農(nóng)代培

（中鐵大橋局集團有限公司 橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國家重點實驗室，湖北 武漢 430050）

1 工程概況

1.1 總體情況

寧安鐵路安慶長江大橋是南京—安慶城際鐵路和阜陽—景德鎮(zhèn)鐵路在安慶迎江區(qū)長風鄉(xiāng)跨越長江的一座鐵路特大橋，其中跨江段主橋采用（101.5+188.5+580.0+217.5+159.5+116.0）m雙塔六跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋布置形式［1］。該橋為4線鐵路橋：上游為南京—安慶高速鐵路，時速250 km；下游為預留阜陽—景德鎮(zhèn)貨運線，設計時速160 km。主梁采用3片主桁，下承式板桁組合整體鋼橋面結(jié)構(gòu)，桁中心距2×14.0 m，節(jié)間長度14.5 m，桁高15.0 m。主橋橋式布置見圖1。

圖1 主橋橋式布置

1.2 道砟槽結(jié)構(gòu)

主橋范圍采用無縫線路及有砟橋面，道砟置于鋼橋面頂上的混凝土道砟槽內(nèi)。道砟槽分別置于2片主桁的中間，寬度9.5 m。道砟槽由底板、擋砟墻、防水層和耐磨層4部分組成，其中底板和擋砟墻為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)［2］。底板采用C40級纖維混凝土，厚15 cm，布置上下2層φ12 mmⅡ級鋼筋網(wǎng)。擋砟墻高0.905 m，采用C40級普通混凝土，頂端厚15 cm，底部厚25 cm。道砟槽底板縱向通長設置，不設斷縫。擋砟墻每2.9 m設10 mm斷縫，斷縫位置與鋼橋面的橫梁（橫肋）中心對應，斷縫下方留15 cm×15 cm排水孔。道砟槽內(nèi)雨水先經(jīng)橫坡匯集到擋砟墻內(nèi)側(cè)后經(jīng)由排水孔流出，然后沿擋砟墻外側(cè)與鋼橋面擋水板之間的排水溝槽匯流至各橋墩位置的匯水坑，最后從匯水坑下方的泄水管集中排放至江中。

道砟槽底板通過剪力釘與鋼橋面板結(jié)合成一體。剪力釘橫向布置在鋼橋面U肋和縱梁的頂上，間距12～36 cm；剪力釘縱橋向間距在跨中處為40 cm，梁端和支點處加密至25 cm。剪力釘采用ML15材質(zhì)的φ19 mm×100 mm圓柱頭釘。

底板頂面鋪設聚氨酯卷材作為防水層，卷材厚約5 mm，通過1層粘結(jié)層與底板結(jié)合。防水層上方的耐磨層采用聚丙烯腈細石混凝土，厚度6 cm。道砟槽布置及道砟槽結(jié)構(gòu)、排水分別見圖2和圖3。

圖2 道砟槽布置示意圖

圖3 道砟槽結(jié)構(gòu)、排水示意圖

2 施工難點

鐵路整體鋼橋面結(jié)構(gòu)因具有整體性好、剛度較大、受力好等優(yōu)點，自京滬高鐵南京大勝關長江大橋開始得到廣泛應用，但其橋面的耐久性保護也是需要著力解決的難題。不銹鋼與橋梁鋼板復合的橋面耐久性防腐體系因當時尚處研究階段，安慶長江鐵路大橋橋面設計采用的是鋼筋混凝土板+防水耐磨層的防護體系，為有效保護鋼橋面，道砟槽底板通長設置，不設斷縫，道砟槽連續(xù)長度達1 363.7 m，為目前我國同類結(jié)構(gòu)之最［3-5］。該橋道砟槽施工存在以下難點：

（1）大尺寸薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂是工程界始終無法回避的難題［6-12］。對于鐵路橋梁，道砟槽底板為鋼梁橋面耐久性保護的最后一道屏障，不允許開裂。該橋道砟槽底板厚度僅15 cm，為超長薄板結(jié)構(gòu)，如何做到與鋼橋面板結(jié)合的長聯(lián)鋼筋混凝土薄板不開裂，是需要解決的重大問題。

