中砂大橋STC 鋪裝施工工藝研究與應用

楊樂YANG Le；蔣冬芹JIANG Dong-qin

（①中交一航局第二工程有限公司，青島266071；②西安鐵路局安康工務段，安康725000）

0 引言

中山東路（新津河-蓮鳳路）道路橋梁及配套工程PPP 項目為 2021年汕頭亞青會主會館與城市區的主干道，中砂大橋為該項目的控制性工程。中砂大橋主橋主梁為正交異型鋼箱梁結構，為解決鋼橋鋪裝易損壞和鋼橋面疲勞裂紋的問題，主橋采用超高性能輕型組合橋面方案。本文著重闡述超高韌性混凝土的施工工藝及技術應用，以更明確地指出STC 的施工重點，為類似施工提供參考。

1 工程簡介

中砂大橋主橋跨徑布置為80+180+80m=340m，結構形式為單箱五室組合梁連續梁橋，行車道布置為雙向八車道，主橋整幅布置，頂板全寬44.5m，橋面鋪裝標準全寬31.5m。

2 工程研究內容

3 方案比選

目前國內鋼橋面鋪裝主要采用以下三種方式，各方案優缺點如表2 所示。

表2 鋪裝方案優缺點一覽表

圖1 主橋鋼梁立面圖

表1 主橋STC 鋪裝層主要工程數量表

通過對上述三種鋼橋面鋪裝方案的比較可以看出，在鋼箱梁頂面增加超高韌性混凝土STC 加強層，可以起承重和防水作用，該種橋面鋪裝具有良好的應用前景。

4 施工工藝方法

4.1 施工流程

中砂大橋主橋鋼橋面采用45mm 厚STC+40mm 厚SMA-13 瀝青砼鋪裝方案，STC 鋪裝層鋪設長度340m，單幅鋪設凈寬為15.75m。STC 橋面鋪裝施工從栓釘焊接開始，主要工作內容包括栓釘焊接、鋼筋網綁扎、STC 澆筑和高溫蒸汽養護的施工，共需打設φ13×35mm 栓釘484710顆，綁扎 φ10mm 鋼筋約 350.9t，澆筑 STC 混凝土 482m3。

STC 鋪裝層施工流程圖如圖2。

圖2 STC 鋪裝層施工流程圖

4.2 施工工藝

4.2.1 栓釘焊接

超高韌性混凝土STC 層能否保證參與組合結構受力，關鍵在于STC 層與鋼板的有效連接，其中栓釘的可靠焊接又是關鍵。因STC 層較薄，所采用栓釘尺寸為φ13*35mm，嚴格按照規范要求，采用栓釘焊機配合瓷環進行栓釘焊接。

栓釘焊接前提前進行劃線布局，保證栓釘間距為15cm，對焊接區域進行打磨處理，打磨范圍比釘身外圍大3～5cm，栓釘焊接設備采用螺柱焊機，按栓釘焊機操作的技術要求控制好焊接時間等各項技術指標。栓釘焊接后，用錘子橫向敲擊栓釘，栓釘不出現脫落、歪斜等現象。焊縫外形應飽滿，表面無氣孔、夾渣、裂紋等明顯缺陷，不得有未焊接或熔透的部分。

總的來說，選擇關鍵詞作文相對學生平時練的其他任務驅動型作文是更為容易，出現偏題離題的現象也更少，學生也較難拉開作文的差距。但如果在大部分學生沒關注的地方花更多心思，在同樣的語言水平、用例豐富程度上，把大家都忽略的關聯部分做得更好，同樣也可以得到一篇高分的作文。

