老橋下部結(jié)構(gòu)UHPC加固施工技術(shù)研究

陳越

摘 要：超高性能混凝土簡稱UHPC，是一種超高強(qiáng)度、高耐久性、高韌性的特制工程材料。它在一些修補(bǔ)和加固工程中已有較多應(yīng)用案例，可代替一些鋼材等補(bǔ)強(qiáng)材料使用，不僅能保證良好補(bǔ)強(qiáng)效果，還可以降低施工成本，非常適合用于老橋蓋梁及橋墩的加固施工。以南昌市沿江中北大道道路提升改造工程老橋墩柱、蓋梁加固施工為案例，從UHPC材料研究、施工工藝、關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量把控、常見問題處理等方面，系統(tǒng)地闡述老橋加固施工工法和質(zhì)量控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：UHPC超高性能；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）07-0018-03

1 案例工程介紹

1.1 項(xiàng)目背景

南昌市沿江大道是一條城市主干道，向北連接八一大橋、一環(huán)線，向南連接南昌大橋、朝陽大橋、生米大橋，同時(shí)也是城市重要的對外通道。本次項(xiàng)目主要在遠(yuǎn)期方案的分析基礎(chǔ)上，以提出適應(yīng)沿江北大道交通需求特征和增長要求、滿足不同交通參與者通行訴求的合理設(shè)計(jì)，并做好對遠(yuǎn)期方案的充分預(yù)留，從而確保沿江大道整體快速功能的實(shí)現(xiàn)。

1.2 項(xiàng)目環(huán)境

南昌市沿江中北大道道路提升改造工程臨近贛江，且處于贛江下游。既有濱江賓館橋的橋體常年被贛江江水沖刷，出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕、加固保護(hù)混凝土脫落等現(xiàn)象。贛江河面寬約 3 000 m，施工期間最高水位標(biāo)高約17 m，流速約5.60 m/s，斷面流量約 2 092 m?/s。洪水期水量約平時(shí)的 4～5 倍，流量約為10 000 m?/s，歷年最高洪水位為24.80 m。

1.3 項(xiàng)目概況

沿江北大道位于南昌市舊城城北地區(qū)，位于贛江東側(cè)大堤上，依堤而建。本次道路改造范圍起于八一大橋，止于京九鐵路。該老橋始建于1997年，運(yùn)營已有20余年時(shí)間，部分蓋梁和橋墩破損、露筋銹蝕，蓋梁外表滲水嚴(yán)重且長了青苔。依據(jù)現(xiàn)場情況，橋墩已經(jīng)維修加固過一次，加固層部分已碳化較嚴(yán)重，出現(xiàn)了裂縫、脫落、起皮、剝蝕等現(xiàn)象。

2 老橋改造加固方案

依據(jù)初步設(shè)計(jì)批復(fù)方案，以及2021年2月8 日由業(yè)主組織召開的關(guān)于濱江賓館橋改造方案的技術(shù)咨詢會(huì)，進(jìn)一步明確了老橋改造和加固的方案，最終決定拆除濱江賓館橋老橋上部并更換主梁，并對老橋下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行UHPC加固處理。具體加固方案如下。

2.1 老橋蓋梁加固方案

頂?shù)拙壊贾?0根Ф22的HRB400鋼筋， 側(cè)面設(shè)置9根Ф12的HRB400鋼筋，縱向鋼筋外設(shè)置全斷面箍筋，箍筋采用Ф12的HRB400鋼筋，縱向間距150 mm。外包一層150 mm厚UHPC層，斷面尺寸由原來的1.6 m×1.8 m（高×寬）增加至1.9 m×2.1 m（高×寬），增加截面采用UHPC（C120）材料[1]。

2.2 老橋墩柱加固方案

墩柱表面先采用Ф22的HRB400鋼筋進(jìn)行植筋，再用Ф12的鋼筋網(wǎng)片與其焊接。網(wǎng)片豎橫向間距0.3 m，植筋長度400 mm，伸入橋墩內(nèi)部不少于10 d，UHPC（C120）加固層包裹范圍未橋墩頂部至樁基頂部向下延伸1.5 m，該范圍均需進(jìn)行表面植筋。

3 施工工藝控制

3.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→打磨鑿毛→缺陷修補(bǔ)→打孔植筋（打孔完成后用壓縮空氣吹3遍直至干凈后再植筋）→鋼筋制安→模板安裝→硂澆筑→拆?！B(yǎng)護(hù)。

3.2 施工準(zhǔn)備

第一，完成圖紙會(huì)審工作。第二，完成施工方案編制及審批。第三，對進(jìn)場鋼筋、植筋膠等原材料按規(guī)范要求進(jìn)行見證取樣送檢，需經(jīng)檢測合格方可用于工程使用。第四，通過對多家廠商生產(chǎn)的UHPC原材進(jìn)行取樣送檢，并根據(jù)檢測報(bào)告情況及設(shè)計(jì)要求選定UHPC材料，而后完成試配工作（明確配合比）。第五，做好施工前的技術(shù)及安全交底工作等[2]。

