吴纯奇 徐安东

(中南林业科技大学土木工程学院 湖南长沙 410000)

超高韧性混凝土在赤石大桥的施工应用研究

吴纯奇 徐安东

(中南林业科技大学土木工程学院 湖南长沙 410000)

汝郴高速赤石大桥为四塔预应力混凝土斜拉桥，施工过程中因工人操作不当，致6#塔郴州侧部分箱梁受损，为对受损部分进行维修加固，该维修采用超高韧性混凝土。文章以其为案例，阐述了超高韧性混凝土在赤石大桥的施工应用，从梁面的糟化处理、梁面植筋、安装钢筋网、模板安装、现浇铺装层和高温蒸汽养护等方面较详细介绍了超高韧性混凝土的施工流程、浇筑工艺以及养护方法中的关键技术。

超高韧性混凝土；施工流程；浇筑工艺；养护

0 引言

超高韧性混凝土(STC)是由水泥、矿物掺合料、细集料、钢纤维和减水剂等材料制成的干混料，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。与高性能混凝土(HPC)相比，超高韧性混凝土材料的显著特点是强度高、韧性大，其特性可与金属铝媲美[1]。

超高韧性混凝土施工技术引进国内的时间不长，国内从事其研究与施工的单位也不多，但由于它具有凝结硬化后强度高、韧性大、承载能力强、且不易破坏等优点，其在广东省佛山市的佛陈大桥、北京北关大道跨通惠河桥、天津滨海新区海河大桥的成功运用，得到越来越多的专家、学者、科研人员和从事设计、施工、监理等人员的关注和认可。由于赤石大桥6#塔郴州侧部分箱梁受损比较严重，使用普通的高强混凝土已经达不到维修加固的目的，为使赤石大桥能安全稳定使用并能达到设计使用年限，采用超高韧性混凝土对其进行维修加固得到大家的认可。

本文以超高韧性混凝土在赤石大桥的施工应用实例，对其在混凝土桥面的完整施工工艺进行了探究与总结，并对部分关键施工要点提出了相应的要求，以助于超高韧性混凝土施工质量的提高，为今后超高韧性混凝土在混凝土桥面的施工应用研究提供参考和借鉴。

1 工程概况

汝郴高速赤石大桥是厦门至成都国家高速公路中，湖南汝城至郴州段上的一座世界级特大型桥梁。全长2272.76m,主桥为四塔预应力混凝土斜拉桥，跨径按165m+3×380m+165m布置,一联全长1470m。采用中塔塔梁固结，边塔支撑的结构受力体系，桥面总宽为28m,各塔均布设23对斜拉索，拉索按纵向扇形布置。主桥索塔最大高度约286m,桥面距离地面最大高差约182m[2]。

图1 1/2全桥立面布置图

赤石大桥在施工过程中因两名工人焊接操作不当，导致6#塔郴州侧发生起火事故，造成9根斜拉索断裂，断索侧桥面下降约2.15m，未断索侧桥面下降约0.95m，造成部分箱梁受损。由于箱梁受损比较严重，使用普通的高强混凝土已经达不到维修加固的目的，为使赤石大桥能安全稳定的使用并能达到设计使用年限，须采用强度更高、性能更佳的混凝土对其进行维修加固。采用超高韧性混凝土对其进行维修加固须得到设计、施工和监理人员的认可。

2 桥面加固施工方案研究

超高韧性混凝土在混凝土桥面的应用研究较少，可供参考的案例仅有钢混桥面中的运用。在赤石大桥桥面维修加固过程中，借鉴超高韧性混凝土在佛城大桥、北京北关大道跨通惠河桥和海河大桥的运用的成功经验，对6#塔郴州侧6R6#-20#节段箱梁顶板，STC混凝土加强层部分拟采用沥青混凝土铺装层的方法进行加固。现场由作业人员提前对梁面进行钻孔植筋，待次中跨合龙段施工完成，桥面涂刷水泥基渗透结晶防水涂料到渗透龄期要求后，开始6#墩郴州侧6R6#-20#节段箱梁顶板铺设5cm厚STC超高性能混凝土施工。再由专业施工技术人员提前将混凝土材料、配合比等做好试验、检验及复核工作，拟定初始配合比进行适配、调配及检验，得出施工配合比[3]。