圖3 栓釘打磨及焊接

4.2.2 防腐涂裝

在栓釘焊接完成后，立即進行防腐涂裝層施工。涂裝作業采用高壓無氣噴涂法，在鋼橋面四周0.5m 范圍內涂抹環氧富鋅漆進行防腐處理，局部補涂時采用刷涂法。

4.2.3 鋼筋綁扎

STC 層內配置HRB400 級Φ10mm 帶肋鋼筋網，鋼筋網在STC 層內起骨架支撐作用，同時在鋼筋網與鋼面板間設置鋼筋墊條作為保護層，保護層厚約10mm，墊條間距為1m，呈梅花形布置。鋼筋綁扎完成后，采用高壓水槍對鋼橋面進行沖洗，去除橋面雜質。

圖4 鋼筋綁扎及橋面沖洗

4.2.4 STC 拌合

按照施工圖要求，超高韌性混凝土STC 主要力學參數要求為：抗壓強度120MPa，抗折強度22MPa，彈性模量37.6GPa，材料斷裂韌性20～40kJ/m2，磨耗系數1.3。根據現場近期試驗得出STC 混凝土強度，得出相應的用水量、石英砂、鋼纖維等材料的用量，最終確定配合比如表3。

表3 STC 配合比

STC 材料主要由STC 干混料、鋼纖維、水和高效減水劑按一定比例配制而成，最大集料粒徑為 800μm，通過提高組分的細度與活性，使其材料內部的缺陷（孔隙與微裂縫）減至最少，以獲得由其組分材料所決定的最大強度及優異的耐久性，鋼纖維則阻礙了混凝土內部微裂縫的擴展，使混凝土表現出良好的塑性特征。另外，在施工性能方面，STC 具有優異的和易性，易于施工操作和保證均勻密實。

為了使鋼纖維在混凝土中分布均勻、不結團，STC 宜在工廠將各種固體原料及減水劑預拌為干混料，經包裝后運輸到施工現場，通過與水拌合成澆筑用混凝土。干混料在分裝、運輸與儲存及卸料拌合過程中應保證混合物不離析，并保證其組分保持不變。施工現場按照最終確定的配合比，采用大功率豎軸行星式攪拌機進行STC 拌合。每次STC 生產、攪拌完成后，及時清理、清洗設備。

4.2.5 STC 攤鋪整平

濕拌好的STC 混合料由混凝土罐車運輸至橋上攤鋪區，施工現場采用15m 寬的STC 專用攤鋪機進行混合料攤鋪，攤鋪機由牽引行走系統、振搗系統、工作橋組成，攤鋪過程中由混合料的供應速度、坍落度、擴展度控制牽引行走系統的前進速度，通過振搗系統控制STC 的攤鋪厚度、平整度及密實度。STC 澆筑過程中及時噴霧濕潤，保證濕養水分充足。在STC 層澆筑攤鋪過程中遭遇降雨時，應停止施工，并及時覆蓋養生膜及帆布。在降雨后，具備施工的條件下，對于已被雨水輕微沖刷過的結構層頂面，若是間隔在3h 以內，則應及時進行局部修整，并將表面刮除，使其符合要求再進行澆筑；對于間隔3h 以上的接頭，則需進行鑿毛并清理干凈再重鋪澆筑。

圖5 STC 攤鋪

為保證STC 拌合物的工作性能，攤鋪過程中實測出料拌合物的坍落度及擴展度，控制坍落度為180~280mm，擴展度為500~700mm，對于超出范圍的混合料及時調整。

4.2.6 保濕養護

保濕養護緊隨澆筑過程，保濕養護工作在工作橋面上進行，在STC 攤鋪完成后及時通過高壓水槍噴射水霧，覆蓋節水保濕膜，澆水保濕等一系列措施，保證STC 保濕到位。未能及時覆蓋薄膜的，對STC 面噴霧保持濕潤。整個保濕養護時間不得少于36 小時。在進行保濕養護工作時，應有專人巡視，發現缺水部位及時補水；發現有鼓包的地方，應刺穿，并采用保濕膜覆蓋裸露部位；發現保濕膜裸露區域，應采用保濕膜及時覆蓋。同時隨時檢查工作橋位置是否順直，發生偏斜，及時調整。

