中砂大桥STC 铺装施工工艺研究与应用

杨乐YANG Le；蒋冬芹JIANG Dong-qin

（①中交一航局第二工程有限公司，青岛266071；②西安铁路局安康工务段，安康725000）

0 引言

中山东路（新津河-莲凤路）道路桥梁及配套工程PPP 项目为 2021年汕头亚青会主会馆与城市区的主干道，中砂大桥为该项目的控制性工程。中砂大桥主桥主梁为正交异型钢箱梁结构，为解决钢桥铺装易损坏和钢桥面疲劳裂纹的问题，主桥采用超高性能轻型组合桥面方案。本文着重阐述超高韧性混凝土的施工工艺及技术应用，以更明确地指出STC 的施工重点，为类似施工提供参考。

1 工程简介

中砂大桥主桥跨径布置为80+180+80m=340m，结构形式为单箱五室组合梁连续梁桥，行车道布置为双向八车道，主桥整幅布置，顶板全宽44.5m，桥面铺装标准全宽31.5m。

2 工程研究内容

3 方案比选

目前国内钢桥面铺装主要采用以下三种方式，各方案优缺点如表2 所示。

表2 铺装方案优缺点一览表

图1 主桥钢梁立面图

表1 主桥STC 铺装层主要工程数量表

通过对上述三种钢桥面铺装方案的比较可以看出，在钢箱梁顶面增加超高韧性混凝土STC 加强层，可以起承重和防水作用，该种桥面铺装具有良好的应用前景。

4 施工工艺方法

4.1 施工流程

中砂大桥主桥钢桥面采用45mm 厚STC+40mm 厚SMA-13 沥青砼铺装方案，STC 铺装层铺设长度340m，单幅铺设净宽为15.75m。STC 桥面铺装施工从栓钉焊接开始，主要工作内容包括栓钉焊接、钢筋网绑扎、STC 浇筑和高温蒸汽养护的施工，共需打设φ13×35mm 栓钉484710颗，绑扎 φ10mm 钢筋约 350.9t，浇筑 STC 混凝土 482m3。

STC 铺装层施工流程图如图2。

图2 STC 铺装层施工流程图

4.2 施工工艺

4.2.1 栓钉焊接

超高韧性混凝土STC 层能否保证参与组合结构受力，关键在于STC 层与钢板的有效连接，其中栓钉的可靠焊接又是关键。因STC 层较薄，所采用栓钉尺寸为φ13*35mm，严格按照规范要求，采用栓钉焊机配合瓷环进行栓钉焊接。

栓钉焊接前提前进行划线布局，保证栓钉间距为15cm，对焊接区域进行打磨处理，打磨范围比钉身外围大3～5cm，栓钉焊接设备采用螺柱焊机，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。栓钉焊接后，用锤子横向敲击栓钉，栓钉不出现脱落、歪斜等现象。焊缝外形应饱满，表面无气孔、夹渣、裂纹等明显缺陷，不得有未焊接或熔透的部分。

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图3 栓钉打磨及焊接

4.2.2 防腐涂装

在栓钉焊接完成后，立即进行防腐涂装层施工。涂装作业采用高压无气喷涂法，在钢桥面四周0.5m 范围内涂抹环氧富锌漆进行防腐处理，局部补涂时采用刷涂法。

4.2.3 钢筋绑扎

STC 层内配置HRB400 级Φ10mm 带肋钢筋网，钢筋网在STC 层内起骨架支撑作用，同时在钢筋网与钢面板间设置钢筋垫条作为保护层，保护层厚约10mm，垫条间距为1m，呈梅花形布置。钢筋绑扎完成后，采用高压水枪对钢桥面进行冲洗，去除桥面杂质。

图4 钢筋绑扎及桥面冲洗

4.2.4 STC 拌合

按照施工图要求，超高韧性混凝土STC 主要力学参数要求为：抗压强度120MPa，抗折强度22MPa，弹性模量37.6GPa，材料断裂韧性20～40kJ/m2，磨耗系数1.3。根据现场近期试验得出STC 混凝土强度，得出相应的用水量、石英砂、钢纤维等材料的用量，最终确定配合比如表3。

表3 STC 配合比

STC 材料主要由STC 干混料、钢纤维、水和高效减水剂按一定比例配制而成，最大集料粒径为 800μm，通过提高组分的细度与活性，使其材料内部的缺陷（孔隙与微裂缝）减至最少，以获得由其组分材料所决定的最大强度及优异的耐久性，钢纤维则阻碍了混凝土内部微裂缝的扩展，使混凝土表现出良好的塑性特征。另外，在施工性能方面，STC 具有优异的和易性，易于施工操作和保证均匀密实。

为了使钢纤维在混凝土中分布均匀、不结团，STC 宜在工厂将各种固体原料及减水剂预拌为干混料，经包装后运输到施工现场，通过与水拌合成浇筑用混凝土。干混料在分装、运输与储存及卸料拌合过程中应保证混合物不离析，并保证其组分保持不变。施工现场按照最终确定的配合比，采用大功率竖轴行星式搅拌机进行STC 拌合。每次STC 生产、搅拌完成后，及时清理、清洗设备。

