鋼- 混組合梁橋面鋪裝UHPC 施工要點研究

蘇 凱，楊媛媛，程 斌，何昌軒，許 嚴(yán)

[1.上海城投研究總院，上海市200030；2.上海城投公路投資（集團(tuán)）有限公司，上海市200335；3.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海市200240；4.上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院，上海市200031]

0 引 言

作為一種新型的結(jié)構(gòu)型式，鋼- 混凝土組合梁兼具了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，不僅減輕了結(jié)構(gòu)的自重與截面尺寸，而且減少了鋼材用量，增大結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性和整體性。但是該結(jié)構(gòu)由于上部混凝土橋面板受拉，下部鋼梁受壓，容易導(dǎo)致負(fù)彎矩區(qū)上部混凝土板開裂、鋼主梁局部失穩(wěn)、耐久性降低等問題。

因此，國內(nèi)相關(guān)人員研究采用具有超高抗壓強(qiáng)度、超高韌性、超長耐久性等特點的超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，簡稱UHPC），代替?zhèn)鹘y(tǒng)普通混凝土，嘗試控制負(fù)彎矩區(qū)混凝土面板所存在的問題。通過采用試驗結(jié)合有限元分析的方式，理論研究結(jié)果表明UHPC 可以提高負(fù)彎矩區(qū)橋面板抗拉能力[1]、有效抑制橋面板開裂[2]、顯著提高抗裂性能與剛度[3]、提高初裂應(yīng)力[4]等。為此，課題組在前述理論研究成果的基礎(chǔ)上，以城市高架快速路工程為載體，應(yīng)用、研究并分析了UHPC 在鋼- 混凝土組合梁橋面板負(fù)彎矩區(qū)的施工技術(shù)要點及效果，為國內(nèi)同行業(yè)者在鋼-混疊合梁橋面鋪裝領(lǐng)域推廣應(yīng)用UHPC 提供參考與借鑒。

1 工程簡介

該課題研究的載體為上海市重點建設(shè)項目—濟(jì)陽路（盧浦大橋-閔行區(qū)界）快速化改建工程，北起盧浦大橋，南至閔行區(qū)界，全長約7.1 km，如圖1（a）所示，在主線高架跨越川楊河節(jié)點處的鋼- 混凝土組合梁橋面板負(fù)彎矩區(qū)應(yīng)用UHPC，如圖1（b）所示。

圖1 UHP C 應(yīng)用位置

東西兩幅各兩塊，每塊順橋向長30 m，如圖2 所示，單幅共60 m，全橋120 m；如圖3 所示，橫橋向?qū)?1.25 m，澆筑厚度為60 mm；單幅區(qū)澆筑方量為44.1 m3，全橋澆筑方量為88.2 m3。

圖2 負(fù)彎矩區(qū)應(yīng)用UHP C 平面圖

圖3 負(fù)彎矩區(qū)應(yīng)用UHP C 斷面圖

2 施工要點

2.1 施工流程

UHPC 的施工工藝流程主要包括攪拌、澆筑和養(yǎng)護(hù)三個部分，如圖4 所示。

圖4 UHP C 施工流程圖

2.2 施工材料與設(shè)備

（1）材料

該項目所使用的UHPC 材料為某國產(chǎn)工廠預(yù)拌形成的干混料，按表1 所列配比與鋼纖維、水拌合。按照《超高性能混凝土預(yù)混料產(chǎn)品檢驗和試驗規(guī)程》（T/CBMF96—2020/T/CCPA20—2020）進(jìn)行UHPC 拌合料質(zhì)量驗收，驗收指標(biāo)包括坍落度和擴(kuò)展度。

表1 UHP C 配合比

（2）設(shè)備

施工設(shè)備主要包括強(qiáng)制式攪拌機(jī)、高頻振搗棒、轉(zhuǎn)運(yùn)料斗、整平機(jī)等，詳見表2。

表2 施工設(shè)備表

2.3 高性能混凝土的攪拌

正式澆筑UHPC 前，需要經(jīng)過試拌合、指標(biāo)驗收、調(diào)整后拌合（或正式拌合）等施工步驟。

（1）試拌合

干混料投料前需用清水潤濕攪拌機(jī)攪拌倉，排盡余水后投入預(yù)混料。預(yù)混料采用計量包裝，人工配合叉車，吊起噸包袋，投入提升料斗，由提升料斗送入攪拌機(jī)攪拌倉，如圖5（a）所示，攪拌1 min；然后加入鋼纖維，如圖5（b）所示，干混合5～8 min；之后再加水，如圖5（c）所示，濕混合5～8 min。

圖5 初拌合過程

攪拌完成后，卸料至轉(zhuǎn)運(yùn)料斗中。拌合物放料之前，對拌合物取樣觀察狀態(tài)，若拌合物流動性偏小，可補(bǔ)加外加劑用量并延長1 min 攪拌時間，若仍無法調(diào)整至適合狀態(tài)或拌合物流動性過大，出現(xiàn)離析，作廢料處理。