在对桥面铺装层浇筑采用左右幅两幅浇筑，先进行左幅铺装层浇筑，由6#梁段向20#梁段进行浇筑，再进行右幅浇筑，也是由远梁端向近梁段进行浇筑。铺摊范围为6R6#-6R20#梁段，铺摊宽度为左右幅各11m。为了保证桥面原铺装层和桥面优化段铺装层之间匀顺过渡，受损区上面层为5cm STC铺装层+5cm改性沥青AMA-13，在过渡区各设置2m过渡段，采用3.5cmSTC混凝土+6.5cm改性沥青SMA-13,如图2～图3所示。

图2 STC铺装层示意图

图3 赤石大桥STC施工平面布置图

3 超高韧性混凝土主要施工流程及要求

3.1箱梁顶板糟化处理

对赤石大桥混凝土桥面表面进行糟化处理可以加强混凝土箱梁与新浇筑的STC混凝土之间的粘合力，从而使分次浇筑的混凝土形成一个整体，保证结构的完整性。

糙化处理方式为精铣刨，在施工前人工凿除桥面较粗糙不平的浮浆，清除表面的油渍、锈迹及杂物等，然后用清水清洗水泥混凝土箱梁顶部面板。在精铣刨时，设备两次施工行车道之间搭接1cm～3cm,确保达到设计标准要求的粗糙度。防撞栏钢筋网位置采用人工凿毛。利用精铣刨对混凝土梁面的平整度进行调整，确保STC施工前梁面平整度合格。

3.2箱梁顶板植筋

对郴州侧6R6#-20#节段箱梁顶板植入抗剪栓钉，栓钉规格为Φ13×150mm，4.6级，间距为50cm，呈梅花形布置。钻孔时，通过钢筋探测仪检测确定主梁预应力钢筋及普通钢筋的位置，如发现钻孔位置与原结构预应力筋或钢筋发生冲突，适当移动钢筋位置。钻孔孔深为115mm,孔径比栓钉下部直径大2mm～4mm，钻孔结束后，及时用吹风机清理孔道内灰尘、碎片，使孔道保持干净、干燥[4]。

钻孔结束后，及时予以植筋。植筋时，由作业人员将植筋专用胶灌入至孔深2/3处，在插入栓钉至孔底，静置至胶液干涸。

植筋的工艺流程：定位→钻孔→清孔→栓钉处理→注胶→植筋→固化养护→检验。

(1)定位:先按照设计图纸中剪力钉的位置在桥面板上定位，用墨线标出其位置，再用钢筋探测仪按照墨线位置进行检测，发现有植筋位置与箱梁钢筋发生冲突的地方，适当调整植筋位置，并做好标志，保证定位标志清晰、可见和准确。

(2)钻孔：钻孔宜用电锤成孔，如遇钢筋宜调整孔位避开钢筋。

(3)清孔：采用空压机进行高压气冲洗，保证植筋时孔内清洁和干燥，使孔内无灰尘、无油污、无有机杂质。

(4)栓钉处理：主要是除锈。

(5)注胶：采用垂直孔，植筋将胶直接流、捣进孔中即可。

(6)植筋：将处理好的钢筋，植入灌注好结构胶的孔内，采用手锤击打方式入孔，手锤击打时，一手扶住螺栓，以保证对中并避免回弹。

(7)固化养护:钢筋植入定位后加以保护，防止碰撞和移位，保持3d左右，待结构胶固化原材料后方可受力。

(8)检验：植筋后3d～4d随机抽检，检验用千斤顶、锚具、反力架组成的系统作拉拔试验。

3.3安置钢筋网

梁面植筋结束后，开始铺设钢筋网。钢筋型号为Φ10螺纹钢筋，纵向铺设长度为118mm。铺设前，在主梁顶板每隔2m平放一根Φ14mm×30mm的钢筋作为钢筋网支撑。再将纵向钢筋按4cm一根位置放在钢筋支撑上，再按4cm一根，将横向钢筋放置在纵向钢筋上，通过扎丝将纵横钢筋在相交处绑扎。过渡段只铺设纵向钢筋，不需设置横向钢筋。钢筋网布置图如图4所示。

