长联大跨钢桁连续梁斜拉桥混凝土道砟槽施工

农代培

（中铁大桥局集团有限公司 桥梁结构健康与安全国家重点实验室，湖北 武汉 430050）

1 工程概况

1.1 总体情况

宁安铁路安庆长江大桥是南京—安庆城际铁路和阜阳—景德镇铁路在安庆迎江区长风乡跨越长江的一座铁路特大桥，其中跨江段主桥采用（101.5+188.5+580.0+217.5+159.5+116.0）m双塔六跨连续钢桁梁斜拉桥布置形式［1］。该桥为4线铁路桥：上游为南京—安庆高速铁路，时速250 km；下游为预留阜阳—景德镇货运线，设计时速160 km。主梁采用3片主桁，下承式板桁组合整体钢桥面结构，桁中心距2×14.0 m，节间长度14.5 m，桁高15.0 m。主桥桥式布置见图1。

图1 主桥桥式布置

1.2 道砟槽结构

主桥范围采用无缝线路及有砟桥面，道砟置于钢桥面顶上的混凝土道砟槽内。道砟槽分别置于2片主桁的中间，宽度9.5 m。道砟槽由底板、挡砟墙、防水层和耐磨层4部分组成，其中底板和挡砟墙为钢筋混凝土结构［2］。底板采用C40级纤维混凝土，厚15 cm，布置上下2层φ12 mmⅡ级钢筋网。挡砟墙高0.905 m，采用C40级普通混凝土，顶端厚15 cm，底部厚25 cm。道砟槽底板纵向通长设置，不设断缝。挡砟墙每2.9 m设10 mm断缝，断缝位置与钢桥面的横梁（横肋）中心对应，断缝下方留15 cm×15 cm排水孔。道砟槽内雨水先经横坡汇集到挡砟墙内侧后经由排水孔流出，然后沿挡砟墙外侧与钢桥面挡水板之间的排水沟槽汇流至各桥墩位置的汇水坑，最后从汇水坑下方的泄水管集中排放至江中。

道砟槽底板通过剪力钉与钢桥面板结合成一体。剪力钉横向布置在钢桥面U肋和纵梁的顶上，间距12～36 cm；剪力钉纵桥向间距在跨中处为40 cm，梁端和支点处加密至25 cm。剪力钉采用ML15材质的φ19 mm×100 mm圆柱头钉。

底板顶面铺设聚氨酯卷材作为防水层，卷材厚约5 mm，通过1层粘结层与底板结合。防水层上方的耐磨层采用聚丙烯腈细石混凝土，厚度6 cm。道砟槽布置及道砟槽结构、排水分别见图2和图3。

图2 道砟槽布置示意图

图3 道砟槽结构、排水示意图

2 施工难点

铁路整体钢桥面结构因具有整体性好、刚度较大、受力好等优点，自京沪高铁南京大胜关长江大桥开始得到广泛应用，但其桥面的耐久性保护也是需要着力解决的难题。不锈钢与桥梁钢板复合的桥面耐久性防腐体系因当时尚处研究阶段，安庆长江铁路大桥桥面设计采用的是钢筋混凝土板+防水耐磨层的防护体系，为有效保护钢桥面，道砟槽底板通长设置，不设断缝，道砟槽连续长度达1 363.7 m，为目前我国同类结构之最［3-5］。该桥道砟槽施工存在以下难点：

（1）大尺寸薄壁钢筋混凝土结构开裂是工程界始终无法回避的难题［6-12］。对于铁路桥梁，道砟槽底板为钢梁桥面耐久性保护的最后一道屏障，不允许开裂。该桥道砟槽底板厚度仅15 cm，为超长薄板结构，如何做到与钢桥面板结合的长联钢筋混凝土薄板不开裂，是需要解决的重大问题。

（2）铁路桥梁道砟槽防水耐磨层易裂一直是不易解决的工程难题，而该桥为大跨长联钢桁连续梁斜拉桥，厚度仅6 cm的无筋耐磨层开裂问题会更为突出，控制难度极大［13］。

（3）长联道砟槽底板顶面既不能存在明显凹坑，否则容易积水带来病害，也不能出现突鼓，否则既影响道砟厚度不能满足要求，也易造成耐磨层厚度不足容易开裂。因此，道砟槽底板平整度控制要求严、难度大。