（2）指標(biāo)驗證

如圖6（a）所示，進(jìn)行放料，并開展坍落度和擴(kuò)展度指標(biāo)檢測驗證，當(dāng)坍落度≥250 mm（見圖6（b）），擴(kuò)展度≥650 mm 時（如圖6（c）所示），可進(jìn)行拌合料澆筑。否則需要調(diào)整配合比，并按照初拌合施工流程重復(fù)進(jìn)行拌合，直至拌合料坍落度和擴(kuò)展度指標(biāo)符合要求。與此同時，現(xiàn)場取樣制作試塊，開展拌合物的28 d 抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量、抗拉強(qiáng)度等性能指標(biāo)檢測試驗。經(jīng)現(xiàn)場檢測，第一盤試拌合料的坍落度和擴(kuò)展度分別為285 mm 和725 mm，流動性與施工性符合要求，則按前述施工方案正常拌合UHPC。

圖6 放料與檢測

2.4 高性能混凝土的澆筑

在拌合料坍落度與擴(kuò)展度指標(biāo)驗收合格的前提下，如圖7（a）所示，采用整平機(jī)開展?jié)仓┕ぁ?/p>

圖7 UHP C 澆筑施工

（1）澆筑開始后，根據(jù)現(xiàn)場的攪拌量控制澆筑速度，確保連續(xù)澆筑，澆筑間隔不大于澆筑時UHPC 表面的結(jié)皮時間（根據(jù)現(xiàn)場天氣狀況測算）；

（2）結(jié)合橋?qū)捈皵嚢栊剩瑵仓髴?yīng)及時行駛整平機(jī)并及時收面、噴霧如圖7（b）所示、覆膜如圖7（c）所示，防止表面結(jié)皮，影響與防水黏結(jié)層的黏結(jié)質(zhì)量效果；

（3）專人收面已澆筑完成UHPC 表面少量褶皺部位及整平機(jī)兩端，緊接著噴霧覆膜養(yǎng)護(hù)。

以上各步驟緊密銜接不得等全部完成后再進(jìn)行后續(xù)覆膜作業(yè)。

考慮該UHPC 澆筑后在噴霧保濕的條件下表面約30 min 內(nèi)（具體時長當(dāng)時天氣條件確定）會產(chǎn)生結(jié)皮現(xiàn)象，故在整平完成后立即進(jìn)行收面作業(yè)，特別是對局部褶皺起皮部位應(yīng)進(jìn)行帶水收面。由于整平機(jī)作業(yè)后施工人員不能直接進(jìn)入作業(yè)面開展收面、局部區(qū)域補(bǔ)料等工作，定制的覆膜機(jī)上帶有操作平臺，以保護(hù)UHPC 表面，方便施工人員操作。鑒于該工程為夏季施工，高溫、多雨、大風(fēng)天氣頻現(xiàn)，因此，UHPC 施工時間窗口選擇風(fēng)力小于6 級、無降水的早上和晚上進(jìn)行。

2.5 UHP C 養(yǎng)護(hù)

澆筑過程中應(yīng)邊澆筑、邊進(jìn)行抹面收光和灑水覆膜養(yǎng)護(hù)作業(yè)，每個工序步驟應(yīng)緊接進(jìn)行。覆膜養(yǎng)護(hù)緊跟前一工序抹面和灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)膜帶水緊貼混凝土澆筑面，可更好的確保養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

在施工完畢后，覆膜保濕養(yǎng)護(hù)3 d，并封閉作業(yè)面。養(yǎng)護(hù)期間加強(qiáng)巡查，確保養(yǎng)護(hù)到位，由于天氣炎熱，水分蒸發(fā)速度快，故加強(qiáng)了補(bǔ)水頻次。同時養(yǎng)護(hù)期間嚴(yán)禁人員、機(jī)械進(jìn)入踩踏、碾壓，避免在施工面堆放物件。3 d 養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)入防水黏結(jié)層施工作業(yè)工序。

3 施工效果

待完成橋面UHPC 養(yǎng)護(hù)后，揭去覆膜，經(jīng)表觀檢查，未發(fā)現(xiàn)裂縫、氣泡、紗線等表觀質(zhì)量問題，且UHPC 試塊的28 d 各項指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[5]和設(shè)計要求。并開展防水黏結(jié)層和透水瀝青混凝土施工，如圖8（a）、（b）所示。

表3 見證取樣UHP C 的28d 檢測結(jié)果 單位：MP a

圖8 防水黏結(jié)層與透水瀝青混凝土施工

4 結(jié) 語

本文以鋼-混凝土疊合梁UHPC 橋面鋪裝實體工程為研究載體，介紹包括攪拌、澆筑和養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)在內(nèi)的UHPC 施工技術(shù)要點，可知配合比設(shè)計與驗證、指標(biāo)檢測、澆筑整平與噴霧保濕和覆膜養(yǎng)護(hù)間的銜接是做好UHPC 施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

從應(yīng)用結(jié)果來看（該課題對應(yīng)的高架改建區(qū)段在2020 年9 月30 日完工），項目服役至今近半年來，未出現(xiàn)任何病害及微細(xì)裂縫，證明相關(guān)理論研究成果的科學(xué)性。