3.3 打磨鑿毛

采用沖擊鉆及角磨機(jī)等工具，將墩柱表面的劣化層、碳化的剝離層、腐蝕而產(chǎn)生的水泥翻沫、表面殘留浮漿、松散的碎屑、老橋蓋梁澆筑時(shí)遺留的發(fā)泡劑及亮化燈具等清理干凈。為確保新老的結(jié)合，要求對原墩柱及蓋梁表面進(jìn)行梅花點(diǎn)鑿毛處理（鑿毛深度約5 mm，間距約5 cm），且鑿毛率不低于90%。用鼓風(fēng)機(jī)吹或用高壓水槍沖洗，直至露出干凈、堅(jiān)實(shí)的基面。

3.4 缺陷修補(bǔ)

對裸露銹蝕的鋼筋要處理到位，如局部鋼筋損傷嚴(yán)重或斷裂情況，需進(jìn)一步將鋼筋鑿出，并進(jìn)行焊接處理。鋼筋處理完成后，需對清理后的結(jié)構(gòu)表面涂刷一層界面劑，再用高強(qiáng)砂漿進(jìn)行找平。

3.5 打孔植筋

簡易施工工藝流程：測量定位→鉆孔→清孔→鋼筋處置→注膠→植筋→固結(jié)養(yǎng)護(hù)。

清孔是用長桿毛刷伸至孔底，來回旋轉(zhuǎn)抽動(dòng)，把混凝土渣帶出，再用鼓風(fēng)機(jī)吹出浮沉，吹完后直接用高壓水槍沖洗干凈，待自然風(fēng)干。

要植入的鋼筋表面不得有銹跡及其他油漬、污物等，要及時(shí)清理干凈。如有必要，可采用手持鉆頭固定鋼絲刷盤對其表面進(jìn)行打磨處理。

施工前，要對植筋膠進(jìn)行取樣送檢，合格后方能使用。注膠時(shí)，要將注膠槍嘴伸入孔內(nèi)適當(dāng)位置，并保證膠水連續(xù)、均勻、飽滿地注入孔內(nèi)。

植筋是將鋼筋緩慢地插入已注好膠孔內(nèi)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鋼筋，使膠水慢慢溢出孔口。鋼筋外露部分長度要滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，且植筋膠在未完全固化前避免擾動(dòng)（至少為24 h）。植筋完成后，要按規(guī)范要求對所植鋼筋進(jìn)行拉拔試驗(yàn)檢測。植筋完成后注意保護(hù)，確保植筋膠正常固化。

3.6 鋼筋制安

待植筋固結(jié)后，按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求完成其余鋼筋的綁扎及焊接工作。鋼筋網(wǎng)采用Ф12的HRB400鋼筋，間距為300 mm，豎向鋼筋與已植好的鋼筋焊接連接，焊縫需滿足規(guī)范要求（單面焊10 d，d為鋼筋直徑），且加固鋼筋需從墩柱底部（樁頂）下延1.5 m范圍。污染及銹蝕的鋼筋必須清理干凈，必要時(shí)需進(jìn)行打磨或更換。

3.7 模板安裝

現(xiàn)場施工模板均采用10 cm厚的定型竹膠板進(jìn)行拼裝，為確保工程進(jìn)度，墩柱模板至少需定制共3套，模板規(guī)格分別為長1.42 m×寬2 m和長1.42 m×寬3 m。模板外圍采用每側(cè)4排鋼管，墩柱外模采用鋼板抱箍的形式進(jìn)行加固，抱箍間距按15 cm布置，因UHPC收縮性過大，所必須在底部加強(qiáng)設(shè)立抱箍（要求間距10 cm），防止?jié)仓^程中出現(xiàn)炸?，F(xiàn)象。確?；炷恋耐庥^質(zhì)量，關(guān)鍵是控制好保護(hù)層的厚度，故需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求設(shè)置墊塊。模板之間采用企口對接，并在相鄰模板間縫隙處采用填縫膠進(jìn)行封閉，以防漏漿。

3.8 UHPC混凝土澆筑

3.8.1UHPC超高性能攪拌質(zhì)量控制

UHPC拌和之前，需嚴(yán)格通過稱重方式對施工配合比進(jìn)行控制，其質(zhì)量允許誤差應(yīng)滿足以下要求：膠凝材料應(yīng)≤±1%，減水劑應(yīng)≤±1%，石料應(yīng)≤±2%，清水應(yīng)≤±1%。應(yīng)選用臥軸式、行星式或倒流式強(qiáng)制型攪拌機(jī)攪拌，選用電子計(jì)量設(shè)備計(jì)量原料。應(yīng)選用攪拌設(shè)備及資質(zhì)等滿足要求的商品攪拌站進(jìn)行拌制。

