钢桥面UHPC铺装层施工技术研究

摘 要：近年来，超高性能混凝土（UHPC）因其优越的性能逐渐替代普通混凝土，越来越多地应用于钢混组合结构桥梁桥面铺装中，形成新型的桥面结构形式（钢-UHPC组合结构），这种新型的组合结构形式势必对桥面的结构产生不同的影响。因此，本文以上海崇明区东平河大桥主桥钢桥面UHPC铺装施工为工程背景，采用有限元分析的方式，研究了钢-UHPC组合桥面结构的影响。同时对钢桥面UHPC铺装层施工技术要点进行分析，为后续类似项目UHPC铺装层施工在铺装领域广泛应用提供借鉴和参考。

关键词：超高性能混凝土UHPC；桥面铺装；施工技术文章编号：2095-4085（2024）06-0022-03

0 引言

传统的正交异型钢桥面的桥面铺装层一般采用普通混凝土或沥青混合料，在桥梁投入运营以后，在大载荷、高温等因素耦合作用下，铺装层经常出现一些车辙、拥包、开裂、滑移等问题，出现的各种病害甚至会对桥梁的正常通车产生影响，给社会和经济带来不利。在此背景下，超高性能混凝土（UHPC）应运而生，其不仅可以增加桥梁桥面铺装的刚度，还可以提高桥梁在受力状态时的耐高温性，还可以减少桥面铺装层病害的发生，延长桥梁的使用寿命。

UHPC作为一种水泥基复合材料，在高耐久性、强韧性、高强度、低孔隙率方面具有很好的表现，国内关于UHPC的相关研究起步较晚，但发展较为迅速。邵旭东教授提出了钢-UHPC新型组合桥面，有效解决了钢桥面开裂和铺装层病害等问题。其他学者同样提出了各种UHPC铺装结构，如湖北宜昌大桥采用UHPC+薄层聚合物罩面铺装结构进行修复，武汉军山大桥采用UHPC+SSMA-10铺装结构进行修复。综上所述，钢-UHPC组合型式的铺装结构应用在钢桥面的桥面铺装施工中逐步得到了认可，并取得了很多成功的案例［1］。因此本文以上海崇明区东平河大桥主桥钢桥面UHPC铺装施工为工程背景，研究了UHPC桥面铺装层材料性能、施工技术及应用效果。

1 设计说明

1.1 工程背景

上海崇明区东平河大桥是崇明大道重点工程，西起城桥镇江山路鼓浪屿路口，东至陈家镇北陈公路，道路分幅设置，双线双桥南北间距300m左右，单幅桥梁长738m。东平河大桥是连接崇明城区东西区域的骨干通道，其建设意义重大，通车后将大大缓解崇明大道的交通压力，激活区域经济发展新动能［2］。

1.2 材料性能

UHPC强度高、韧性好、孔隙率低，它由粉煤灰、硅灰、石英砂、水泥等材料组成，不使用粗骨料，减小了材料内部的裂缝和空隙。UHPC与普通混凝土的物理力学性能对比如下表1所示。通过对比可知，UHPC的抗压强度及抗折强度是普通混凝土的几十倍，其弹性模量及断裂韧性也优于普通混凝土。

1.3 方案设计

铺装层采用40mmUHPC+20mm磨耗层，在钢桥面顶板上焊接好钢筋网，随后采用UHPC浇筑，使得UHPC层与钢面板形成一个整体，抵抗剪切力。根据《高强钢筋UHPC梁抗弯性能试验》可知，弯矩设计值Mu计算式如下：

Mu=αfcbxh0-x2+0.5ftb（x-x/β）（h0-x/β）

其中：Mu为弯矩设计值，fc为混凝土的抗压强度设计值，b为矩形的截面宽度，x为混凝土的受压区高度，ft为混凝土的抗拉强度设计值。经计算可知60mm的UHPC板极限弯矩为1.07×106 N·m2。采用此方案设计可满足桥面的承载力要求。

1.4 方案对比

一般桥面多采用环氧沥青材料进行铺装，为了研究UHPC层与普通沥青两个方案对整体大桥受力的影响区别，采用Midas-Civil有限元软件建立整体空间模型。模型的计算工况如下表2所示。

通过计算可知，主缆的轴力值如下表所示：

通过主缆轴力的变化来反应大桥整体受力状态的变化，通过表3的计算结果可知，40mmUHPC+20mm磨耗层与60mm环氧沥青铺装相比，主缆轴力增大了1.01%，变化的程度比较小，因此，新型的桥面铺装方案对桥面结构的的影响较小，不会改变大桥整体的安全性，40mmUHPC+20mm磨耗层的桥面铺装方案是可行的［3］。

