白龍江大橋舊橋鋪裝調(diào)平層新技術(shù)(無縫鋼管+陶?；炷?的應(yīng)用

趙 騰 飛， 廖 禎 虎， 覃 晟

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰 611830)

1 概 述

白龍江大橋工程為橋梁拓寬工程，是廣元三江新區(qū)重點建設(shè)項目之一，位于廣元市利州區(qū)寶輪鎮(zhèn)。原白龍江大橋舊橋?qū)?2 m，在其下游新建的白龍江大橋?qū)?4 m，橋梁采用40 m簡支T梁，三跨一連續(xù)，共11跨，橋面全長440 m。橋梁道路等級為城市主干路，荷載等級為城-A級，結(jié)構(gòu)安全等級為一級。

白龍江大橋的舊橋與新建白龍江大橋橋梁拼橋后，舊橋調(diào)平層最高的地方需要提高約21 cm。若采用傳統(tǒng)鋼筋混凝土作為鋪裝調(diào)平層無疑將增加舊橋的自重，對原白龍江舊橋的結(jié)構(gòu)安全將造成一定的、不可量化的影響，而且白龍江大橋作為連接廣元至寶輪的重要連接通道工期緊張，采用鋼筋綁扎作為鋪裝層骨架必將費時費工，勢必會延長施工周期而影響到交通通行，故需采用一種輕質(zhì)高強、施工便捷、低碳環(huán)保的施工技術(shù)方能滿足現(xiàn)場調(diào)平層施工的需要。闡述了無縫鋼管+陶?；炷良夹g(shù)在白龍江大橋舊橋鋪裝調(diào)平層中的應(yīng)用。

2 施工方案的確定

經(jīng)多方分析研究后，最終決定采用對局部增高較多的區(qū)域設(shè)置無縫鋼管并采用陶?；炷僚浜线M(jìn)行調(diào)平的施工技術(shù)(以下簡稱“無縫鋼管陶粒混凝土”技術(shù))。通過模擬原舊橋改造前的自重工況并保證舊橋鋪裝調(diào)平層滿足設(shè)計方案對橫縱坡的要求。無縫鋼管陶?；炷僚f橋鋪裝調(diào)平層示意圖見圖1。

圖1 無縫鋼管陶?；炷僚f橋鋪裝調(diào)平層示意圖

2.1 陶?；炷?/h3>

(1)通過現(xiàn)場混凝土配制試驗[1]，確定了C50陶?；炷僚浜媳?每m3用量)。C50陶?；炷僚浜媳?每m3用量)見表1。

表1 C50陶?；炷僚浜媳?每m3用量)表 /kg

(2)材料參數(shù)。

頁巖陶粒：粒徑為5～16 mm，密度為630～700 kg/m3,吸水率為16%～17%(干燥狀態(tài)下1h計),粒徑小于5 mm或大于16 mm的顆粒含量不應(yīng)大于5%，并不得夾雜黏土塊。

砂為中砂或粗砂，含泥量不大于 3%。

水泥采用R52.5級普通硅酸鹽水泥。

外加劑的摻量必須通過試驗確定并符合混凝土外加劑氨的釋放量不大于0.1%的要求。

陶?；炷劣砂韬险景柚?，采用混凝土罐車運輸至施工現(xiàn)場。

2.2 中空無縫鋼管

鋼管采用熱軋成形無縫鋼管，材質(zhì)為Q345，管徑為A108(壁厚4.5 mm)、A95(壁厚4.5 mm)、A80(壁厚4 mm)、A65(壁厚4 mm)，管道雙層涂聚丙烯防腐涂料[2]。鋼管橫向間距邊到邊的距離為10 cm，管道縱向采用水平焊接，管道由專業(yè)廠家生產(chǎn)。

