大跨柔性钢桥面UHPC刚性桥面铺装技术

摘要 结合胜利黄河大桥维修改造工程桥面UHPC刚性铺装实例，从铺装结构设计、常温养护型UHPC材料、施工工艺等方面总结了一种适用于大跨柔性结构钢桥面的刚性桥面铺装技术，解决了传统柔性铺装方案易出现的桥面钢结构疲劳开裂、铺装层开裂、拥包、脱层等病害，提高了桥梁的安全性能及使用寿命，对以后类似桥梁的桥面铺装施工具有指导意义。

关键词 UHPC;桥面铺装;摊铺机;剪力钉

中图分类号 U443.33 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）12-0105-03

收稿日期：2022-04-08

作者简介：张永江（1990—），男，本科，工程师，研究方向：桥梁施工。

0 引言

自1987年我国第一个钢斜拉桥（胜利黄河大桥）建成以来，国内建设的钢斜拉桥、悬索桥越来越多。近年来，我国已建成的多座采用柔性铺装方案（SMA、浇筑式沥青以及环氧铺装）的大跨径正交异性钢桥面桥梁，除少数桥梁运营状况良好以外，大部分桥梁都陆续出现钢结构疲劳开裂和桥面铺装负弯矩区开裂等病害[1]，严重影响桥梁的通行能力及结构安全。

随着新材料、新工艺的不断发展，混凝土强度等级也不断提高，超高性能混凝土（UHPC）具有韧性高、抗压强度高和耐久性能好等优异性能[2]，在越来越多的桥梁工程中得到应用。但当前国内UHPC桥面铺装施工还没有统一的施工规范、标准，工艺待完善与改进。

1 工程概况

胜利黄河大桥全长2 817 m，主桥长682 m，为五孔连续双塔双索面钢斜拉桥，孔跨布置为（60.5+136.5+288+

136.5+60.5）m，主梁为双边钢箱正交异性板钢结构，桥梁宽19.5 m，设计为双向4车道，桥面横坡1.5%。原桥面铺装为4 cm浇筑式沥青混凝土基层+3.5 cm SMA改性沥青面层，经过33年的使用，正交异性钢桥面存在疲劳裂缝，桥面线型不均且有局部变形等病害，采用钢-UHPC组合桥面铺装[3]方式对桥面进行刚性铺装体系改造提升。

2 工艺原理

该技术是利用剪力钉、钢筋网、UHPC组成桥面刚性铺装结构层（图1），利用UHPC的高抗压抗折强度，在柔性桥面结构上形成一层刚度大、强度高的铺装层，提高桥面的刚度，在上部车辆荷载下能将荷载分布到更大的范围，以减少桥面钢结构的疲劳应力，减少疲劳裂纹的产生，以达到延长使用寿命的目的。同时UHPC的高韧性、高抗折抗拉强度能在柔性结构桥梁运营过程中发生大变形时能跟随变形且不开裂，解决普通混凝土铺装结构变形适应性问题。

桥面铺装层设计厚度55 mm，剪力钉为φ19 mm ML15螺柱头焊钉，长度35 mm，间距31 cm×31 cm，

φ10 mm钢筋网眼大小为5 cm×5 cm，UHPC平均厚度55 mm，桥面局部变形处进行适当调整。

3 UHPC材料及拌制

3.1 UHPC原材料

UHPC是由干粉料、钢纤维在现场混合搅拌，添加外加剂、水拌合而成，材料配比见表1。

该配合比拌制UHPC材料，抗压强度120 MPa，抗折22 MPa，坍落度≥600 mm，28天干缩比不大于300微应变，具有低收缩、可进行常温养护的特性。

3.2 UHPC现场拌合

UHPC拌制采用2 m³的UHPC专用立轴行星式搅拌机，利用行星自转+公转的方式进行搅拌，每次拌制1.2 m³以确保UHPC能充分搅拌均匀。

拌合时按照配合比进行原材的提前称包，具体的搅拌流程为：预混料干拌3 min，自動称量加入水、外加剂后湿拌2 min，最后加入钢纤维拌制3～5 min出料，生产效率为4.8～6 m3/h。根据现场施工情况及出料的试验情况可微调水及减水剂的用量。

UHPC拌合站应设置在浇筑地点附近，减少材料运输时间，确保材料的力学性能及施工性能不损失。

4 桥面铺装施工

根据胜利黄河大桥的现状结构计算结果进行桥面摊铺施工分区设置，该桥采用半幅施工，共分8个区，一次摊铺宽8 m，长170 m左右，方量约80 m³，配置3台拌合机。施工时以分区分幅依次摊铺施工，每次摊铺后留1天的养护等强时间，避免车辆活动引起的震动及桥面变形过大引起UHPC铺装开裂。

4.1 桥面抛丸及防腐

用自行式桥面抛丸机对钢桥面进行抛丸施工，清理桥面原涂层（老桥）、锈迹、油脂等并糙化结合面。抛丸机的抛口宽度50～90 cm，行走方式以纵桥向为主，尽量减少行走坡度。抛丸等级为Sa2.5级，粗糙度50～

