创启路大桥超高性能组合钢桥面铺装体系施工技术

摘 要：为解决超高性能组合钢桥面铺装体系施工难题，以创启路大桥钢桥面铺装体系施工为依托，介绍了STC超高韧性混凝土、防水粘结应力吸收层材料特性、施工工艺及施工关键技术，总结了实际施工过程中的质量控制要点。创启路大桥的工程实践表明，超高性能组合钢桥面施工技术能保证该类型钢桥面铺装体系安全、便捷施工，确保施工质量满足要求。

关键词：超高性能组合钢桥面;超高韧性混凝土(STC);高黏高弹改性沥青;施工技术;

作者简介：陈彪(1990—)，男，湖南省常德市人，本科，工程师，从事大型基础设施工程研究与管理工作。E-mail:2856391636@qq.com。;

钢结构桥相较于混凝土桥，在建过程能源消耗少、污染小，达到桥梁设计年限后，材料可回收利用，伴随着我国经济发展和国家政策的大力支持，钢结构桥越来越普遍[1]，但钢结构桥梁桥面铺装层易破损，养护费用高，尤其是我国南方地区夏季钢桥面铺装层温度超过55℃的桥梁占比60%以上[2]。在重载和超载车辆作用下，传统的钢桥面铺装体系如浇筑式沥青、环氧沥青等较易出现各种病害，由于该铺装为柔性铺装体系，无法从根本上改善桥面系的刚度。因此，轻者会不同程度出现开裂破损问题，重者甚至危及结构，出现钢结构断裂风险[3]。为增强钢桥面铺装层抗裂能力，有必要采用刚性铺装体系。本文以创启路大桥超高性能组合钢桥面铺装体系为例，对超高性能组合钢桥面铺装施工技术进行探究与总结，为今后该类型铺装体系的施工应用提供借鉴与参考。

创启路大桥上部结构采用1联变高连续钢箱梁(35.5 60 35.5) m，宽31 m，采用超高性能组合钢桥面铺装体系，铺装层由STC层 防水粘结应力吸收层 面层组成，如图1所示。利用超高韧性混凝土(STC)超强的抗拉、抗折、抗裂、超韧、超强耐久性等优异特点，极大地提高桥面结构层的刚度、耐久性，同时极大降低钢桥面应力[4,5];采用高黏高弹改性沥青(洒布碎石)作为防水粘结应力吸收层实现STC层与面层间过渡、防水及应力吸收功能，有效避免沥青面层出现反射裂缝、推移等病害[6]。

图1 创启路大桥钢桥面铺装 下载原图

Fig.1 Steel deck pavement of Chuangqi Road Bridge

STC超高韧性混凝土主要由水泥、石英砂、石英粉、矿物掺合料、钢纤维、减水剂和水组成，其配合比设计通过剔除粗骨料增加细集料用量，以最佳比例形成最紧密的堆积体[7]，并通过提高组分的细度与活性，最大程度地减少混合料内部的微裂缝与孔隙，以获得由其主要组分材料所决定的最大强度及优异的耐久性[8]。为提高强度，降低STC混凝土水胶比至0.16～0.22，增加钢纤维用量(钢纤维体积率不小于3.5%)，在混合料中形成致密的纤维网，既增加了混凝土抗拉强度，又预防了混凝土内部微裂缝的发展，增强了混凝土的韧性。

STC混凝土抗压强度在110 MPa以上，抗弯拉强度不小于22 MPa，高温蒸养后收缩应变为0，徐变系数为0.2～0.3，具有超高的力学特性与耐久性。

STC混凝土与普通混凝土组成及配比差别大，含有大量高致密性的硅灰材料，水胶比小，钢纤维体积率不小于3.5%，流动性弱，需采用专用快速搅拌机搅拌方可确保混凝土拌和质量。由于水泥含量较大，STC浇筑时表面易失水产生裂缝，为此设置标准化工作桥用于浇筑整平后的补水、抹面及覆膜养护;STC混凝土终凝后水化反应加快，大量释放出水化热，易产生干缩裂缝，为此采用自动控制蒸养系统进行养护，确保STC混凝土快速达到设计强度。