（4）长联大跨度混凝土挡砟墙线形顺直度控制难，挡砟墙断缝平齐、等宽控制难。

3 施工方法

3.1 总体施工方案

道砟槽施工在钢梁合龙和斜拉索全部挂设张拉完成，调梁就位、支座全部灌浆后进行。道砟槽施工分幅进行，先下游幅（预留货运线），后上游幅（宁安线）。先做道砟槽底板，后做挡砟墙，最后做防水及耐磨层。底板和挡砟墙工序按照平行流水作业法实施，即一边施工底板一边施工挡砟墙，底板施工超前。防水耐磨层则待挡砟墙全部完成后再施作。根据作业工区划分情况，道砟槽施工由安庆侧工区和池州侧工区分别负责实施，以主桥跨中E40节点为界，自跨中向两端进行：跨中至1号墩间E40—E0节间共计594.5 m范围由池州侧工区完成，跨中至7号墩间E40—E94节间共计797.5 m范围由安庆侧工区完成。

3.2 道砟槽板施工

道砟槽底板为钢筋混凝土结构，厚15 cm，布上下2层φ12 mmⅡ级钢筋网，局部受力大处钢筋有所加强，采用C40级纤维混凝土，每立方掺加0.9 kg的聚丙烯纤维。钢筋网片间设置φ10 mm拉筋，梅花形布置，间距45 cm；网片架立筋间距不大于50 cm。

底板施工流程为：钢桥面喷砂除锈→环氧富锌底漆喷涂（40μm）→剪力钉焊接→喷涂环氧沥青涂料（100μm）→底板钢筋绑扎→混凝土浇筑、养护。采用自动回收式喷砂设备进行喷砂除锈，桥面板表面清理达Sa2.5级。焊接剪力钉时去除焊钉部位局部涂装，焊完后焊钉周圈补涂环氧富锌底漆。剪力钉焊接完成后再喷涂环氧沥青涂料100μm，环氧涂层完成且固化后绑扎钢筋网片。挡砟墙预留钢筋在底板钢筋绑扎时于相应部位预埋，以使挡砟墙钢筋可靠锚固。

该桥以主跨跨中为界由2个作业队分别施工，池州侧作业队承担的长度比安庆侧长度少203 m。池州侧道砟槽自跨中向梁端方向浇筑，每次浇筑长度50~65 m。安庆侧道砟槽施工为赢得部分时间，下游幅设2个作业点进行浇筑，分别从中跨侧和梁端侧相向进行，最后汇合，每次浇筑长度约65~120 m。上游幅设1个浇筑作业点，采取从跨中向梁端方向进行。两岸混凝土先通过钢梁两端处泵送上桥面，然后用混凝土搅拌运输车输送至浇筑点，再通过混凝土泵车或滑槽进行布料浇筑。施工下游道砟槽板时，混凝土沿上游侧宁安线输送，反之，混凝土沿下游线输送。

底板浇筑时先人工大致摊平，然后采用振动桥进行振捣整平，振动桥两端支承于挡砟墙内侧的固定滑轨上，沿滑轨边振边向前移动，直至浇筑节段完成。内侧滑轨（靠桥轴线侧）高，外侧滑轨低，以此实现振动桥成形的底板横坡与设计桥面横坡一致。顺桥向滑轨标高以钢桥面板顶面以上0.15 m高度为基准随桥面匀顺设置，局部微调，以使纵桥向道砟槽底板厚度既满足要求，又保持其顶面线形匀顺。底板施工完成后要求做到平整、无尖锐异物，不起砂、不起皮及无凹凸不平现象。平整度要求：用1 m长靠尺测量，间隙不大于3 mm，且间隙只允许平缓变化，每米不应超过1处。

鉴于铁路交通的特殊性，铁路桥梁（线路）通车运营后，基本没条件也不可能采取长时间停运方式进行桥面病害维修，这与公路市政桥梁完全不同（后者可以且有条件采取半幅封闭交通或限速的方式进行桥面病害处置）。因此，做到桥面道砟槽底板不开裂，确保其满足耐久性使用功能要求，意义重大。长联薄板状钢筋混凝土道砟槽防裂有以下措施：

