UHPC在公路改擴建橋面板加固中的應用

王明法

摘 要：本文從京滬高速公路改擴建實際工程案例出發，采用UHPC增大截面法對橋面板結構進行加固。通過有限元計算，本加固方案可以滿足抗剪承載力要求，通過植筋加固將加固層與原構件進行連接，保證超高性能混凝土與舊混凝土共同工作，養護完成后橋面加固層無裂縫出現，橋面平整度符合設計及規范要求。

關鍵詞：UHPC;增大截面;改擴建;加固

中圖分類號：U414 ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）02-0159-02

目前高速公路橋梁由于超載、養護不到位等因素，陸續出現各種病害，而傳統加固方法存在加固困難、效果不理想等問題。超高性能混凝土材料以其強度高、延性好、與普通混凝土黏結好等優點而特別適用于橋梁加固[1]。

采用UHPC對橋梁結構加固的主要方法為增大截面法。研究表明，UHPC加固方法以UHPC材料自身超高的抗拉強度，在一定程度上可以提高普通混凝土板的剛度和延性[2]。劉超等以滬嘉高速公路蕰藻浜大橋加固項目為背景，為修復橋面板的裂縫，改善橋梁受力，提出超高性能混凝土（UHPC）薄層加固法，發現其可以增強主梁和橋面板之間的聯系，提高橋面板的剛度，降低橋面板橫向應力及撓度。

本文從京滬高速公路改擴建橋面板加固實際工程案例出發，采用有限元計算來研究超高性能混凝土應用于橋面板加固的承載力，提出采用超高性能混凝土增大截面加固橋面板的施工方案。

1工程概況

京滬高速公路臨沂段改擴建工程起自蒙陰縣與新泰市交界處K540+580，經蒙陰縣、沂南縣、蘭山區、高新區、羅莊區、蘭陵縣、郯城縣七個縣區，止于郯城縣紅花埠南（魯蘇界）K710+000，接已建京滬高速公路江蘇新沂至淮安段，全長169.3公里。

本次加固維修的工作范圍為紅花阜互通全橋橋面。紅花埠互通立交原橋設計為（15+20+15）鋼筋混凝土連續空心板，分左右兩幅，左幅寬20.6m，右幅寬13.5。柱式墩，樁柱式橋臺，與下穿通道斜交70°。

2加固方案

加固的思路是通過增大截面法對空心板梁橋進行加固，采用UHPC加固既有普通混凝土結構，形成UHPC外層與普通混凝土結構的復合結構，使加固后橋梁滿足承載力要求，同時使普通混凝土結構容易受環境與機械荷載損傷的部位得到高強度、高耐久的UHPC層保護，最終結構使用壽命得到大幅延長。

2.1加固設計

本項目中空心板總體性能良好，采用超高性能混凝土UHPC加厚橋面板方法來加固橋梁，方案如下：

相關標準指出，增設超高性能混凝土層時，原構件混凝土表面宜進行鑿毛處理。除此外，尚宜采取種植剪切銷釘（鋼筋）或將加固層新增鋼筋與原構件鋼筋采用短筋連接等措施。本方案采取植筋加固以更好保證超高性能混凝土與舊混凝土共同工作，具體如上圖1所示。

2.2加固計算

計算模型采用Midas civil 2019梁單元有限元。UHPC加固層與原空心板之間為剛接;橋面鋪裝作為二期恒載采用外荷載施加;邊界條件采用彈性支撐模擬。基本組合下剪力計算結果如下圖所示：

經計算，本加固方案可以滿足抗剪承載力要求，結果如下表所示：

3現場實施

3.1超高性能混凝土

超高性能混凝土由水泥、干混料、鋼纖維和外加劑等組成，其中水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥;鋼纖維采用抗拉強度≥2000MPa的鍍銅鋼纖維;減水劑采用減水率≥30%的粉體聚羧酸減水劑;干混料由中交公路長大橋建設國家工程研究中心有限公司根據本工程需求針對性開發。通過優選原材料，混凝土配合比如表3所示：

根據T/CCPA7-2018《超高性能混凝土基本性能與試驗方法》進行混凝土力學性能試驗，各強度指標如表4所示：

3.2加固施工

鑿除鋼筋銹脹部位疏松的混凝土。混凝土鑿除過程中，鋼筋應完全剝離出來，特別注意鋼筋內側與混凝土粘結面之間應剔除干凈。原構件混凝土露出骨料斷面后，應在原構件鑿毛成凹凸差不小于6mm且露出至少一半粗骨料的粗糙面。在鑿除施工之前，需要判斷結構的安全性能。在原下部結構上進行植筋，為了避免植筋對原結構造成損傷，在植筋之前需要探明原鋼筋位置，盡量避開，并適當增大植筋孔間距。

采用滿足性能要求的超高性能混凝土增厚截面，增厚厚度為5cm。施工過程中保證混凝土材料的性能要求及施工質量，嚴格控制鋼筋網的保護層厚度。每完成2-3m長度超高性能混凝土振搗整平，馬上沿橫橋向覆蓋薄膜進行保濕養護。

本橋面板加固施工，通過植筋加固將加固層與原構件進行連接，保證超高性能混凝土與舊混凝土共同工作。一方面依靠配筋UHPC自身超高的材料性能增強加固結構的整體剛度、延性及承載能力，同時充分利用UHPC與普通混凝土的表面粘結力來提供界面抗剪能力[2]。養護完成后橋面加固層無裂縫出現，橋面平整度符合設計及規范要求。

4結論

根據工程實際，通過混凝土工作性調整和施工工藝優化，很好地實現了超高性能混凝土橋面加固實施，主要結論如下：

（1）采用Midas civil 2019有限元計算本加固方案滿足抗剪承載力計算要求，其抗剪鋼筋可按構造要求進行配筋。

（2）通過植筋加固將加固層與原構件進行連接，保證超高性能混凝土與舊混凝土共同工作，養護完成后橋面加固層無裂縫出現，橋面平整度符合設計及規范要求。

參考文獻：

[1]王春暉.采用超高性能混凝土加固槽型梁預制橋面板技術談討[J].上海公路，2018（1）：58-61.

[2]張陽，黨祺，穆程.UHPC加固箱梁頂板受彎性能試驗研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2017（3）：8-17.