高黏高弹改性沥青具有高黏、高弹特性，其60℃粘度远大于常规的SBS改性沥青，可达到60 000Pa·s以上，高温变形能力强，且弹性恢复能力突出，低温和抗疲劳性能良好，可极大程度地避免或延缓反射裂缝的发展，能起到良好的粘结作用。STC混凝土刚性大，桥梁面层为柔性材料，STC层与沥青磨耗层分属刚、柔性铺装，两者模量差异及层间剪应力大，易使沥青铺装层产生车辙、推移等病害，因此2层之间需设置结构性能稳定、防水能力强、粘结及抗剪能力强、抗高温变形及抗柔性变形能力强的防水粘结应力吸收层[9,10,11]，起到粘结、密封及应力吸收与扩散作用，尤其对纵坡较大桥梁、承受重载或超载、气温恶劣的桥梁工程，防水粘结应力吸收层的质量至关重要。

超高性能组合钢桥面铺装体系施工由STC层、防水粘结应力吸收层、铺装面层施工3部分组成，其中以STC层及防水粘结应力吸收层施工质量控制最为关键，各工序施工时应尽量做到连续作业，确保栓钉、钢筋无锈蚀，工作面无污染或损坏，且各工序均需验收合格，其施工流程如图2所示。

(1)对钢桥面板进行清理，确保清洁、干燥;(2)栓钉焊接前先按栓钉设计间距及平面位置在桥面板上放线定位，最外侧栓钉需加密布置，定位时应先定位出普通位置点，再定位出加密位置点;(3)采用角磨机对桥面板上每处栓钉位置进行打磨，打磨范围直径控制在2 cm～4 cm。

采用电弧螺柱焊机焊接栓钉，焊接电流控制在1 400 A～1 600 A为宜，焊接时间0.9 s～1.5 s。栓钉焊接完后，清除焊渣、瓷环和杂物，再用环氧富锌对焊接处进行修补。栓钉焊接可靠性采用弯曲试验检查，弯曲试验以重锤平击钉帽沿原轴线弯曲30°时，焊接部位不产生裂纹为合格。

图2 超高性能组合钢桥面铺装施工工艺 下载原图

Fig.2 Construction process of super-high-performance concrete and steel composite bridge deck

当栓钉的设计位置与钢桥面板对接焊缝位置冲突时，适当调整栓钉位置，可将栓钉偏离焊缝2 cm～3 cm，严禁直接在焊缝上焊接栓钉[12]。

1) STC混凝土设置CRB500级带肋钢筋网，纵、横向钢筋间距均为70 mm，钢筋保护层厚度15mm。栓钉纵向间距为250 mm，其间布置3根钢筋，横向栓钉间距为300 mm，其间布置4～5根钢筋。

2)在桥面板上每2 m设置1根Φ12的钢筋作为垫条，钢筋网摆放在钢筋垫块上，不需绑扎，整平梁轨道部位钢筋垫条可适当加密，以防止受压时下陷。钢筋网绑扎时先将纵向钢筋摆放在垫条上，然后将横向钢筋放置在纵向钢筋上，再用镀锌钢丝将纵横钢筋绑扎在交叉处。铺装区域四周2根钢筋交叉点应每点绑扎，中间范围每隔50 cm呈斜线型绑牢钢筋网。

3)当钢筋与栓钉位置冲突时适当调整钢筋位置，并将该处钢筋与栓钉绑扎牢靠;STC层与其他结构设施之间需形成有效连接，与两侧路缘石连接时路缘石应预埋同规格型号钢筋或进行植筋，并通过U型钢筋将STC钢筋网及路缘石预留钢筋焊接形成整体，焊接长度需满足单面焊焊缝长度10d要求(d为钢筋直径)。