2 施工流程

东平河大桥UHPC铺装层先施工左半幅，再施工右半幅，施工流程图如下图1所示。

2.1 准备工作

现场施工前期人员、设备、机械、辅材的准备。保证现场施工连续。

2.2 桥面铺装施工工艺

桥面施工采用UHPC浇筑的施工方式，必须在紧前工作验收合格的前提下。具体施工步骤及要求如下：

2.2.1 标高控制

在摊铺机上设点，标高按现有桥面坡度控制各点的浇筑厚度均为60mm，用钢管固定在振动梁上，以此作为轨道标高的依据。

2.2.2 振捣梁及轨道安装

振捣梁轨道采用两根25mm钢管，钢管固定在振动梁底部，钢管在钢筋上部推行行走。

（1）将轨道钢管贴合在桥面铺装钢筋网片上，要求轨道钢管顶面标高与桥面铺装标高保持一致。

（2）振动梁为节段安装（3m、1.5m、1m），安装后中间部分易发生变形，可以通过调整节段间的螺丝来保证振动梁下方梁板的平直，从而保证混凝土表面的平整度。

2.2.3 混凝土搅拌

拟选择在温度条件适当时正式施工，搅拌机一次出料0.8m3，每盘搅拌时间12～15min，搅拌机每小时出料约3.2m3，为保证混凝土输送速度，配备两台吊车送料。

混凝土所用原材料中的核心组份为袋装，用水泵抽入搅拌机的水箱中，搅拌机自带水计量系统。以上措施可有效提高搅拌效率［4］。

2.2.4 模板的拆除及混凝土养护

混凝土的强度达到设计要求后拆除模板，一般为1天后。拆模过程中，应特别注意不得损坏楞角。养护的时长一般为7日，温度应控制在不小于10℃，养护采用内外层覆盖双层养生方式：浇筑后第一天时先塑料膜覆盖后湿润土工布覆盖，待混凝土强度达到设计图纸和规范要求要求后拆除塑料膜，再覆盖上第二层湿润的土工布，并且需要保持土工布处于湿润保湿状态，视天气情况控制每天洒水次数。养护时需做好成品保护工作，养护结束前严禁进行下道工序的施工［5］。

3 施工中遇到的问题及针对性解决方案

（1）在运输和浇筑的过程中UPHC材料会发生失水问题，在光照和高温下更为严重。这将导致UHPC流动性降低，难以顺利浇筑。解决方案：①本工程施工受场地及桥面铺装层总工程量等因素限制，现场采用一台设备进行材料加工搅拌，每段区域浇筑量超过搅拌机工作产能。在后续第二座桥梁桥面铺装施工中再增设一台搅拌机，从而满足浇筑速度。②提前要求班组在搅拌机设备四周准备足量所需的材料，以减少加料时间。③定时对运输搅拌混合料的设备上的硬垃圾进行清理，并根据需要对内壁进行浇水。

（2）钢箱梁桥面及剪力钉等除锈完成后，一般铺装层班组尚需进行材料、设备的准备工作，距离UHPC的浇筑仍有一段时间。除锈后的钢桥面会发生再次生锈情况，尤其是遇到下雨天等潮湿天气。解决方案：①钢桥面顶面及剪力钉等结构物进行除锈工作时，需增强除锈的打磨力，除锈完成后要进行覆盖防雨。②除锈后要立即组织人员进行铺装层钢筋绑扎工作，且必须加快进度。③UHPC浇筑前，要确保钢桥面无垃圾遗留。

（3）通过首次UHPC浇筑后，在预留的湿连接缝处易产生污渍现象，接头拆除后有损坏处理不到位的情况。解决方案：①UHPC浇筑前，先保护好湿润的接缝再浇筑；②模具拆卸后应立即覆盖湿接缝，直到湿接缝形成［6］。

4 结语

本文以上海崇明区东平河大桥为工程背景，通过材料性能、承载力设计、与普通沥青进行对比等多角度分析了钢混组合结构采用UHPC作为铺装层的实际工程问题。通过研究分析可知，与普通混凝土桥面铺装层相比，UHPC桥面铺装层物理力学性能上具有更好的优势，且不会改变桥梁整体的安全性，对桥面结构的影响较小。同时需要对UPHC浇筑时整平、覆膜养护、指标检测的质量控制关键点加以重视。从施工时的效果和两座大桥投入使用至今来看，未出现铺装病害及裂缝，为后续类似项目UHPC铺装层施工在铺装领域广泛应用提供借鉴和参考。

参考文献：

［1］邵旭东，陈玉宝，何广，等.钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆节点性能试验研究［J］.土木工程学报，2022，55（5）：54-66.

［2］阎培渝.超高性能混凝土（UHPC）的发展与现状［J］.混凝土世界，2010（9）：36-41.

［3］曹君辉.钢一薄层超高性能混凝土轻型组合桥面结构基本性能研究［D］.长沙：湖南大学，2016.

［4］宋立国.超高性能混凝土在桥梁结构中应用研究［J］.铁道建筑技术，2022（1）：82-86.

［5］史晓婉.超高性能混凝土国内进展及性能试验研究［J］.江西建材，2018（10）：3-5.

［6］周尚猛，王伟.超高性能混凝土铺装体系在钢桥面中的应用［J］.桥梁建设，2019，49（S1）：20-25.