（2）鐵路橋梁道砟槽防水耐磨層易裂一直是不易解決的工程難題，而該橋為大跨長聯(lián)鋼桁連續(xù)梁斜拉橋，厚度僅6 cm的無筋耐磨層開裂問題會更為突出，控制難度極大［13］。

（3）長聯(lián)道砟槽底板頂面既不能存在明顯凹坑，否則容易積水帶來病害，也不能出現(xiàn)突鼓，否則既影響道砟厚度不能滿足要求，也易造成耐磨層厚度不足容易開裂。因此，道砟槽底板平整度控制要求嚴、難度大。

（4）長聯(lián)大跨度混凝土擋砟墻線形順直度控制難，擋砟墻斷縫平齊、等寬控制難。

3 施工方法

3.1 總體施工方案

道砟槽施工在鋼梁合龍和斜拉索全部掛設張拉完成，調(diào)梁就位、支座全部灌漿后進行。道砟槽施工分幅進行，先下游幅（預留貨運線），后上游幅（寧安線）。先做道砟槽底板，后做擋砟墻，最后做防水及耐磨層。底板和擋砟墻工序按照平行流水作業(yè)法實施，即一邊施工底板一邊施工擋砟墻，底板施工超前。防水耐磨層則待擋砟墻全部完成后再施作。根據(jù)作業(yè)工區(qū)劃分情況，道砟槽施工由安慶側(cè)工區(qū)和池州側(cè)工區(qū)分別負責實施，以主橋跨中E40節(jié)點為界，自跨中向兩端進行：跨中至1號墩間E40—E0節(jié)間共計594.5 m范圍由池州側(cè)工區(qū)完成，跨中至7號墩間E40—E94節(jié)間共計797.5 m范圍由安慶側(cè)工區(qū)完成。

3.2 道砟槽板施工

道砟槽底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚15 cm，布上下2層φ12 mmⅡ級鋼筋網(wǎng)，局部受力大處鋼筋有所加強，采用C40級纖維混凝土，每立方摻加0.9 kg的聚丙烯纖維。鋼筋網(wǎng)片間設置φ10 mm拉筋，梅花形布置，間距45 cm；網(wǎng)片架立筋間距不大于50 cm。

底板施工流程為：鋼橋面噴砂除銹→環(huán)氧富鋅底漆噴涂（40μm）→剪力釘焊接→噴涂環(huán)氧瀝青涂料（100μm）→底板鋼筋綁扎→混凝土澆筑、養(yǎng)護。采用自動回收式噴砂設備進行噴砂除銹，橋面板表面清理達Sa2.5級。焊接剪力釘時去除焊釘部位局部涂裝，焊完后焊釘周圈補涂環(huán)氧富鋅底漆。剪力釘焊接完成后再噴涂環(huán)氧瀝青涂料100μm，環(huán)氧涂層完成且固化后綁扎鋼筋網(wǎng)片。擋砟墻預留鋼筋在底板鋼筋綁扎時于相應部位預埋，以使擋砟墻鋼筋可靠錨固。

該橋以主跨跨中為界由2個作業(yè)隊分別施工，池州側(cè)作業(yè)隊承擔的長度比安慶側(cè)長度少203 m。池州側(cè)道砟槽自跨中向梁端方向澆筑，每次澆筑長度50~65 m。安慶側(cè)道砟槽施工為贏得部分時間，下游幅設2個作業(yè)點進行澆筑，分別從中跨側(cè)和梁端側(cè)相向進行，最后匯合，每次澆筑長度約65~120 m。上游幅設1個澆筑作業(yè)點，采取從跨中向梁端方向進行。兩岸混凝土先通過鋼梁兩端處泵送上橋面，然后用混凝土攪拌運輸車輸送至澆筑點，再通過混凝土泵車或滑槽進行布料澆筑。施工下游道砟槽板時，混凝土沿上游側(cè)寧安線輸送，反之，混凝土沿下游線輸送。