（1）采用C40纤维混凝土，每立方掺加0.9 kg聚丙烯纤维。生产时搅拌时间120~150 s，确保纤维充分搅拌均匀。

（2）采取自跨中向两端方向的浇筑施工顺序，并在跨中E40起点处设1 m宽后浇带最后才浇筑，防止钢梁加载变形产生拉应力，消除过大长度带来的收缩变形影响。

（3）利用热胀冷缩原理，在工艺上进行创新，选择夏季的白天高温时段开始浇筑，当天降温前完成浇筑。

（4）掌握收浆时机，混凝土初凝后终凝前期间进行收浆，收浆次数3~4次。收浆完成，及时覆盖吸水土工布，浇水保湿养护不少于14 d。

底板浇筑顺序及时间见图4。

图4 底板浇筑顺序及时间

3.3 挡砟墙施工

道砟槽挡砟墙施工容易出现的问题包括：表面色泽不一、气泡多，有竖向裂纹；挡砟墙边角轮廓易缺损，温度断缝宽窄不一；对于长大桥梁，挡砟墙线形也不易做到顺直。针对上述问题，施工采取的对策如下：

（1）挡砟墙侧模采用不易变形的整块钢模，长度2.9 m。模板首次使用前将与混凝土接触的板面侧进行氧化皮脱锈处理，然后打磨光滑、涂脱模剂，避免钢板表面的氧化皮和锈迹粘附在挡砟墙上；模板每用完1次，先将板面水泥浆等附着残留物打磨清除干净，再均匀涂抹脱模剂后使用，使墙面平整光洁不掉皮。减少气泡的有效办法是使用小塌落度混凝土，挡砟墙的混凝土塌落度控制在160~180 mm并保持稳定；挡砟墙不能全高一次浇筑，而是采取分层浇筑，层高30 cm左右，充分振捣，排出气泡；振捣把握的原则是混凝土面不再下沉、没有气泡逸出，表面开始泛浆即可，但也不应少于30 s。

（2）为使断缝宽度均匀、端面平齐，拆模时墙缝轮廓完整，挡砟墙模板采取端模包侧模方式。断缝端模由下端削尖的1排4 mm直径钢插钎及插钎两侧的3 mm厚不锈钢板组成，端模和侧模通过螺栓连接固定。与混凝土接触的不锈钢表面也涂脱模剂，另一面及钢插钎的表面涂抹黄油，以利钢插钎抽出脱模。

（3）长联大跨桥梁道砟槽如何测量放线是保证道砟槽挡砟墙顺直的关键。该桥跨中钢梁合龙时轴线偏差38 mm，考虑到道砟槽是由2个工区各自从跨中E40节点向梁端方向进行施工，E40节点道砟槽中线的测量方法是：两岸分别自梁端朝跨中方向进行中线测放，在跨中处汇合，测量在晚23时至第2天日出前同时进行。跨中处中线点的确定原则是：两岸跨中测点重合时即以此作为跨中的中线控制点，如测点不重合，则取两点连线的中点作为跨中的中线控制点。最后以跨中中线控制点和梁端中线点连线作为最终的挡砟墙中线进行放线。挡砟墙的顶面高程，按间隔5 m测放1个点，高度自钢桥面起算，使挡砟墙顶竖向线形与钢梁线形保持一致。

挡砟墙施工在底板浇筑完成后进行，上、下游2条墙同步推进，每次施工长度4个节间约58 m（两岸各配置2套模板）。挡砟墙混凝土浇筑完成、将近初凝时，顶面进行3～4次收浆抹面，最后1次收浆需在终凝前完成，防止挡砟墙顶面产生收缩裂纹。收浆完成，即采用吸水土工布覆盖洒水保湿养护，待终凝后拆模，拆模后再用塑料薄膜包裹墙身养护14 d。拆模时先拔出端模处的钢插钎，然后再依次拆除2块不锈钢板，最后拆除侧模。