UHPC拌制時(shí)應(yīng)先投干粉料及鋼纖維，干拌3 min，然后加入水機(jī)液體添加劑等，再攪拌不少于3 min。根據(jù)天氣氣溫情況，采取必要措施對原料溫度進(jìn)行控制，以確?；炷恋娜肽囟确弦?。

3.8.2UHPC超高性能運(yùn)輸質(zhì)量控制

運(yùn)輸過程中，應(yīng)盡量控制車輛進(jìn)行勻速行駛，并要求料罐以2 r/min的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪拌，確?；炷猎谶\(yùn)輸過程中保持良好的勻稱性，防止離析及混凝土其他性能指標(biāo)改變。罐體需采用保溫安全措施，避免混凝土受冷（冬天）。采用相應(yīng)的封閉措施，避免水份進(jìn)到運(yùn)送儲(chǔ)罐或蒸發(fā)。

3.8.3UHPC超高性能澆筑過程控制

澆筑前，應(yīng)對UHPC混凝土的坍落擴(kuò)展度、含氣量、入模溫度等性能指標(biāo)進(jìn)行檢查，不合格混凝土嚴(yán)禁澆筑。UHPC混凝土澆筑要連續(xù)進(jìn)行，過程中采用附著式振動(dòng)器進(jìn)行振搗密實(shí)，并采用橡膠錘捶打配合，盡可能的排出混凝土內(nèi)氣體，確保其密實(shí)度滿足要求。

混凝土澆筑時(shí)，送料高度不得超過2 m。當(dāng)超過2 m時(shí)，應(yīng)采用串筒等輔助措施進(jìn)行送料，防止混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象。新澆與臨接的構(gòu)筑物澆筑時(shí)，溫度差不可超過15℃。UHPC流動(dòng)性好，容易發(fā)生漏漿，須加強(qiáng)現(xiàn)場守模工作，一旦發(fā)現(xiàn)滲漏，應(yīng)及時(shí)采用土工布塞堵等方式進(jìn)行處理。澆筑過程中，隨機(jī)監(jiān)制抗壓（折）試塊，每次應(yīng)至少留置兩組試件。每超過50 m3，需新增兩組試件[3]。

3.9 拆模

UHPC澆筑完成后，一般情況應(yīng)在24 h后（具體視天氣情況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整）拆除所有模板。

3.10 養(yǎng)護(hù)

UHPC混凝土早期抗壓強(qiáng)度上升很快，一般在2 d左右就能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%以上，7 d左右甚至可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，故早期養(yǎng)護(hù)很關(guān)鍵。在混凝土澆筑結(jié)束后要及時(shí)做好保溫養(yǎng)護(hù)工作。拆模后要及時(shí)采用土工布或棉布對其進(jìn)行包裹，并灑水浸透。有條件需增設(shè)噴淋，確?；炷帘韺映睗?。養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長，至少要10 d以上[4]。

4 UHPC混凝土常見缺陷原因分析及預(yù)防措施

4.1 表面氣泡、麻面的形成原因和預(yù)防措施

在混凝土澆筑振搗密實(shí)過程中，混凝土內(nèi)空氣會(huì)不斷涌出，當(dāng)空氣排放不及時(shí)、不夠徹底時(shí)，空氣就會(huì)占據(jù)混凝土的一定空間，氣泡也就由此形成。在氣泡過多且分布的較為密集時(shí)，麻面也就形成。

4.1.1 形成原因

原因具體有以下5點(diǎn)：①混凝土的水膠比過大或單位質(zhì)量的用水量偏多。②模板清理不到位，表面不夠干凈、光滑。③脫模劑選用的不對，使模板與混凝土之間產(chǎn)生油水混合物，阻礙氣泡的排出。④分層澆筑高度過大，不利于氣體排出。⑤混凝土振搗不到位，漏振或是振搗的時(shí)間不足，使得混凝土的排氣效果不理想。

4.1.2 預(yù)防措施

嚴(yán)格控制好減水劑的引氣數(shù)量和質(zhì)量，嚴(yán)格按照配合比要求進(jìn)行混凝土拌制，攪拌時(shí)間需滿足規(guī)范要求。澆筑前，需認(rèn)真對混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)檢查，確保其滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。要將模板表面處理得光滑整潔，脫模劑應(yīng)該在混凝土澆筑前的3 h內(nèi)涂刷，涂刷要均勻，不可漏刷或聚集。