底板澆筑時先人工大致攤平，然后采用振動橋進行振搗整平，振動橋兩端支承于擋砟墻內(nèi)側(cè)的固定滑軌上，沿滑軌邊振邊向前移動，直至澆筑節(jié)段完成。內(nèi)側(cè)滑軌（靠橋軸線側(cè)）高，外側(cè)滑軌低，以此實現(xiàn)振動橋成形的底板橫坡與設計橋面橫坡一致。順橋向滑軌標高以鋼橋面板頂面以上0.15 m高度為基準隨橋面勻順設置，局部微調(diào)，以使縱橋向道砟槽底板厚度既滿足要求，又保持其頂面線形勻順。底板施工完成后要求做到平整、無尖銳異物，不起砂、不起皮及無凹凸不平現(xiàn)象。平整度要求：用1 m長靠尺測量，間隙不大于3 mm，且間隙只允許平緩變化，每米不應超過1處。

鑒于鐵路交通的特殊性，鐵路橋梁（線路）通車運營后，基本沒條件也不可能采取長時間停運方式進行橋面病害維修，這與公路市政橋梁完全不同（后者可以且有條件采取半幅封閉交通或限速的方式進行橋面病害處置）。因此，做到橋面道砟槽底板不開裂，確保其滿足耐久性使用功能要求，意義重大。長聯(lián)薄板狀鋼筋混凝土道砟槽防裂有以下措施：

（1）采用C40纖維混凝土，每立方摻加0.9 kg聚丙烯纖維。生產(chǎn)時攪拌時間120~150 s，確保纖維充分攪拌均勻。

（2）采取自跨中向兩端方向的澆筑施工順序，并在跨中E40起點處設1 m寬后澆帶最后才澆筑，防止鋼梁加載變形產(chǎn)生拉應力，消除過大長度帶來的收縮變形影響。

（3）利用熱脹冷縮原理，在工藝上進行創(chuàng)新，選擇夏季的白天高溫時段開始澆筑，當天降溫前完成澆筑。

（4）掌握收漿時機，混凝土初凝后終凝前期間進行收漿，收漿次數(shù)3~4次。收漿完成，及時覆蓋吸水土工布，澆水保濕養(yǎng)護不少于14 d。

底板澆筑順序及時間見圖4。

圖4 底板澆筑順序及時間

3.3 擋砟墻施工

道砟槽擋砟墻施工容易出現(xiàn)的問題包括：表面色澤不一、氣泡多，有豎向裂紋；擋砟墻邊角輪廓易缺損，溫度斷縫寬窄不一；對于長大橋梁，擋砟墻線形也不易做到順直。針對上述問題，施工采取的對策如下：

（1）擋砟墻側(cè)模采用不易變形的整塊鋼模，長度2.9 m。模板首次使用前將與混凝土接觸的板面?zhèn)冗M行氧化皮脫銹處理，然后打磨光滑、涂脫模劑，避免鋼板表面的氧化皮和銹跡粘附在擋砟墻上；模板每用完1次，先將板面水泥漿等附著殘留物打磨清除干凈，再均勻涂抹脫模劑后使用，使墻面平整光潔不掉皮。減少氣泡的有效辦法是使用小塌落度混凝土，擋砟墻的混凝土塌落度控制在160~180 mm并保持穩(wěn)定；擋砟墻不能全高一次澆筑，而是采取分層澆筑，層高30 cm左右，充分振搗，排出氣泡；振搗把握的原則是混凝土面不再下沉、沒有氣泡逸出，表面開始泛漿即可，但也不應少于30 s。