3.4 防水层及耐磨层施工

该桥设计采用的防水耐磨层体系为：聚氨酯卷材防水层+6 cm厚C40纤维混凝土耐磨层，卷材厚度约5 mm。防水耐磨层在挡砟墙施工完成后进行，先铺设卷材防水层，后施作6 cm厚耐磨层，先施工下游幅，后施工上游幅。铁路桥面最关键的环节是防水层施工［14-15］，要使卷材防水层不漏水，必须做到：一是卷材搭接长度合理，且搭接接头完好熔合处不会开缝；二是卷材搭接方式有讲究，同屋面盖瓦道理一样，卷材接头应该做到上压下而不是下压上，即始终是上层卷材搭接边压住下层卷材的搭接边。因此，卷材铺设时按照由低向高的顺序铺设，即卷材在横桥向由边桁一侧（最低处）向中桁一侧（最高处）的顺序展铺，顺桥向由低处（桥墩处）向高处（跨中处）方向展铺。从排水可靠、节省材料使用考虑，卷材采取顺桥方向铺放，分段完成。各段间卷材端部接头必须上（后铺卷材）压下（先铺卷材），保证今后桥面雨水始终能沿卷材顺向排出，不会造成倒流情况，防止接头渗水病害发生。

3.4.1 卷材铺设

卷材施工方法如下：基层面清理→喷涂基层处理剂→铺设卷材。基层面清理的目的是确保表面平整，不能存在凹坑、尖锐物或凸起部位，以便后续基层处理剂均匀涂刷，卷材与道砟槽底板基层面平整、密贴接触，避免起褶鼓包。防水层施工前应对基层面进行验收，确保平整、无尖锐异物，不起砂、不起皮及无凹凸不平现象；平整度的要求：用1 m长靠尺测量，空隙不大于3 mm，空隙只允许平缓变化，每米不应超过1处。

基层上涂刷的高聚物改性沥青基层处理剂不少于0.4 kg/m2，要求涂刷均匀，不露底面，不堆积，厚度控制在1.2～1.5 mm。当涂刷的基层处理剂干燥不粘手时，方可进行卷材的铺贴。防水卷材纵向搭接长度不得小于120 mm，横向搭接宽度不得小于80 mm。在已涂刷基层处理剂并干燥的基层表面，留出搭接缝尺寸，将铺贴卷材的基准线弹好，以便按此基线进行卷材铺贴施工。搭接处2层防水层卷材之间的粘结剂厚度不得小于1 mm。

卷材采用多台喷灯同时烘烤热熔铺贴。先用喷灯均匀烘烤卷材底面的沥青层和基层上的处理剂，待其熔化后，向前滚动卷材，推压经烘烤变软的卷材使熔化的沥青与基面熔化的处理剂黏合，一边烘烤一边向前排气压贴，直至1捆卷材铺完。卷材底面熔化控制标准以沥青接近流淌、呈黑亮为度，不得过分加热或热熔卷材。卷材搭接处的上层和下层卷材应完全热熔黏合，搭接缝处应有自然溢出的熔融沥青，确保搭接处黏合平整牢固。

挡砟墙侧的卷材外边需铺贴到挡砟墙根部的倒角上方进行收口（遇挡砟墙排水口时，则将与洞口同宽的倒角部分卷材剪除），卷材边液压并待自然溢出熔融沥青后，用刮板抹平密封收口，确保其与挡砟墙倒角或洞口处底板粘贴牢靠不开缝。防水层完工后，在胶黏材料固化前不得在其上行走或进行其他作业，以免起褶脱空、接头脱开。

3.4.2 耐磨层施工

耐磨层在防水层施作完成后进行，以跨中E40节点为界，自跨中分别向钢梁两端进行，分段铺筑，先做下游幅，后做上游幅。最大铺筑长度142 m（池州侧171 m），平均铺筑长度70 m左右，最短铺筑长度16.5 m（下雨停铺）。

耐磨层混凝土采用搅拌车输送、滑槽放料摊铺，先用平板振捣器大致摊平，局部低洼处人工铲料补平，然后用搁支在挡砟墙上的振动桥进行振捣整平成形。耐磨层施工前，在挡砟墙内侧面墙上测放其顶面标高并划线，用以控制浇筑厚度和横桥向坡度。为保持挡砟墙排水口过水断面不变，此处耐磨层做成三面倒坡的凹形汇水坑，坡脚顺桥向与排水口同宽，横桥向与挡砟墙倒角底边齐平，坡面用瓦刀压实抹成光滑面。