3 無縫鋼管陶?；炷辆哂械奶攸c

采用無縫鋼管陶?；炷翆Π埥髽蚺f橋鋪裝層進(jìn)行調(diào)平施工的主要特點如下。

3.1 無縫鋼管陶粒混凝土具有的優(yōu)點

(1)施工簡單，方便易行。無縫鋼管鋪設(shè)簡單，焊接工藝成熟。鋼管本身既是縱筋，又是箍筋,具備鋼筋骨架的功能，且鋼管的制作相較于鋼筋骨架的制作與安裝更為簡單。不僅節(jié)省了大量的鋼筋材料,減少了鋼筋綁扎時間，同時亦改善了工作環(huán)境,加快了施工進(jìn)度，縮短了工期。

(2) 具有輕質(zhì)、高強的特點。與常規(guī)鋼筋混凝土相比，節(jié)省鋼材約50%。陶?；炷帘碛^密度遠(yuǎn)小于普通混凝土：普通混凝土表觀密度一般為2 450 kg/m3，而陶?；炷帘碛^密度則為1 400～1 950 kg/m3[3]。對比兩者的差異不難發(fā)現(xiàn)：當(dāng)陶?；炷寥葜卦贚C5～LC50范圍時，其容重僅為普通混凝土的80%。即在同等條件下，無縫鋼管陶粒混凝土的結(jié)構(gòu)自重較普通鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)輕25%～40%，隨之帶來的優(yōu)越性是構(gòu)件的自身重量大大減輕且強度等同于同標(biāo)號普通鋼筋混凝土。

(3) 耐火性能好。陶粒混凝土由于其導(dǎo)熱系數(shù)比較低，在耐火性能試驗中，陶?；炷恋哪突饦O限可達(dá)4 h，遠(yuǎn)高于普通混凝土，且因鋼管作為骨架其管道內(nèi)中空，當(dāng)遭遇火災(zāi)時，中空的鋼管可以起到隔熱散熱的作用，能夠減慢鋼管的升溫速度，增加了耐火時間，提高了耐火能力。

(4) 抗震性能強。由于陶粒混凝土具有較低的彈性模量且鋼管作為骨架結(jié)構(gòu)具有良好的延展性,相較于一般鋼筋混凝土,其塑性和柔性更優(yōu)越。而且無縫鋼管陶?；炷聊軌蜓娱L建筑物的固有振動周期，當(dāng)建筑物遭到破壞時會抵消大量變形動能，具有良好的抗震性能[4]。

(5)能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。陶粒是一種很好的綠色材料，其原料來源廣泛，可以利用工業(yè)廢料、生活垃圾生產(chǎn)人造陶粒，即可減少對環(huán)境的污染，又使廢棄物得到再生利用。從長遠(yuǎn)發(fā)展角度看，其可持續(xù)發(fā)展，所創(chuàng)造出的經(jīng)濟效益和社會效益突出。

3.2 無縫鋼管陶粒混凝土具有的缺點

(1) 對其進(jìn)行的結(jié)構(gòu)研究未深入，實際應(yīng)用案例較鋼筋混凝土工程偏少，缺乏大量的實際施工構(gòu)件基礎(chǔ)實際參數(shù)進(jìn)行對比研究。

(2) 無縫鋼管陶粒混凝土使用的局限性較大。目前市面上僅能做到C50標(biāo)號強度的陶?；炷粒瑢τ诔邚姸然炷翗?biāo)號要求則無法達(dá)到。且因干燥陶粒在吸水后易導(dǎo)致坍落度下降，致使其無法在澆筑時間長、澆筑高度高的構(gòu)筑物上使用。而無縫鋼管作為骨架在遇到異形結(jié)構(gòu)時其制作較為困難，導(dǎo)致施工范圍受限。

(3) 由于陶粒與水泥砂漿的密度存在較大差異，導(dǎo)致陶粒混凝土在攪拌和運輸過程中容易產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土澆筑質(zhì)量保證難度加大。與普通同標(biāo)號混凝土相比，陶?；炷恋酿B(yǎng)護強度上升較慢、且其強度上升速率僅為普通混凝土的75%。

無縫鋼管陶?；炷羶?yōu)缺點匯總情況見表2。

表2 無縫鋼管陶?；炷羶?yōu)缺點匯總表

3.3 小 結(jié)