图4 钢筋网布置图

在钢筋铺设时，如遇到钢筋位置与栓钉位置发生冲突，可适当调整钢筋的横向位置[5]。由于STC材料的握裹力远大于普通混凝土，根据目前现有规范纵向钢筋在搭接处采用10d搭接焊接或35d搭接绑扎。钢筋接头宜错开布置，钢筋网铺设时，其级别、直径、间距、层数以及相对位置应符合设计规定，钢筋网铺设完成后，对钢筋搭接长度、高度、间距等进行检查，不符合要求时，进行局部调整。

3.4模板安装

STC铺摊高度为5cm,宽度为23.5cm(到两侧防撞栏内侧),由于STC浇筑梁体两侧已经施工完防撞护栏，STC施工时横向以完工的防撞栏为模板进行施工，纵向用3.5cm角钢用膨胀螺丝固定于梁面上作为端头模板。

过渡段STC从5cm厚变为3.5cm厚时，用1.5cm×4cm的木方，设置台阶。

4 现浇超高韧性混凝土铺装层

现浇STC铺装层分为STC的拌合、运输与摊铺，其中STC的拌合又分为干拌和湿拌。根据该项目断面的自身特性，摊铺方式采用分幅摊铺，对防撞栏已做好钢筋骨架区域，采用扔摊铺。

4.1STC干拌

STC的原料由水泥、石英砂、核心料、钢纤维和水组成，所有原料进厂并检验合格后，根据设计指标申报配合比。根据设计配合比，提前将水泥、石英砂、核心料、钢纤维用STC专用干混机集中拌合成干混料，并用塑料桶装好防潮保存备用。控制STC专用干混设备的计量偏差小于±2%，确保拌合均匀。

4.2STC湿拌

将拌制好的STC干混料运至湿拌场地，STC混凝土的加水搅拌工作在6#墩梁面22#块附近，由STC专用湿拌机加水湿拌，现场采用水进行拌合。为保证用水量现场准备简易水箱(容量15m3)。现场配置3台STC专用湿拌机，间歇式拌合，每台设备每次拌合0.5m3。控制水的计量偏差小于±1%，加水湿拌3min～5min后STC拌合物呈流化，待STC流化之后继续搅拌2min，最后成型出料。具体配合比如表1所示。

表1 STC推荐配合比

4.3STC运输

将搅拌成型好的STC放料至翻斗运输车，利用翻斗运输车运送至前端摊铺区域。

4.4STC摊铺

铺装层浇筑分左右幅进行，先进行左幅铺装层浇筑，由6#梁段向20#梁段进行，浇筑完之后立即将摊铺设备转送至右幅，进行右幅浇筑，中间不停歇。左右幅各铺摊宽度为11.8m，长度为2m过渡段+118m等后STC段+2m过渡段。摊铺采用8m宽的STC专用摊铺机摊铺，两边摊铺设备无法涉及的部分，采用平板振动器振捣密实，振动梁整平，最后利用工作桥人工收面平整。

摊铺机摊铺过程中，确保STC料及时运送至摊铺机料斗中，并加强厚度及平整度检测，及时调整确保摊铺厚度及平整度合格。人工摊铺部分，摊铺现场根据摊铺宽度、厚度，由专人指挥均匀卸料，严格掌控不亏料，适当略有富余。摊铺作业完成后，用铝合金直尺进行平整度初查，确保表面平整、不缺料。STC层混凝土浇筑过程中，试验人员及时检测塌落度指标，并根据气温、风速等条件随时调整，确保摊铺效果。另，根据规范要求制作同条件养护试件。

5 超高韧性混凝土养护

5.1STC保湿养护

STC养护工作应在混凝土浇筑完之后立即进行，先用高压水枪水雾喷射混凝土，再覆盖节水保湿膜，最后浇水保湿[6]。STC养护结构平面如图5所示。

图5 STC养护结构平面

养护工作桥面轨道跨度为16m,两端滚筒在100cm×10cm×10cm的方木上行走，滚筒过后取出方木继续向前铺设并重复使用，跟随STC向前浇筑的工作面先进行高压水枪水雾喷射，再覆盖节水保湿膜，最后浇水保湿向前增进。

人工抹平后立即洒水并覆盖保湿养生膜进行养护，养护膜搭接长度不小于20cm,确保不能损坏摊铺好的STC层，搭接处用砂砾覆盖以防刮风掀起。采用喷洒水雾和覆盖节水保湿膜的保湿养护方法来确保混凝土表面湿润。

