超高性能混凝土在云南紅河大橋橋面鋪裝中的應用

張鵬飛，徐 強[.同濟大學， 上海 0009；.上海建科集團股份有限公司， 上海 0003]

云南省紅河特大橋是連接建水（個舊）與元陽的建元高速段的重要組成部分。紅河特大橋采用雙向 4 車道高速公路技術標準，設計速度為 80 km/h。橋面需具備高抗壓、耐疲勞的特性。紅河特大橋地處元陽縣南沙鎮，距離昆明市有約5.5 h 的車程，其間不乏山路，由此給大型建筑設備的運輸帶來了極大的困難。原方案需鋪設 20 cm 混凝土與 8 cm 的瀝青，這樣給懸索與橋墩帶來的自重壓力很大。相反，只需鋪裝 5 cm 的 UHPC 便能達到同樣荷載強度和適用性，并且大大減少了對懸索及橋墩的負荷。

1 鋼橋面鋪裝 UHPC 技術

超高性能混凝土（UHPC，Ultra-high Performance Concrete)的突出技術性能主要表現在硬化體的高強度、高韌性、高耐久性，拌合物的良好施工性能，原材料組成的環保性能高的綠色建材。在細集料、外加劑與鋼纖維的作用下，其具備高抗壓性、高耐久性和高工作性。

該材料在橋面鋪裝中采用車輪式超聲波 UHPC 布料攤鋪正平一體機進行鋪裝施工，并采用超聲波高程控制保證橋面 UHPC 的厚度和平整度。其與鋼橋的組合橋面結構減少了橋面板的應力，降低了鋼結構由于疲勞荷載而產生的開裂風險，所以大大提高了橋面的使用壽命。

云南紅河大橋橋面鋪裝采用 UHPC 與鋼箱梁組合橋面結構體系。在鋼箱梁的表面布置剪力釘的基礎上，鋪設縱向與橫向的 10 mm 鋼筋并鋪裝 5 cm 厚的 UHPC。其結構截面如圖1 所示。

圖1 UHPC 鋪裝結構截面圖

UHPC 的攤鋪順序是從下游側的中心端開始向兩岸延伸，在整個下游側攤鋪結束后，以同樣的順序進行上游側的鋪裝。如圖2 和圖3 所示，以 S 型分倉線鋼板將整個鋪裝橋面分倉成 18 個區。

圖2 紅河大橋鋼箱梁 UHPC 混凝土澆筑分倉圖

圖3 S 型分倉鋼板現場照片和接縫照片

2 紅河大橋案例介紹

該項目所用的 UHPC 試塊曾送至國家建筑材料測試中心。根據檢測報告結構，10 cm 邊長的立方體試塊 28 d 的抗壓強度達到了 164.4 MPa；所有參與檢測的試件均達到P25 防水級別；試件的氯離子滲透率為 2.2×10-14m2/s，符合國家標準要求。檢測結果如表1 所示。

表1 檢測報告匯總

3 與廣東省惠清高速麻浦停車區跨線橋比較

廣東省惠清高速麻浦停車區跨線橋也是國內采用 UHPC組合梁方案的應用典型案例之一（圖4）。但該橋不同于云南紅河大橋的鋼箱梁與 UHPC 組合梁的形式，而是采用工字鋼與 UHPC 組合的模式，長跨比達到 1∶25。

圖4 惠清高速麻浦停車區跨線橋示意圖

該橋在橋墩頂部負彎矩最大處設計了 T 型接縫技術。該主梁與負彎矩接縫一體化節點技術在試驗中證明其強度高于母板，很好地實現了先簡支后連續結構的設計方案。

4 成功經驗分析和不足之處

UHPC 的高抗壓性能使得其在同樣荷載下獲得同樣性能的混凝土的用量要比普通混凝土少得多。由原方案的20.0 cm 普通混凝土加上 8.0 cm 的瀝青變為采用 5.0 cm 厚的 UHPC 和 4.5 cm 的瀝青，大幅減少了混凝土制作及運輸的碳排放量。更值得一提的是，使用 UHPC 鋪裝橋面板減少了橋面自重，從而減輕了對橋墩柱的壓力，使得對其體量要求減小，碳排放進一步降低。

施工現場僅用 2 臺攪拌機就能供給 700 m 長的 UHPC鋪裝，共計 16 060 m2，大大節省了設備的運輸成本；UHPC 帶來的超高性能大大降低了未來的不僅對橋面而且對橋梁結構的運維費用。經測算，使用 UHPC 作為橋面鋪裝方案節省了 25% 的混凝土用量和 44% 的瀝青用量。同時，UHPC 方案是橋面體系目前唯一有望實現終身無須大修的技術，UHPC 使用壽命可超 100 a，使用 UHPC 橋面鋪裝全壽命成本比原方案投資節省 16 000 元/m2。

現代交通運輸行業的兩大特點為高密度、高負荷，而這正是導致普通混凝土鋪裝開裂與被破壞的根本原因。另外，一些道路橋梁處在極端惡劣的自然條件下，容易出現凍融開裂。UHPC 超高性能混凝土在路橋鋪裝上的應用很好地解決了這些行業里的老大難問題。因此，在路橋鋪裝工程方面，尤其是在惡劣環境下的道路橋梁，比如高海拔山區，使用UHPC 是普通混凝土作為鋪裝材料的最好的替代方案。

項目通過對出料時間的調整，控制整體澆筑速度，避免了 2 臺攪拌機出料時間間隔控制不合理，影響澆筑進度的情況發生；另外，后期通過在出料后于材料表面灑水進行保濕，防止材料過早結皮；同時在每日開工前涂刷脫模油，減輕與避免了運輸料斗卸料不干凈，在返程運輸過程中出現沉底材料結皮現象。

5 結 語

紅河特大橋上采用 UHPC 鋪裝橋面是國內在自然養護條件下的 UHPC 組合橋面在超大跨徑懸索橋的首次應用，也是首個成功案例。此次云南省紅河特大橋項目的順利實施與竣工驗收推動了 UHPC 在中國橋梁鋪裝工程領域的應用，也為中國基礎設施建設工程和綠色新型工程在新材料施工上積累了豐富且寶貴的經驗。

通過在本次項目的實踐中總結的不足以吸取的經驗教訓，為今后同類型項目復制技術與經驗提供了可能性。尤其是在地理環境惡劣，對橋面強度以及運維有高要求的項目中，UHPC 的推廣有著極大的優勢。但是如果不是綜合比選，仍然存在單價成本較高，依舊沒有統一的設計施工規范，仍是阻礙其推廣的重大因素。新材料的應用與普及往往需要政府在政策上的推動與支持。只有大力推動綠色建筑，才能使節能減排的建筑設計施工理念推動 UHPC 在建筑與路橋上的應用。這也是未來發展的必然措施。