钢筋网绑扎如图3所示。

图3 钢筋网绑扎 下载原图

Fig.3 Steel mesh binding

摊铺前，对钢桥面进行清理，同时采用雾炮机喷洒水雾，保证待摊铺桥面湿润。现场设置STC混凝土专用湿拌机，STC拌和料的输送为翻斗车 泵车泵送方式。STC浇筑时，汽车泵在浇筑区域外侧非机动车道处就位，STC料拌和后由翻斗车接料运输，卸料至泵车中进行泵送布料，采用整平梁进行振动整平，工作桥紧随其后进行人工抹面和保湿养护。其主要工序如下:

STC混凝土的拌和包含厂内干拌和施工现场湿拌2道工序[12]。

原材料在干拌工厂内采用专用干拌机进行干拌，各组成材料均由电子称量系统称量。干拌15min混合均匀后再装入专用0.5 m3干混料贮存桶，贮存桶需干燥洁净，运输及材料堆放需做好防污染、防潮措施。STC干拌混合料成品如图4所示。

图4 STC干拌混合料成品 下载原图

Fig.4 Dry mixed product of STC

因STC混凝土水胶比低，钢纤维含量高，搅拌时间长，因此配备3台专用湿拌机进行湿拌。STC摊铺时，将桶装STC干混料按桶计量投入湿拌机后加水搅拌3 min～5 min至STC流化，每台搅拌机每次搅拌0.5 m3，流化后继续搅拌2 min[11]，确保混凝土表面无泌水，骨料无下沉趋势。STC混凝土流动性较差，为方便摊铺整平，需将STC的坍落度控制在200 mm～230 mm，扩展度控制在560 mm～600mm。

湿拌好的STC料接入料斗，利用叉车运送料斗至作业面，通过汽车泵输送至摊铺工作面中。

汽车泵布料后，采用2台8 m宽STC整平梁进行摊铺整平，整平梁前方STC混凝土布料集中成堆时需人工配合摊铺;15 m宽标准化工作桥紧随整平梁，与其保持3 m距离为宜，人工抹面、洒水保湿养护等工序均在工作桥上完成，如图5所示。

图5 STC摊铺整平 下载原图

Fig.5 Paving and levelling of STC

整平梁粗平后采用人工抹面精平。人工抹面精平时需采用高压水枪喷洒水雾补水，抹面精平后STC表面应无任何缺陷，抹面时若发现有混合料团块应清除，边抹面边用直尺检测STC表面平整度，不符合要求的及时处理。

STC材料水胶比小，水泥含量高，摊铺整平后极易失水产生干缩裂缝，因此保湿养护在STC整平后即开始，养护流程为:高压水枪喷洒水雾(同时进行人工抹面精平)覆膜机覆盖保湿膜浇水保湿。保湿养护各流程均在标准化工作桥上完成，工作桥紧跟整平梁沿轨道向前移动，距离保持在3 m为宜。STC表面精平、保湿养护如图6所示。

图6 表面精平、保湿养护 下载原图

Fig.6 Surface fine leveling and moisturizing maintenance

保湿膜搭接不小于20 cm，搭接处采用压条固定。

高温蒸汽养护通过自动控制蒸养系统进行，STC混凝土终凝后立即揭除保湿膜，搭设养护保温棚。保温棚由帆布、保温棉及钢筋网片架设组成，网喷支架高20 cm，内部布置蒸汽管道，通过蒸汽管道输送蒸汽，每个养护区域内蒸汽发生器数量经过计算确定;保温棚内设置温湿传感器进行温湿度监测，并据此进行蒸汽量的调控。

为避免产生温度裂缝，养护升温阶段升温速度控制在15℃/h，养护结束后，降温速度不得超过10℃/h。养护温度控制在80℃，养护时间不少于72h，养护过程中相对湿度不低于95%[13]。

STC表面糙化目的是使其表面具有很好的抗滑性能，加强STC层与面层的粘结效果[14]。STC层与防水粘结应力吸收层的粘结强度的大小不仅取决于高黏高弹改性沥青的特性，还与STC层表面的糙化程度、干洁程度密切相关。

1) STC表面采用抛丸法糙化。抛丸施工前人工清除桥面浮浆、油渍、杂物等，确保STC面干燥清洁，并通过试验确定与STC表面粗糙度指标相对应的丸料规格和流量，STC表面构造深度控制在0.45mm～0.6 mm，现场以露出新鲜骨料及少量钢纤维为直观控制标准。STC表面抛丸糙化效果如图7所示。