耐磨层是钢桥道砟桥面防水的第1道屏障和防水卷材层的保护层，系薄层无筋混凝土，面积大，其底面和侧面为弹性卷材约束，若开裂会造成防水层划伤渗水和加速老化失效，影响其耐久性［13，16］。施工中采取以下工艺措施防止和减少收缩裂纹的产生：

（1）纤维混凝土采用强制搅拌，搅拌时间180 s，使纤维充分拌和均匀。纤维混凝土均匀摊铺，振捣整平时速度应尽量缓慢，振捣时间达20 s左右，并无可见空洞为止。

（2）混凝土接近初凝时方可进行抹面，采用圆盘式电动收浆磨光机进行抹面，抹刀需光滑以免带出纤维。抹面时不得加水，抹面次数3~4次［16］。

（3）耐磨层断面设中间锯缝，沿桥纵向每隔4 m设横向锯缝，缝宽10 mm，深20 mm。锯缝在混凝土强度达到设计强度的50%时进行切锯，以使不可避免的耐磨层裂缝尽量发生在预定的断缝位置。锯缝后将缝沟内灰尘吹净，再用聚氨脂防水涂料填充。

（4）混凝土浇筑完成后，保温保湿养护不小于14 d。养护完成，避免重车碾压，禁止通过车辆急刹车。

4 结论

安庆长江铁路大桥全桥道砟槽施工自2013年4月14日开始，至7月4日全部完成，历时2个半月左右，其中道砟槽底板E0—E40双幅用时39 d，E40—E94双幅用时29 d；耐磨层E40—E94双幅用时40 d，E40—E0双幅用时30 d。道砟槽底板施工过程中，进行了长时间跟踪观察（2013年4月21日—6月13日，共10次），均未发现开裂情况。耐磨层共进行5次观察（2013年5月23日—7月4日），上游线仅出现2条裂纹，下游线池州侧和安庆侧各出现9条和37条裂纹。挡砟墙外观平整光洁无裂纹，温度断缝缝宽均匀，轮廓完整。道砟槽施工质量总体情况较好，尤其是厚度15 cm、长度达1 363.7 m的底板未发现任何裂纹，十分理想。经回访了解，大桥自2016年12月26日开通运营以来，主桥道砟槽没有出现病害情况，长联钢筋混凝土道砟槽质量良好。总结道砟槽施工经验如下：

（1）道砟槽板通过剪力钉与钢桥面板结合，其结构配筋合理、安全可靠，掺加聚丙烯纤维材料的防裂措施有效。

（2）在跨中和E80节间位置设置现浇合龙带，且在底板浇筑完成先调索后浇合龙带，避免了调索时长联钢筋混凝土薄板受拉开裂。

（3）利用热胀冷缩原理，采取在夏季施作长大连续钢梁桥面混凝土道砟槽的技术方案，以及道砟槽混凝土采用在当天较高温度时段开始浇筑、降温前完成的施工工艺，能有效防止混凝土板受拉产生受力裂缝。混凝土或钢-混结构夏季升温时段施工防裂工艺，有较强的应用和借鉴意义。

（4）收浆时机和次数对防止混凝土表面产生收缩裂纹十分重要。经对比试验，无论道砟槽底板还是耐磨层，收浆时机（初凝前）和收浆次数（不少于3次）是避免收缩裂纹发生的有效措施，如何把握好“初凝前”这个度，十分关键［16］。

（5）对于厚度仅6 cm的无筋耐磨层，若要做到完全不裂很难，而且其开裂机理和位置难以预测，裂缝并非出现在事先切锯的槽缝位置，且裂纹多出现在纵缝和横缝交叉的“十”字缝四周，多呈菱形状，同时下游线出现的裂纹明显比上游线多。经推断分析，出现这种情况的原因，应是卷材属弹性材料的纵横缝周围耐磨层薄弱，受压容易造成折裂。因下游线先完工，上面过多通行车辆，因此出现开裂也相对较多。

虽然防水是依靠耐磨层下面的卷材层，但卷材毕竟属有机材料，若暴露在空气中会加速其老化。因此，尽量避免耐磨层开裂也是非常必要的，耐磨层施工完毕后，应尽量避免车辆碾压，尤其是重车。