對于白龍江大橋舊橋調(diào)平層施工，采用無縫鋼管陶?；炷潦┕ぜ夹g(shù)非常適合。采用無縫鋼管替代原鋼筋骨架，充分利用了鋼管制作工業(yè)化程度高、安裝焊接固定簡單、易操作的優(yōu)點。采用陶?；炷撂娲Ｒ?guī)混凝土施工，具有輕質(zhì)高強、防火及抗震性能優(yōu)越的優(yōu)點，避免了采用常規(guī)鋼筋混凝土自重大、鋼筋綁扎施工費時費工、抗震性能較差等缺陷[5]。減少了常規(guī)鋼筋混凝土大面積澆筑產(chǎn)生水化熱導(dǎo)致混凝土面開裂的現(xiàn)象發(fā)生，具有輕質(zhì)高強、快速低耗、高效節(jié)能、低碳環(huán)保和安全優(yōu)質(zhì)的效果，屬于新的創(chuàng)新施工技術(shù)。

4 白龍江大橋舊橋鋪裝調(diào)平層無縫鋼管陶粒混凝土施工工藝

4.1 施工工藝流程

主要施工工藝流程：安全文明施工封道→舊橋原瀝青面層破除→舊橋原鋼筋混凝土鋪裝層破除→橋面清洗→無縫鋼管的鋪設(shè)與安裝固定→陶?；炷翝仓B(yǎng)護、檢測。

4.2 操作要點

(1) 舊橋原鋼筋混凝土鋪裝層破除后，采用清掃機對橋面進(jìn)行徹底的清掃、沖洗，保證橋面干凈、無雜物。

(2) 無縫鋼管的鋪設(shè)與安裝固定：舊橋橋面鋪裝無縫鋼管采用半幅施工，先施工高差較大側(cè)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)平層的高差變化選擇合適的四種鋼管型號。全橋鋼管縱向通長布置，采用焊接連接，在伸縮縫位置斷開，預(yù)留伸縮縫寬度；鋼管橫向間距為10 cm，采用定位筋焊接固定。

①鋼管安裝工藝流程：鋼管制備→鋼管檢驗→軸線測量、放線→基礎(chǔ)節(jié)安裝→標(biāo)高校正→焊接→檢驗。

②鋼管安裝工序。根據(jù)施工圖及現(xiàn)場放樣后，采用吊車配合人工將鋼管依次放置在定位位置上。鋼管對接時，采用經(jīng)緯儀測出偏差，保證鋼管的順直并將其均勻鋪設(shè)在橋面鋪裝層上并保證其受力均勻。焊接采用環(huán)焊縫，定位筋焊接固定。鋼管的現(xiàn)場焊接形式為水平焊，施焊前焊條需烘焙并保溫2 h后使用。施焊時，將焊條放在電熱保溫筒內(nèi)，隨用隨取。焊接采用分段分向順序，分段施焊保持對稱，防止焊接變形而影響到安裝精度。

(3) 陶?；炷翝仓捍裏o縫鋼管鋪設(shè)完成后進(jìn)行陶?；炷恋臐仓┕?。澆筑采用半幅施工，混凝土罐車直接入倉，人工整平、振搗、找平、養(yǎng)護。

①陶?；炷翝仓に嚵鞒蹋菏┕?zhǔn)備、技術(shù)交底→基層處理→測設(shè)標(biāo)高控制線→陶?；炷翑嚢琛佋O(shè)陶?；炷痢鷿L壓→找平→養(yǎng)護。

②陶?；炷翝仓┕すば颉?/p>

a.基層處理。將原橋鋪裝層拆除的混凝土碎渣、鋼管安裝中產(chǎn)生的鋼材碎屑等清除干凈。鋪設(shè)前，提前對其表面澆水潤濕。

b.標(biāo)高控制。利用水準(zhǔn)儀彈出標(biāo)高控制線，以保證澆筑完成后的鋪裝層滿足舊橋橋面調(diào)坡要求。

c.鋪設(shè)陶?；炷?。將攪拌好的陶粒混凝土用混凝土罐車送到施工地點直接入倉澆筑，由人工將其整平。由于陶粒混凝土較輕，很容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，因此，需要人工進(jìn)行二次攪拌。