2)抛丸完成后，采用市政清洗车的高压水冲洗基面，冲洗完成后的基面不得有水泥浮浆;用高压风机清扫基面，确保基面清洁、干燥;基面清扫完成后，需及时铺筑沥青面层，以防止抛丸后的工作面被污染。若不能及时铺装沥青层，则应采用防雨布进行覆盖保护，并禁止车辆行驶。

图7 STC表面抛丸糙化效果 下载原图

Fig.7 Shot blasting roughening effect on the surface of STC

3)抛丸后采用铺砂法进行构造深度检测，每40m2检测一处。

高黏高弹改性沥青粘度高，施工时对温度要求高，粘结层施工时气温不得低于10℃，高黏高弹改性沥青的喷洒温度宜为190℃～200℃，控制在200℃时喷洒效果最佳，温度低时喷嘴扇面不完整，易导致沥青喷洒不均匀。其施作工序如下:

采用沥青同步碎石封层车进行防水粘结应力吸收层施工，在受桥面路缘石影响的边角部位，采用人工辅助方法撒布沥青及碎石。为保证沥青和碎石洒(撒)布均匀，施工前对同步碎石封层车、压路机等各种机械设备进行调试，并在施工区域外设置试验过渡段进行试撒，过渡段长度不小于5 m[15]。

布料时，材料用量的控制需满足设计与规范要求，高黏高弹改性沥青洒布量1.6 kg/m2～2.0kg/m2，预拌碎石采用SBS改性沥青和粒径4.75 mm～9.5 mm玄武岩，油石比宜为0.3%～0.5%，采用0.3%效果最佳，撒布面积占铺装面积宜为60%～70%，以机械不粘轮为宜，沥青及预拌碎石洒(撒)铺均匀，不得堆积。

同步碎石封层车需行驶平稳匀速，车速控制在8 km/h～12 km/h。

布料后待沥青温度降至100℃左右，开始进行碾压。采用8 t～10 t胶轮压路机缓慢、匀速辗压，最大压实速度不超过5 km/h;碾压后使得集料之间嵌挤密实，且将集料牢固嵌入沥青中;压实遍数1～2遍，玄武岩石料不得出现较多压碎现象。

碾压成型温度冷却至环境温度后，人工清扫表面的浮石，碾压成型的防水粘结应力吸收层如图8所示。

图8 碾压成型的防水粘结应力吸收层 下载原图

Fig.8 Roll-formed waterproofing bonding and stress absorbing layer

防水粘结应力吸收层施工过程中，应注重接缝处理。横向接缝位置搭接施工时要避免与前次施工断面重叠，在洒布前采用油毡沿横向接缝将已洒布的段落覆盖保护，再进行施工。对纵向接缝，宜在先进行施工一侧暂留10 cm～15 cm宽度洒布沥青但不撒碎石，待另一侧施工时沿上一侧边缘撒布碎石，然后进行碾压。

防水粘结应力吸收层施工完成后，待沥青温度降为常温时，采用拉拔仪进行拉拔试验，并进行粘结强度检测。拉拔头在防水粘结应力吸收层施工后，用专用胶水与沥青面紧密粘贴，18 h后即可进行拉拔试验，检测合格后方可进行面层施工。

高黏高弹改性沥青SMA混合料与普通沥青混合料相比，其可塑性和流动性均对温度敏感性较强，因此在拌和、运输及摊铺过程对温度的管控严格，特别是在运输过程中需做好保温措施，施工中应尽量减少接缝。

创启路大桥超高性能组合钢桥面铺装体系施工严格按照施工工艺进行，施工中采用STC专用搅拌机、可移动整平梁、标准化工作桥、自动控制蒸养系统、沥青同步碎石封层车等专业设备，机械化程度高，施工便捷，有效保证了施工质量和工期。

创启路大桥投入使用2年多来，交通繁忙且多为重载，桥面铺装层未发生任何病害，可供同类工程参考。

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