技术股份有限公司

摘要：为解决钢桥面铺装层易破损和钢结构易开裂的问题，本文以潮汕环线高速榕江特大桥的钢桥面铺装工程为例展开分析，榕江特大桥是一座主跨长度为 400 米的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。本文重点介绍了这项工程中的关键施工技术和施工工艺，阐述了钢-超高韧性混凝土（STC）组合桥面施工技术在各个环节的施工技术及注意事项，在钢桥面铺装工程中具有一定的指导意义。

关键词：超高韧性混凝土 钢桥面铺装 施工技术

1 钢-超高韧性混凝土（STC）组合桥面介绍

超高韧性混凝土  super toughness concrete  (STC)是由水泥、矿物掺合料、细集料、钢纤维和减水剂等材料或由上述材料制成的干混料先加水拌合，再经凝结硬化后形成的一种具有高抗弯强度、高韧性、高耐久性的水泥基复合材料，简称 STC。其配置机理是基于最大堆积密度理论，其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，同时掺加微细的钢纤维提高其韧性和延性。通过在钢桥面板上焊接剪力钉及绑扎钢筋网，再在上面浇筑STC，从而使钢桥面板和STC组合成一体，形成了钢-超高韧性混凝土（STC）组合桥面。钢-超高韧性混凝土（STC）组合桥面具有以下优点：（1）提高了桥面刚度（40倍以上），大幅度减小了面板和纵横肋在轮载下的应力，提高了钢桥面的抗疲劳寿命超3倍；（2）铺装层下层采用水泥基材料，改善了沥青面层工作条件，从而大幅降低了粘结层失效、车辙、推移等破坏风险，钢桥面铺装难题不复存在；（3）STC层使得钢桥面处于良好的耐腐蚀状态。

2工程概况

榕江特大桥位于汕头市潮阳区，大桥全长 4.84 公里。其中，主桥为主跨长度 400 米的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，索塔采用钻石型混凝土结构，塔高 146.9米。主桥钢梁全长 800m，桥面铺装标准全宽 30m。主桥钢桥面采用50mm 厚超高韧性混凝土STC+40mm 厚 SMA-13 沥青砼铺装方案，STC 层铺装长度 800m，铺装宽度 30m。STC 层与钢桥面之间通过焊接栓钉连接，栓钉规格为φ13×40mm，纵横向标准间 距为 15cm×15cm。STC 层内配置φ8mm 的 HRB400 级钢筋网，纵、横桥向钢筋间距 均为 50×50mm，且横桥向钢筋位于上层，纵向钢筋位于下层。桥面铺装构造图如下：

    图1 桥面铺装结构图

3 钢-超高韧性混凝土（STC）组合桥面主要施工关键技术及要点

3.1施工流程

         图2 施工流程图

3.2栓钉焊接

栓钉作为主要连接件，是钢桥面板和超高韧性混凝土（STC）能形成整体、共同受力的关键部件。首先根据设计图纸要求进行栓钉位置放样。利用墨线在钢桥面上定好栓钉的位置，保证定位标志清晰可见和准确。栓钉标准间距为 15cm。异形钢板处栓钉焊接应在异形钢板安装完成后再进行。当栓钉的设计位置与钢箱梁拼接焊缝位置冲突时，应将栓钉偏离焊缝边界 2～3cm，不应将栓钉直接焊接在拼接焊缝的顶面。在定位好的位置，先采用手磨机对每个栓钉位置进行局部打磨，打磨范围比钉身外围大 3～5cm，确保焊接处钢面板表面平整、光滑。然后采用螺柱焊机在钢面板上焊接栓钉。焊接时，按栓钉焊机操作的技术要求控制好焊接时间等各项技术指标。焊接要求达到钢结构焊接质量的标准，保证焊接面饱满、焊透和牢靠连接。栓钉焊接后，用锤子横向敲击栓钉，栓钉不出现脱落、歪斜、焊根出现裂纹等现象。如不满足上述要求，则重新焊接。焊接之后，通过打磨和高压风机清除陶瓷护罩、焊渣、飞溅物和毛刺等物，并重新彻底清洁桥面。

     图3 栓钉焊接施工照

3.2钢筋网保护层厚度控制

钢筋网保护层的厚度关系到钢筋网的受力和保护，必须准确控制。在施工中采用以下方法对其保护厚度进行控制：（1）钢筋网底面垫块为Ф10mm 钢筋条，以保证钢筋网底面的保护层厚度。（2）每隔 1m 平放一个Ф10mm×50mm 的钢筋垫条，垫条呈梅花形布置。（3）钢筋网绑扎时严格控制绑扎点数和牢固度，保证钢筋网整体性好。（4）对摊铺机轨道和滑靴部位钢筋垫条进行加密，以防止受压时下陷。轨道位置钢筋垫条长 35cm，间距 40cm，斜交 45°角摆放，与钢筋网进行点焊固定。（5）对摊铺机轨道和滑靴部位钢梁顶板进行高程测量，计算出钢梁顶板标高线型， 以作为 STC 摊铺的标高带控制点，如钢梁局部不平整时，调整摊铺的厚度以保证 STC厚度和保护层厚度。