100 μm。防腐涂装采用含锌量不小于70%的环氧富锌底漆，漆膜厚度为80 μm。

4.2 剪力钉焊接

剪力钉焊接前对焊接位置进行放线，避开原钢桥面的对接焊缝及U肋焊接缝。打磨掉焊接点位的涂装后用电弧螺柱焊机焊接，焊脚高度8 mm且周圈饱满无缺口。焊接完成后，清除磁环和杂物，并对剪力钉进行30°弯曲试验检查，对不合格的割除、补焊。检验完后对剪力钉焊缝进行防腐涂装。

4.3 钢筋网绑扎

钢筋绑扎时接头错开间距为1.5 m，搭接长度40 cm，钢筋保护层按UHPC顶面15 mm控制。施工时如遇钢筋位置与剪力钉布置有冲突，可适当调整钢筋的位置，特别注意钢筋纵向接头处的钢筋布置和螺栓带处钢筋位置及保护层控制。

4.4 UHPC摊铺

UHPC摊铺采用机械施工，从前至后分别专用布料机、超声震动整平机、覆膜机。布料机在前进行UHPC布料，整平机随后进行坡度及表面平整度的修整，覆膜机紧跟覆盖薄膜保水养护。

4.4.1 布料

混凝土罐车运输UHPC至泵车处，泵送至布料机料斗内，料斗内进行2次搅拌，通过布料机（图2）的前后移动及布料斗的横向移动，用类似3D打印式的布料方式确保材料的均匀性及布料的均匀性。

4.4.2 整平

UHPC的振捣及整平由整平机的振捣整平系统进行，该设备安装激光和超声波双系统、液压控制系统、高频振捣刮板，能够准确设定双面水坡坡度和标高。振捣频率为100 Hz，通过振捣整平后UHPC厚度误差控制在2 mm范围内。

将整平机的整平板根据桥梁的横向坡度进行改造，以适应桥面的横向坡度（图3）。同时将整平板在端部设置成活动可调节形式，以适应泄水孔及桥面破洞变化处铺装层的整平。

4.4.3 覆膜

覆膜机紧跟整平机之后进行覆膜，覆膜间隔时间不大于浇筑时UHPC表面的结皮时间[4]（根据现场天气状况测算约10 min）。过程中人工雾化保湿，同时进行人工配合收面。覆膜时搭接不小于30 cm，待混凝土有一定强度后覆盖土工布养护。

4.4.4 养护

UHPC保湿养护分为两个阶段。第一阶段：UHPC浇筑后即铺设高分子保湿养护薄膜，进行保湿养护，养护时间24～48 h;第二阶段：揭开保湿养护薄膜，仅覆盖土工布继续饱水养护至14 d。当温度略低于5 ℃施工UHPC时，应设置保温棚，并通入低温蒸汽（图4），保证UHPC混凝土有一定温度（20～30 ℃），利于UHPC的强度及弹性模量的提升[5]。

4.5 施工注意事项

（1）UHPC原材为细目石英砂及细粉料，在生产、拌制过程中严格按照搅拌程序执行，确保搅拌均匀性，从而保证材料性能。

（2）UHPC表面失水假凝结皮时间较短，施工时要合理安排材料的生产、运输及浇筑工序衔接，保证施工连续，且过程中随时进行喷雾保湿。

（3）分区施工时，两个分区施工间隔不小于24 h且UHPC同养试件强度不小于30 MPa，避免施工干扰造成铺装层开裂。

（4）对于UHPC的施工接缝，采用凹凸形锯齿槽口，同时进行凿毛处理，露出新鲜钢纤维，增强接缝处新老UHPC的连接性能。

（5）对于老桥面存在局部凹陷变形或坡度变化引起局部铺装过厚的情况，为保证钢筋的保护层厚度适宜，根据测量的标高，在局部增设一层钢筋网。

5 结束语

胜利黄河大桥主桥桥面UHPC铺装时优选的UHPC配合比，既保证了材料的强度，又具有良好的流动性、均匀性、保塌性等施工性能;成套施工机械的应用保证了UHPC材料铺装均匀性、线型标高的准确性及平整度和养护质量。经过同养试件试验UHPC抗压强度130 MPa，抗折强度26 MPa，性能优异，同时该桥的动静态检测显示UHPC刚性桥面铺装能明显降低钢桥面的疲劳应力，加固效果明显，也显著提高了桥梁的行车舒适性。

参考文献

[1]邓鸣， 张建仁， 王蕊， 等. UHPC铺装加固斜拉桥正交异性钢桥面板[J]. 长安大学学报， 2018（1）： 71-78.

[2]张少锋. 超高性能混凝土（UHPC）在桥梁加固中的应用研究[J]. 低碳世界， 2018（6）： 265-266.

[3]周立兵， 张刚， 王敏. 军山长江大桥钢-UHPC组合桥面改造效果研究[J]. 桥梁建设， 2020（2）： 52-57.

[4]苏凯， 杨媛媛， 程斌， 等. 钢-混组合梁桥面铺装UHPC施工要点研究[J]. 城市道桥与防洪， 2021（4）： 167-169.

[5]朱从香， 杨鼎宜， 王群， 等. 養护制度对UHPC力学性能的影响研究[J]. 混凝土， 2020（10）： 45-51.