混凝土分層澆筑時(shí)，應(yīng)相應(yīng)減小分層澆筑的厚度，一般控制在40 cm內(nèi)為宜?？刂坪谜駬v間距及振搗時(shí)間（要求間距40 cm左右，振搗時(shí)間30 s為宜），嚴(yán)禁出現(xiàn)過振或漏振現(xiàn)象。建議多配備幾個(gè)木錘或橡膠錘等用來敲擊模板，輔助振搗、排氣[5]。

4.2 色斑和皺紋的形成原因和預(yù)防措施

4.2.1 表面型

拆模后混凝土表面平整光滑，但顏色深淺不一。

形成原因有以下4種：①未能嚴(yán)格對模板進(jìn)行打磨拋光處理。②模板表面未清理干凈，或選用了廢棄的機(jī)油等材料當(dāng)脫模劑使用，或是脫模劑涂刷的不夠均勻，出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，進(jìn)而造成混凝土表面色澤深淺不一。③鋼筋墊塊設(shè)置欠妥，出現(xiàn)墊塊印記。④混凝土水灰比控制不佳，浮動(dòng)較大。

預(yù)防措施有以下4點(diǎn)：①模板須嚴(yán)格清理到位。②做好施工工序搭接，模板安裝到位后要及時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑施工。③建議采用塑料墊塊代替砂漿、混凝土墊塊，避免混凝土表面出現(xiàn)墊塊痕跡。④要精確控制好混凝土生產(chǎn)質(zhì)量。

4.2.2 深層型

表面出現(xiàn)凌亂的黑褐色斑塊或魚鱗斑塊，同一拌混凝土澆筑出來的結(jié)構(gòu)表面顏色也是深淺不一，且經(jīng)沖洗、打磨后仍不能消除（有一定深度）。

形成原因有以下5種：①混凝土拌和不到位。②原材料質(zhì)量參差不齊。③骨料中含有染色物質(zhì)，如風(fēng)化嚴(yán)重的泥巖、褐鐵礦、鉛鋅礦等礦物碎屑，浸潤在表層，與空氣接觸后形成氧化物。④外加劑的添加，如減水劑添加過多或拌制不到位導(dǎo)致添加劑分布不均勻等。⑤混凝土坍落度較大，局部過振引起石料相對集中造成。

預(yù)防措施有以下4點(diǎn)：①嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行混凝土攪拌施工。②嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)。③拌制過程需嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行。④拌和質(zhì)量要均勻，外加劑等須嚴(yán)格按照配合比要就進(jìn)行稱重控制。

4.3 模板拼縫處錯(cuò)臺(tái)、漏漿的形成原因和預(yù)防措施

拆模后，發(fā)現(xiàn)拼縫位置有明顯的錯(cuò)臺(tái)、漏漿情況。

4.3.1 形成原因

模板加工精度存在較多偏差，拼縫不夠嚴(yán)實(shí)?；炷翝仓r(shí)出現(xiàn)漏漿。模板與模板間拼接不牢靠，澆筑時(shí)出現(xiàn)位移或脹模，從而引起錯(cuò)臺(tái)。

4.3.2 預(yù)防措施

有以下3點(diǎn)：①模板進(jìn)場后要進(jìn)行試拼裝，錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重的禁止使用。②盡量采用大塊高強(qiáng)度模板，防止脹模及減少拼縫。③模板加固要到位。

4.4 混凝土表面裂縫的形成原因和預(yù)防措施

混凝土表面裂縫是指縫寬在0.1 mm左右，縫深2～10 mm，長度從幾公分到幾十公分不等，且無規(guī)律的裂縫。

4.4.1 形成原因

有以下4點(diǎn)：①混凝土配合比控制不當(dāng)。②使用的水泥質(zhì)量不當(dāng)。③振搗后的混凝土面浮漿較多，未能及時(shí)進(jìn)行壓緊收漿處理，從而導(dǎo)致混凝土面出現(xiàn)收縮裂縫。④天氣氣溫過高或早晚溫差過大，氣候干燥導(dǎo)致失水量大，凝結(jié)過快等因素，都會(huì)導(dǎo)致溫度應(yīng)的力產(chǎn)生，進(jìn)而出現(xiàn)干縮或裂紋情況。

4.4.2 預(yù)防措施

在保證混凝土質(zhì)量及施工工藝要求的前提下，盡量減少坍落度、降低的水料比（或水膠比）。確定適宜的初、終凝時(shí)間，以免早期強(qiáng)度的增長速度過快。嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行二次收漿，收漿時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況相應(yīng)調(diào)整。養(yǎng)護(hù)工作要到位，要控制好養(yǎng)護(hù)濕度及溫度，及時(shí)對裸露面進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，防止水分蒸發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] JTG/TJ22-2008公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTG/TJ23-2008公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] T/CECS10107-2020超高性能（UHPC）技術(shù)要求[S].

[4] JTGH11-2004公路橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[5] GB50550-2010建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].