（2）為使斷縫寬度均勻、端面平齊，拆模時墻縫輪廓完整，擋砟墻模板采取端模包側(cè)模方式。斷縫端模由下端削尖的1排4 mm直徑鋼插釬及插釬兩側(cè)的3 mm厚不銹鋼板組成，端模和側(cè)模通過螺栓連接固定。與混凝土接觸的不銹鋼表面也涂脫模劑，另一面及鋼插釬的表面涂抹黃油，以利鋼插釬抽出脫模。

（3）長聯(lián)大跨橋梁道砟槽如何測量放線是保證道砟槽擋砟墻順直的關鍵。該橋跨中鋼梁合龍時軸線偏差38 mm，考慮到道砟槽是由2個工區(qū)各自從跨中E40節(jié)點向梁端方向進行施工，E40節(jié)點道砟槽中線的測量方法是：兩岸分別自梁端朝跨中方向進行中線測放，在跨中處匯合，測量在晚23時至第2天日出前同時進行?？缰刑幹芯€點的確定原則是：兩岸跨中測點重合時即以此作為跨中的中線控制點，如測點不重合，則取兩點連線的中點作為跨中的中線控制點。最后以跨中中線控制點和梁端中線點連線作為最終的擋砟墻中線進行放線。擋砟墻的頂面高程，按間隔5 m測放1個點，高度自鋼橋面起算，使擋砟墻頂豎向線形與鋼梁線形保持一致。

擋砟墻施工在底板澆筑完成后進行，上、下游2條墻同步推進，每次施工長度4個節(jié)間約58 m（兩岸各配置2套模板）。擋砟墻混凝土澆筑完成、將近初凝時，頂面進行3～4次收漿抹面，最后1次收漿需在終凝前完成，防止擋砟墻頂面產(chǎn)生收縮裂紋。收漿完成，即采用吸水土工布覆蓋灑水保濕養(yǎng)護，待終凝后拆模，拆模后再用塑料薄膜包裹墻身養(yǎng)護14 d。拆模時先拔出端模處的鋼插釬，然后再依次拆除2塊不銹鋼板，最后拆除側(cè)模。

3.4 防水層及耐磨層施工

該橋設計采用的防水耐磨層體系為：聚氨酯卷材防水層+6 cm厚C40纖維混凝土耐磨層，卷材厚度約5 mm。防水耐磨層在擋砟墻施工完成后進行，先鋪設卷材防水層，后施作6 cm厚耐磨層，先施工下游幅，后施工上游幅。鐵路橋面最關鍵的環(huán)節(jié)是防水層施工［14-15］，要使卷材防水層不漏水，必須做到：一是卷材搭接長度合理，且搭接接頭完好熔合處不會開縫；二是卷材搭接方式有講究，同屋面蓋瓦道理一樣，卷材接頭應該做到上壓下而不是下壓上，即始終是上層卷材搭接邊壓住下層卷材的搭接邊。因此，卷材鋪設時按照由低向高的順序鋪設，即卷材在橫橋向由邊桁一側(cè)（最低處）向中桁一側(cè)（最高處）的順序展鋪，順橋向由低處（橋墩處）向高處（跨中處）方向展鋪。從排水可靠、節(jié)省材料使用考慮，卷材采取順橋方向鋪放，分段完成。各段間卷材端部接頭必須上（后鋪卷材）壓下（先鋪卷材），保證今后橋面雨水始終能沿卷材順向排出，不會造成倒流情況，防止接頭滲水病害發(fā)生。

3.4.1 卷材鋪設

卷材施工方法如下：基層面清理→噴涂基層處理劑→鋪設卷材。基層面清理的目的是確保表面平整，不能存在凹坑、尖銳物或凸起部位，以便后續(xù)基層處理劑均勻涂刷，卷材與道砟槽底板基層面平整、密貼接觸，避免起褶鼓包。防水層施工前應對基層面進行驗收，確保平整、無尖銳異物，不起砂、不起皮及無凹凸不平現(xiàn)象；平整度的要求：用1 m長靠尺測量，空隙不大于3 mm，空隙只允許平緩變化，每米不應超過1處。