d.振搗與找平。用鐵鍬攤鋪陶粒混凝土，其厚度應(yīng)略高于設(shè)計標(biāo)高，再用拍板等工具及時將浮在表面的陶粒壓入混凝土中直至其砂漿泛上，再用平板振動器振動使其密實 。振動過程中，若仍有陶粒浮出表面，需由人工將其壓入混凝土中。

e.養(yǎng)護。陶?；炷龄佒戤?，應(yīng)及時覆蓋塑料薄膜和保溫材料，由專人定時進(jìn)行澆水養(yǎng)護。

4.3 注意事項

(1)無縫鋼管的安裝必須焊接牢固，防止陶?；炷翝仓r導(dǎo)致鋼管上浮。

(2)使用陶?；炷?xí)r，一定要注意使用符合相關(guān)質(zhì)量要求的材料。所有材料不僅應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行選擇，還要在進(jìn)場時進(jìn)行驗收。陶粒需進(jìn)行試驗以確保其密度、導(dǎo)熱系數(shù)、強度和密度能夠滿足使用前的相關(guān)質(zhì)量要求。

(3)陶?；炷恋纳a(chǎn)與拌和必須采用強制式拌合機攪拌，陶粒在拌和前需進(jìn)行預(yù)濕處理。

(4)由于陶?；炷猎谶\輸過程中可能會因運輸距離較遠(yuǎn)或等待澆筑時間較長易造成坍落度損失、離析，對其采取的解決措施為：可以在卸料前摻入適量的減水劑進(jìn)行攪拌，以滿足施工所需的和易性要求，但嚴(yán)禁直接加水。

(5)澆筑成型后，宜采用拍板、刮板、輥子或振動抹子等工具及時將浮在表層的粗陶粒顆粒壓入混凝土內(nèi)；若顆粒上浮面積較大，可以采用表面振動器復(fù)振，使砂漿返上，再作抹面。

5 應(yīng)用效果與結(jié)語

白龍江大橋舊橋于2020年1月啟動舊橋橋面鋪裝調(diào)平層施工，共耗時7 d完成舊橋橋面鋼管鋪設(shè)及陶?；炷翝仓┕?，比原鋼筋混凝土橋面鋪裝計劃14 d減少施工工期7 d，提高效率約50%。采用無縫鋼管作為骨架比鋼筋網(wǎng)綁扎作為骨架減少混凝土用量約170 m3，陶?；炷恋氖褂帽绕胀ɑ炷翜p少自重約20%，整體無縫鋼管混凝土減少鋪裝層自重約25%，達(dá)到了原舊橋設(shè)計自重要求。經(jīng)養(yǎng)護合格后檢測無縫鋼管混凝土滿足C50混凝土強度要求。在其施工完成后，廣元周邊如隴南、蒼溪、青川均發(fā)生過3～5級地震，經(jīng)對白龍江舊橋表觀檢測未發(fā)現(xiàn)因地震引起鋪裝層、橋面層開裂或變形的情況發(fā)生。將無縫鋼管陶粒混凝土應(yīng)用在舊橋鋪裝層改造中，取得了高效施工、輕質(zhì)高強、抗震平穩(wěn)的效果，而且節(jié)約了投資，減少了施工成本，取得了良好的社會與經(jīng)濟效益。

廣元三江新區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)白龍江大橋工程采用無縫鋼管陶?；炷吝M(jìn)行舊橋鋪裝調(diào)平層施工取得成功并積累了實踐經(jīng)驗，解決了舊橋鋪裝調(diào)平層與新建橋梁鋪裝層高差大的難題，大大減少了舊橋的橋梁自重，保證了舊橋鋪裝層的強度要求，優(yōu)化了橋梁鋪裝調(diào)平層施工工藝，縮短了施工工期，所取得的經(jīng)驗可供類似橋梁鋪筑調(diào)平工程借鑒，亦可在建筑行業(yè)需要輕質(zhì)高強、工期緊張、抗震需求高的相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用。