4.2.5 STC 摊铺整平

湿拌好的STC 混合料由混凝土罐车运输至桥上摊铺区，施工现场采用15m 宽的STC 专用摊铺机进行混合料摊铺，摊铺机由牵引行走系统、振捣系统、工作桥组成，摊铺过程中由混合料的供应速度、坍落度、扩展度控制牵引行走系统的前进速度，通过振捣系统控制STC 的摊铺厚度、平整度及密实度。STC 浇筑过程中及时喷雾湿润，保证湿养水分充足。在STC 层浇筑摊铺过程中遭遇降雨时，应停止施工，并及时覆盖养生膜及帆布。在降雨后，具备施工的条件下，对于已被雨水轻微冲刷过的结构层顶面，若是间隔在3h 以内，则应及时进行局部修整，并将表面刮除，使其符合要求再进行浇筑；对于间隔3h 以上的接头，则需进行凿毛并清理干净再重铺浇筑。

图5 STC 摊铺

为保证STC 拌合物的工作性能，摊铺过程中实测出料拌合物的坍落度及扩展度，控制坍落度为180~280mm，扩展度为500~700mm，对于超出范围的混合料及时调整。

4.2.6 保湿养护

保湿养护紧随浇筑过程，保湿养护工作在工作桥面上进行，在STC 摊铺完成后及时通过高压水枪喷射水雾，覆盖节水保湿膜，浇水保湿等一系列措施，保证STC 保湿到位。未能及时覆盖薄膜的，对STC 面喷雾保持湿润。整个保湿养护时间不得少于36 小时。在进行保湿养护工作时，应有专人巡视，发现缺水部位及时补水；发现有鼓包的地方，应刺穿，并采用保湿膜覆盖裸露部位；发现保湿膜裸露区域，应采用保湿膜及时覆盖。同时随时检查工作桥位置是否顺直，发生偏斜，及时调整。

4.2.7 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 蒸养过程中，对其升降温进行控制，防止温度骤变，对STC 结构产生不利影响。升温过程中，应实时观测蒸养棚内温度，通过调整开启锅炉的数量来调节蒸养棚内升温速度；降温过程中，同样实时观测蒸养棚内温度，通过关闭锅炉数量以及部分掀开保温被，来调节蒸养棚内降温速度。除了在保温棚内均匀合理设置传感器进行温湿度监测，同时也采用温度计对温度进行实测复核，实时调控蒸汽输送量，保证现场蒸养温度不小于80℃，相对湿度不低于95%，蒸养72h。

超高韧性混凝土所用骨料及间隙填充料为毫米、微米、亚微米级颗粒，拌和后的混凝土孔隙等缺陷减至最少，内部密实度极高。同时，由于高性能减水剂和级配钢纤维的掺入，混凝土强度和韧性获得明显提高，通过蒸汽养护将STC 材料收缩应变提前，且在钢纤维的作用下，阻止了细微裂隙的发展，使该材料的力学性能较其他混合材料得到极大提升，保证了工程的施工质量：

①根据既有试验数据调整配合比，最终确定配合比为：水胶比为0.18，水泥用量800kg，水用量200kg，石英砂用量900kg，核心料用量420kg，粗钢纤维用量120kg，细钢纤维用量60kg。根据试验报告可知，当80℃高温蒸养72h后，试块抗压强度约为157MPa，抗折强度约为35.6MPa，完全符合设计要求。②在栓钉位置进行钢桥面打磨，采用栓钉焊枪配合瓷环进行栓钉焊接，控制焊接电流950A，电压380V，焊接时间1s，所得焊接质量满足规范要求，保证了STC 与钢桥面的有效连接。③采用STC 专用摊铺机进行混合料摊铺，通过行走系统、摊铺系统及工作桥控制混合料的摊铺及收面质量，并且保证实时湿养，同时采用蒸养发生器配合蒸汽养护棚进行STC 蒸养，将材料收缩应变提前为STC 的力学性能提供保证。

5 效益评估

经现场实测，STC 力学性能指标符合设计要求，在实际施工中，通过对栓钉焊接质量、混合料配合比、拌合摊铺质量、养护条件等的严格把控即可保证STC 的施工质量，减少后期项目的养护维修费用，为项目效益增值。

5.1 经济效益

主桥铺装面积共计10710m2，若采用沥青混凝土铺装，100 年内需更换约10 次沥青铺装层，费用总造价约1.4 亿元，而采用STC 轻型组合桥面铺装，100 年内仅需更换约10 次磨耗层，费用总造价约0.34 亿元，平均每年可节省维护成本约106 万元。

5.2 管理效益

①采用栓钉焊枪配合瓷环进行栓钉焊接，合理控制焊接参数，保证了栓钉焊接质量，为STC 与钢桥面的连接强度提供了保障。②采用STC 专用摊铺系统，集行走系统、摊铺系统、工作桥于一体，保证了各工序的合理衔接，提供了管理保障。③对蒸养温度及湿度采取智能测试与人工抽查相结合的监测手段，保证了养护质量，为STC 的力学指标提供了保障。

6 结束语

桥面系是桥梁结构中极重要的组成部分，其施工质量直接影响工程的运维效果，STC 相对于其他混凝土具有高强度、高韧性、高耐久性的优点，是一种优良的钢桥面铺装层材料，具有极广阔的应用前景。本工程通过对混合料配合比、栓钉焊接质量、摊铺质量及养护质量的控制，确保STC 力学性能指标能达到设计要求，保证了桥面系的施工质量，降低了后期运维造价，为后续类似工程施工提供了参考。