基層上涂刷的高聚物改性瀝青基層處理劑不少于0.4 kg/m2，要求涂刷均勻，不露底面，不堆積，厚度控制在1.2～1.5 mm。當涂刷的基層處理劑干燥不粘手時，方可進行卷材的鋪貼。防水卷材縱向搭接長度不得小于120 mm，橫向搭接寬度不得小于80 mm。在已涂刷基層處理劑并干燥的基層表面，留出搭接縫尺寸，將鋪貼卷材的基準線彈好，以便按此基線進行卷材鋪貼施工。搭接處2層防水層卷材之間的粘結(jié)劑厚度不得小于1 mm。

卷材采用多臺噴燈同時烘烤熱熔鋪貼。先用噴燈均勻烘烤卷材底面的瀝青層和基層上的處理劑，待其熔化后，向前滾動卷材，推壓經(jīng)烘烤變軟的卷材使熔化的瀝青與基面熔化的處理劑黏合，一邊烘烤一邊向前排氣壓貼，直至1捆卷材鋪完。卷材底面熔化控制標準以瀝青接近流淌、呈黑亮為度，不得過分加熱或熱熔卷材。卷材搭接處的上層和下層卷材應完全熱熔黏合，搭接縫處應有自然溢出的熔融瀝青，確保搭接處黏合平整牢固。

擋砟墻側(cè)的卷材外邊需鋪貼到擋砟墻根部的倒角上方進行收口（遇擋砟墻排水口時，則將與洞口同寬的倒角部分卷材剪除），卷材邊液壓并待自然溢出熔融瀝青后，用刮板抹平密封收口，確保其與擋砟墻倒角或洞口處底板粘貼牢靠不開縫。防水層完工后，在膠黏材料固化前不得在其上行走或進行其他作業(yè)，以免起褶脫空、接頭脫開。

3.4.2 耐磨層施工

耐磨層在防水層施作完成后進行，以跨中E40節(jié)點為界，自跨中分別向鋼梁兩端進行，分段鋪筑，先做下游幅，后做上游幅。最大鋪筑長度142 m（池州側(cè)171 m），平均鋪筑長度70 m左右，最短鋪筑長度16.5 m（下雨停鋪）。

耐磨層混凝土采用攪拌車輸送、滑槽放料攤鋪，先用平板振搗器大致攤平，局部低洼處人工鏟料補平，然后用擱支在擋砟墻上的振動橋進行振搗整平成形。耐磨層施工前，在擋砟墻內(nèi)側(cè)面墻上測放其頂面標高并劃線，用以控制澆筑厚度和橫橋向坡度。為保持擋砟墻排水口過水斷面不變，此處耐磨層做成三面倒坡的凹形匯水坑，坡腳順橋向與排水口同寬，橫橋向與擋砟墻倒角底邊齊平，坡面用瓦刀壓實抹成光滑面。

耐磨層是鋼橋道砟橋面防水的第1道屏障和防水卷材層的保護層，系薄層無筋混凝土，面積大，其底面和側(cè)面為彈性卷材約束，若開裂會造成防水層劃傷滲水和加速老化失效，影響其耐久性［13，16］。施工中采取以下工藝措施防止和減少收縮裂紋的產(chǎn)生：

（1）纖維混凝土采用強制攪拌，攪拌時間180 s，使纖維充分拌和均勻。纖維混凝土均勻攤鋪，振搗整平時速度應盡量緩慢，振搗時間達20 s左右，并無可見空洞為止。

（2）混凝土接近初凝時方可進行抹面，采用圓盤式電動收漿磨光機進行抹面，抹刀需光滑以免帶出纖維。抹面時不得加水，抹面次數(shù)3~4次［16］。

（3）耐磨層斷面設中間鋸縫，沿橋縱向每隔4 m設橫向鋸縫，縫寬10 mm，深20 mm。鋸縫在混凝土強度達到設計強度的50%時進行切鋸，以使不可避免的耐磨層裂縫盡量發(fā)生在預定的斷縫位置。鋸縫后將縫溝內(nèi)灰塵吹凈，再用聚氨脂防水涂料填充。