5.2STC高温蒸汽养护

等STC终凝后(一般为摊铺后48h左右)揭除节水保湿膜，搭设蒸汽养护保温棚。保温棚使用帆布保温，通过镀锌管支架进行围挡。支架中间高为50cm，两侧为20cm。保温棚周围宜用中砂或其它材料压实密封，减少蒸汽的挥发和冷凝。蒸汽由蒸汽锅炉提供，通过布置在保温棚内的蒸汽管道输送蒸汽和设置在保温棚内的温度、湿度传感器进行蒸汽量的调控。外漏的蒸汽管道包裹保温棉以防止意外烫伤。STC高温蒸汽养护如图6所示。

图6 STC高温蒸汽养护

升温速度不大于12℃/h，待达到45℃后，进行恒温养护6d(根据试验结果显示，试件蒸养5d后可达到设计强度，现场为保证质量，按照6d进行蒸养)，蒸养期间每隔1h测温一次，并做好现场测温记录。然后按降温速度不得大于15℃/h进行降温直至达到现场气温。

6 STC表层刻槽

蒸养完之后，STC层混凝土表面采用混凝土刻槽机进行表面刻槽。刻槽尺寸2mm×2mm,条纹间距20mm。刻槽过程中及时用高压水枪清洗浮浆。因STC强度较一般混凝土高很多，刻槽施工前准备足够多的备用刀片。

7 结语

(1)超高韧性混凝土的施工配合比是根据试验室和现场试配得来的，保证混凝土具有一定的流动性、粘聚性、保水性以及便于运输等，后续的项目施工人员可按实际情况参考借鉴。

(2)超高韧性混凝土在浇筑过程中应控制好摊铺、振捣和整平速度，保证成型的表面平整度满足要求，并保证整个浇筑过程连续进行。

(3)超高韧性混凝土的高温蒸汽养护应根据季节天气情况，控制好蒸汽养护温度，既不宜过高也不宜过低，过高会烫坏混凝土，过低会达不到养护目的。

(4)超高韧性混凝土现阶段施工成本较高，制约其快速发展，相信在不久的将来通过技术革新、技术推广等降低施工成本，超高韧性混凝土会运用到越来越多的工程项目上。

(5)鉴于此次超高韧性混凝土首次在预应力混凝土桥面上的运用，并取得较好效果。桥面外观效果检查良好，平整度、强度满足设计要求，承载力达到维修加固目的，可为今后超高韧性混凝土在混凝土桥面的推广应用研究提供参考和借鉴作用。

[1] 王德辉，史才军，吴林姝.超高性能混凝土在中国的研究和应用[J].硅酸盐通报，2016,35(1)：141-147.

[2] 江雄.赤石大桥主梁合龙方案研究[J].桥梁建设，2016,46(1)：117-121

[3] JTG/T J22-2008 公路桥梁加固设计规范[S].北京：人民交通出版社,2008.

[4] JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社,2004.

[5] JTG/T J23-2008 公路桥梁加固施工技术规范[S].北京：人民交通出版社,2008.

[6] 段江.超高韧性混凝土组合桥面施工应用[J].天津建设科技，2016,26(5)：39-40.

StudyonConstructionApplicationofUltra-highToughnessConcreteinChishibridge

WUChunqiXUAndong

(College of civil engineering ,Central South University of Forestry and Technology Changsha，Changsha 410000)

Ruchen Expressway Chishi bridge is a four-tower prestressed concrete cable-stayed bridge, During the construction process, the box girders of the 6 # tower Chenzhou side were damaged due to the improper operation of the workers, in order to repair the damaged part use ultra-high toughness Concrete. In this paper, the application of ultra-high toughness concrete in the construction of the Chishi bridge is discussed. The treatment of the beam surface, the reinforcement of the beam, the installation of the steel mesh, the installation of the template, the pavement layer and the high temperature steam curing ，The key technology of the construction process, pouring process and curing method of ultra-high toughness concrete are introduced in detail.

Ultra-high toughness concrete；Construction process；Pouring process；Conservation

U44

A

1004-6135(2017)11-0071-05

吴纯奇(1990.5- )，男。

E-mail:654985419@qq.com

2017-08-17