基于UHPC的連續(xù)箱梁腹板加固施工足尺模型試驗研究

賈強輝，邱劍季

杭州交投科技工程有限公司，浙江 杭州 310024

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，部分連續(xù)梁橋在重載工況下耐久性不足，需要對箱梁結(jié)構(gòu)進行維修加固。超高性能混凝土（UHPC）是一種新型的纖維增強水泥基復合材料，具有抗拉壓強度高、抗?jié)B性能好、流動性能好等優(yōu)點，與鋼筋的黏結(jié)力強。但是，目前國內(nèi)采用UHPC對連續(xù)箱梁腹板進行加固施工的應用較少，缺乏施工經(jīng)驗。文章依托某預應力鋼筋砼箱梁腹板加固施工，對箱梁腹板加固UHPC施工進行足尺模型試驗，確定UHPC合理配合比以及施工中的各項工藝參數(shù)。

1 工程概況

某連續(xù)梁墩頂腹板（中腹板和次邊腹板）抗剪承載能力不足，腹板上發(fā)生了斜裂縫，需要對墩頂橫隔板和兩側(cè)腹板進行加固：（1）墩頂橫梁兩側(cè)用UHPC加厚30cm；（2）自墩頂向兩側(cè)各延伸8.5m腹板范圍，采用UHPC等厚加固20cm。箱梁腹板及橫隔板UHPC加固如圖1、圖2所示。腹板UHPC加固鋼筋結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

圖1 箱梁腹板UHPC加固圖（1/2底板平面圖）（單位：cm）

圖2 箱梁橫隔板UHPC加固斷面圖

圖3 腹板UHPC加固鋼筋1∶50結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

圖4 腹板UHPC加固A-A立面鋼筋結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

2 足尺模型試驗的目的

選取不同廠家的UHPC材料，根據(jù)實際施工環(huán)境選擇不同的配合比、施工設備并制定施工工藝，采集不同施工工藝數(shù)據(jù)和UHPC養(yǎng)護過程中的數(shù)據(jù)，測試隨機取樣制作的抗壓試件強度，取芯觀測試件澆筑質(zhì)量，通過試驗結(jié)果分析確定合理的材料配合比、施工工藝流程、施工設備配置。鑒于目前我國對UHPC的性能尚未形成標準規(guī)范，模型試驗借鑒國內(nèi)外相關(guān)標準，確定UHPC的性能要求，如表1所示。

表1 UHPC性能要求

模型試驗長8.5m，高1.8m，厚20cm，模擬箱內(nèi)腹板截面加厚，模型鋼筋的直徑、根數(shù)、間距及位置按照施工圖紙布置。模板選用建筑用木模板，如圖5所示。

圖5 足尺模型試驗模板立面圖（單位：cm）

3 足尺模型試驗過程及結(jié)果

3.1 模型試驗的變量參數(shù)

（1）UHPC材料及配合比。選擇兩種UHPC材料，分別設計配合比，如表2所示。

表2 兩種UHPC材料的設計配合比

（2）UHPC攪拌及輸送設備。攪拌及輸送設備為單臥軸SJD-100型強制式攪拌機、SJY200立式攪拌機，配合ZP3XLFU供給泵輸送混凝土；PFT ZP 3L MULTIMIX 2L6kpI型移動式強制式攪拌機（攪拌輸送一體機）。

（3）UHPC攪拌工藝。需要確定粉料和鋼纖維投料順序，以及具體攪拌時間，攪拌工藝將最終確定UHPC混合料的流動性以及黏度。攪拌工藝流程如圖6所示。

圖6 攪拌工藝流程圖

（4）UHPC澆筑振搗工藝。與普通混凝土有所不同，UHPC的流動性較好，但是由于箱梁腹板加厚施工的高度較大，是否需要振搗尚缺乏相應施工經(jīng)驗。振搗工藝1：采用振搗棒振搗；振搗工藝2：人工振動模板振搗；振搗工藝3：無振搗、無振動。

（5）養(yǎng)護工藝。與普通混凝土相同，UHPC在水化作用過程中需要進行養(yǎng)護，模型試驗對3種養(yǎng)護工藝進行測試。養(yǎng)護工藝1：采用養(yǎng)護劑；養(yǎng)護工藝2：養(yǎng)護劑+灑水覆膜；養(yǎng)護工藝3：灑水覆膜。

確定足尺模型試驗的變量后，采用不同參數(shù)設計了6次模型試驗，具體變量參數(shù)如表3所示。

表3 6次足尺模型試驗的變量參數(shù)

3.2 試驗結(jié)果分析

針對6次足尺模型試驗，在澆筑過程中檢測UHPC混合料的坍落擴展度，養(yǎng)護達到規(guī)定拆模時間后拆除模板，通過目測UHPC拆模后的外觀，采用專用儀器測量裂縫寬度及長度，取芯觀測，測試相同條件下試件的抗壓強度，主要試驗成果如表4所示。

表4 6次足尺模型試驗的主要成果

根據(jù)6次模型試驗的結(jié)果，確定了該工程UHPC加固施工主要工藝及設備。

（1）配合比及攪拌時間：投入4袋UHPC粉料（每袋30kg），然后加入12.4kg水，攪拌3.5min，投入9kg鋼纖維，再攪拌2.5min至混合料均勻后出料。

（2）施工設備組合：根據(jù)現(xiàn)場條件及箱內(nèi)工況，箱內(nèi)采用3臺單臥軸SJD-100型強制式攪拌機，1臺PFT供給泵ZP3XLFU設備輸送的施工設備組合；采用內(nèi)徑為50mm的泵送軟管；為了保證施工順利進行，備用1臺單臥軸SJD-100型強制式攪拌機及1臺PFT供給泵。

4 總結(jié)及展望

（1）該工程采用UHPC進行橋梁腹板加固施工，通過開展足尺模型試驗，確定了適用于橋梁加固施工的UHPC配合比以及攪拌時間，并從混凝土澆筑過程、養(yǎng)護方法等方面采取控制措施，全面控制UHPC的施工質(zhì)量，為今后類似橋梁加固工程的施工技術(shù)及管理積累了經(jīng)驗。

（2）UHPC需要采用專業(yè)的攪拌設備進行拌制，同時對干粉料的添加順序及鋼纖維用量均有嚴格要求，并且橋梁加固施工中箱室內(nèi)施工場地狹小，后續(xù)需要研發(fā)更加集成化的拌和系統(tǒng)，提高UHPC的生產(chǎn)能力和質(zhì)量水平。