3.3 STC搅拌

超高韧性混凝土（STC）是一种新型的混凝土材料，具有较好的流动性，比较粘稠，必须使用专门的搅拌机进行搅拌。在北岸设置一台STC10m3型搅拌机 ，每盘料为10m3,搅拌时间为30min/盘，搅拌能力为 15-20m3/h， 可满足STC浇筑需要。在投入生产前，各种原材料均由标定过的电子称量系统控制称量。搅拌站配料计量偏差不得超过规定，所有材料称量误差应控制在±1%，根据现场出料情况再进行适当调配。在对每个部分计量器具有足够的数据记录和可靠性的前提下，才允许生产使用。每车STC料搅拌完成后在浇筑现场进行塌落度和扩展度试验，坍落度应控制在 180mm～280mm，扩展度控制在 450mm～650mm，并按设计图纸及规范要求现场预留 STC 抗压、抗折试件，同条件养护后检验强度等指标。合格后方可进行施工浇筑，若材料发生异常，必须及时查明原因，必要时停机检查。

    图4 STC专用搅拌站

3.4 STC摊铺

STC摊铺采用 1 台14.7m宽STC专用摊铺机进行布料摊铺，确保STC自动摊铺整平及振捣密实。摊铺前，应检查设备状态，确保设备行走装置、振动装置正常，且应对 STC 专业摊铺机料斗和施工面进行喷雾湿润，喷雾时注意不能造成施工面有积水；摊铺沿纵桥向，从桥面高的一端往低的一端进行，以利施工过程中积水的排除。应根据摊铺厚度、塌落度大小，确定摊铺速度，保证施工连续性；摊铺过程中，应派专人进行摊铺厚度检查并及时反馈修正；边角等摊铺机无法摊铺到的局部位置，可采用人工布料，应用平板振动器振捣密实。 STC的浇筑振捣应保证各部位密实、纤维分布均匀，避免出现拌合物离析现象。摊铺过程中，机械间断时间不应大于 STC 混合料的初凝时间。

    图5 STC摊铺施工照

3.5保湿养护

由于超高韧性混凝土（STC）是由毫米级以下的材料制备而成，在空气中很容易表面失水造成结皮和干裂，所以保湿养护工作在摊铺 STC 后立即开始，紧跟摊铺面，使用雾状水进行保湿，保湿养护流程为：高压水枪水雾喷射→覆盖节水保湿膜→浇水保湿。这一环节均在工作桥面上完成，工作桥随着 STC 的向前浇筑，工作面高压水枪水雾喷射→覆盖节水保湿膜→浇水保湿环节徐徐前进。工作桥应随时检查其在轨道上的位置，确保行走方向顺直不偏斜，若有微斜，前进时及时调整。人工抹平后立即进行喷雾并覆盖保湿养生膜进行养护，养生膜搭接不小于 20cm，不能损坏摊铺好的 STC 层，搭接处用薄板覆盖防止刮风掀起。保湿养护过程中，加强巡查力度，发现有保湿膜覆盖不到位、缺水等现象，及时处理并补水养护。

3.6高温蒸汽养护

高温蒸汽养护通过蒸汽发生器、蒸汽管道和蒸汽养护棚等设施实现。 STC终凝后揭除节水保湿膜，搭设蒸汽养护保温棚。保温棚由帆布和保温棉以及带支架的钢筋网片架设组成。网片支架内部布有蒸汽管道。一个养护区域内有 15 台额定为 1.5kW 的蒸汽发生器提供蒸汽，通过蒸汽管道输送，管道的管壁每隔一定距离设置排气孔。在保温棚内均匀合理设置温度和湿度传感器进行温湿度监测，并据此进行蒸汽 量的调控。每一块保温帆布之间应搭接铺设，搭接宽度应大于 15cm。保温棚周围应宽出养护区域并用中砂或钢筋条压实密封，减少蒸汽的泄漏。养护期间：蒸汽高温养护时的升温阶段，升温速度约为 15℃/h；养护结束后，以不超过 10℃/h 的降温速度将温度逐渐降至现场气温。养护温度恒定在 80℃，养护时间不 应少于72h。养护过程中蒸汽养护棚内的相对湿度不低于 95%。高温蒸汽养护结束后，应撤除养护设备并清扫干净。

    图6 STC蒸汽养护施工照

3.7 施工接缝的设置和处理

STC分段浇筑时，都会出现接缝。由于接缝处STC中的钢纤维不连续，抗拉强度将会降低，为此，需对接缝处做强化处理。根据施工部署，本项目STC分六次进行浇筑施工，左右分幅施工，纵桥向由中央分隔带隔开，无需设置 STC接缝；横桥向设置2道 STC 接缝。在接缝处钢箱梁顶板上 焊接 10mm 厚S型加强钢板，S型加强钢板与钢桥面板采用间断焊。

    图7 施工接缝处S型加强钢板焊接

在每次 STC 层施工中，对已浇前段 STC 层边界面，须利用电动风炮对接缝面进行凿毛处理。凿毛应垂直于接缝面向内进行，宽度符合设计要求，原则上宜为 2～3cm；凿毛断面上应有大量钢纤维裸露在外；凿毛后应采用高压风机对基面进行清理，清理后， 凿毛面和钢桥面板上应无 STC 残渣和屑末；浇筑 STC 前应对凿毛面进行洒水湿润，洒水湿润后应及时清除积水。

4 结束语

钢-超高韧性混凝土（STC）组合桥面是近年来的一种新的钢桥面铺装方式，由于能有效的解决钢桥面铺装层易破损和钢结构易开裂的问题，在工程中的应用越来越多。但因为其材料特性，所以其施工工艺与传统混凝土大大的不同，必须做好每一个施工环节，才能取得好的施工效果。

参考文献

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