（4）混凝土澆筑完成后，保溫保濕養(yǎng)護不小于14 d。養(yǎng)護完成，避免重車碾壓，禁止通過車輛急剎車。

4 結(jié)論

安慶長江鐵路大橋全橋道砟槽施工自2013年4月14日開始，至7月4日全部完成，歷時2個半月左右，其中道砟槽底板E0—E40雙幅用時39 d，E40—E94雙幅用時29 d；耐磨層E40—E94雙幅用時40 d，E40—E0雙幅用時30 d。道砟槽底板施工過程中，進行了長時間跟蹤觀察（2013年4月21日—6月13日，共10次），均未發(fā)現(xiàn)開裂情況。耐磨層共進行5次觀察（2013年5月23日—7月4日），上游線僅出現(xiàn)2條裂紋，下游線池州側(cè)和安慶側(cè)各出現(xiàn)9條和37條裂紋。擋砟墻外觀平整光潔無裂紋，溫度斷縫縫寬均勻，輪廓完整。道砟槽施工質(zhì)量總體情況較好，尤其是厚度15 cm、長度達1 363.7 m的底板未發(fā)現(xiàn)任何裂紋，十分理想。經(jīng)回訪了解，大橋自2016年12月26日開通運營以來，主橋道砟槽沒有出現(xiàn)病害情況，長聯(lián)鋼筋混凝土道砟槽質(zhì)量良好?？偨Y(jié)道砟槽施工經(jīng)驗如下：

（1）道砟槽板通過剪力釘與鋼橋面板結(jié)合，其結(jié)構(gòu)配筋合理、安全可靠，摻加聚丙烯纖維材料的防裂措施有效。

（2）在跨中和E80節(jié)間位置設置現(xiàn)澆合龍帶，且在底板澆筑完成先調(diào)索后澆合龍帶，避免了調(diào)索時長聯(lián)鋼筋混凝土薄板受拉開裂。

（3）利用熱脹冷縮原理，采取在夏季施作長大連續(xù)鋼梁橋面混凝土道砟槽的技術(shù)方案，以及道砟槽混凝土采用在當天較高溫度時段開始澆筑、降溫前完成的施工工藝，能有效防止混凝土板受拉產(chǎn)生受力裂縫?；炷粱蜾?混結(jié)構(gòu)夏季升溫時段施工防裂工藝，有較強的應用和借鑒意義。

（4）收漿時機和次數(shù)對防止混凝土表面產(chǎn)生收縮裂紋十分重要。經(jīng)對比試驗，無論道砟槽底板還是耐磨層，收漿時機（初凝前）和收漿次數(shù)（不少于3次）是避免收縮裂紋發(fā)生的有效措施，如何把握好“初凝前”這個度，十分關鍵［16］。

（5）對于厚度僅6 cm的無筋耐磨層，若要做到完全不裂很難，而且其開裂機理和位置難以預測，裂縫并非出現(xiàn)在事先切鋸的槽縫位置，且裂紋多出現(xiàn)在縱縫和橫縫交叉的“十”字縫四周，多呈菱形狀，同時下游線出現(xiàn)的裂紋明顯比上游線多。經(jīng)推斷分析，出現(xiàn)這種情況的原因，應是卷材屬彈性材料的縱橫縫周圍耐磨層薄弱，受壓容易造成折裂。因下游線先完工，上面過多通行車輛，因此出現(xiàn)開裂也相對較多。

雖然防水是依靠耐磨層下面的卷材層，但卷材畢竟屬有機材料，若暴露在空氣中會加速其老化。因此，盡量避免耐磨層開裂也是非常必要的，耐磨層施工完畢后，應盡量避免車輛碾壓，尤其是重車。