4.2.7 蒸汽養護

高溫蒸汽養護通過蒸汽發生器、蒸汽管道和蒸汽養護棚等設施實現。STC 蒸養過程中，對其升降溫進行控制，防止溫度驟變，對STC 結構產生不利影響。升溫過程中，應實時觀測蒸養棚內溫度，通過調整開啟鍋爐的數量來調節蒸養棚內升溫速度；降溫過程中，同樣實時觀測蒸養棚內溫度，通過關閉鍋爐數量以及部分掀開保溫被，來調節蒸養棚內降溫速度。除了在保溫棚內均勻合理設置傳感器進行溫濕度監測，同時也采用溫度計對溫度進行實測復核，實時調控蒸汽輸送量，保證現場蒸養溫度不小于80℃，相對濕度不低于95%，蒸養72h。

超高韌性混凝土所用骨料及間隙填充料為毫米、微米、亞微米級顆粒，拌和后的混凝土孔隙等缺陷減至最少，內部密實度極高。同時，由于高性能減水劑和級配鋼纖維的摻入，混凝土強度和韌性獲得明顯提高，通過蒸汽養護將STC 材料收縮應變提前，且在鋼纖維的作用下，阻止了細微裂隙的發展，使該材料的力學性能較其他混合材料得到極大提升，保證了工程的施工質量：

①根據既有試驗數據調整配合比，最終確定配合比為：水膠比為0.18，水泥用量800kg，水用量200kg，石英砂用量900kg，核心料用量420kg，粗鋼纖維用量120kg，細鋼纖維用量60kg。根據試驗報告可知，當80℃高溫蒸養72h后，試塊抗壓強度約為157MPa，抗折強度約為35.6MPa，完全符合設計要求。②在栓釘位置進行鋼橋面打磨，采用栓釘焊槍配合瓷環進行栓釘焊接，控制焊接電流950A，電壓380V，焊接時間1s，所得焊接質量滿足規范要求，保證了STC 與鋼橋面的有效連接。③采用STC 專用攤鋪機進行混合料攤鋪，通過行走系統、攤鋪系統及工作橋控制混合料的攤鋪及收面質量，并且保證實時濕養，同時采用蒸養發生器配合蒸汽養護棚進行STC 蒸養，將材料收縮應變提前為STC 的力學性能提供保證。

5 效益評估

經現場實測，STC 力學性能指標符合設計要求，在實際施工中，通過對栓釘焊接質量、混合料配合比、拌合攤鋪質量、養護條件等的嚴格把控即可保證STC 的施工質量，減少后期項目的養護維修費用，為項目效益增值。

5.1 經濟效益

主橋鋪裝面積共計10710m2，若采用瀝青混凝土鋪裝，100 年內需更換約10 次瀝青鋪裝層，費用總造價約1.4 億元，而采用STC 輕型組合橋面鋪裝，100 年內僅需更換約10 次磨耗層，費用總造價約0.34 億元，平均每年可節省維護成本約106 萬元。

5.2 管理效益

①采用栓釘焊槍配合瓷環進行栓釘焊接，合理控制焊接參數，保證了栓釘焊接質量，為STC 與鋼橋面的連接強度提供了保障。②采用STC 專用攤鋪系統，集行走系統、攤鋪系統、工作橋于一體，保證了各工序的合理銜接，提供了管理保障。③對蒸養溫度及濕度采取智能測試與人工抽查相結合的監測手段，保證了養護質量，為STC 的力學指標提供了保障。

6 結束語

橋面系是橋梁結構中極重要的組成部分，其施工質量直接影響工程的運維效果，STC 相對于其他混凝土具有高強度、高韌性、高耐久性的優點，是一種優良的鋼橋面鋪裝層材料，具有極廣闊的應用前景。本工程通過對混合料配合比、栓釘焊接質量、攤鋪質量及養護質量的控制，確保STC 力學性能指標能達到設計要求，保證了橋面系的施工質量，降低了后期運維造價，為后續類似工程施工提供了參考。