沈正京

（上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433）

0 引言

UHPC 是目前水泥基材料研究、應(yīng)用、創(chuàng)新和發(fā)展最具活力的領(lǐng)域。UHPC 為水泥制品和工程結(jié)構(gòu)的性能改善、壽命提升，為創(chuàng)造開發(fā)新產(chǎn)品或新結(jié)構(gòu)，提供了性能更好的工程材料，在更高層次上滿足對(duì)工程、對(duì)結(jié)構(gòu)、對(duì)產(chǎn)品的需求，如期望結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強(qiáng)、高耐久或長(zhǎng)壽命、免維護(hù)，期望構(gòu)件美觀、防火，期望工程綠色低碳、低資源消耗等。

1 UHPC 在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

“UHPC”自 1994 年首次出現(xiàn)并被定義成抗壓強(qiáng)度高于 150 MPa 的混凝土以來，作為下一代混凝土，它引發(fā)了人們濃厚的興趣，并成為了研發(fā)的主題。UHPC 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于建筑物、道路與人行橋以及其他結(jié)構(gòu)中。在法國(guó)、德國(guó)、捷克等歐洲國(guó)家，日本、中國(guó)、韓國(guó)等亞洲國(guó)家以及北美地區(qū)，混凝土的研發(fā)工作正如火如荼地加以推進(jìn)。

早期混凝土的平均抗壓強(qiáng)度最高只能達(dá)到約 40 MPa，且脆性大，抗拉強(qiáng)度低。出于對(duì)更高性能的追求，研究人員開始嘗試新的混凝土組份、養(yǎng)護(hù)方法和成型條件等。隨著研究的深入，高強(qiáng)混凝土（HSC）、注漿纖維混凝土（SIFCON）、高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（HPFRCC）、超高性能混凝土（UHPC）、活性粉末混凝土（RPC）等概念被不斷提出。雖然名稱很多，但在一定程度上，它們都可以被“超高性能混凝土”（以下簡(jiǎn)稱“UHPC”）這個(gè)詞所代表，具有不低于 100 MPa 的超高抗壓強(qiáng)度、高抗折強(qiáng)度、良好體積穩(wěn)定性、優(yōu)異耐久性和較好抗?jié)B能力等特點(diǎn)［1，2］，并且具有早期強(qiáng)度上升快的特點(diǎn)（見表1）。

表1 HSH 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)早期強(qiáng)度匯總

圖 1 給出了某種 UHPC 其組份和配合比與普通混凝土的對(duì)比。可以看出，從混凝土組份上來說它通過以下幾種途徑實(shí)現(xiàn)了超高性能。

圖1 某種超高性能混凝土與普通混凝土的對(duì)比

1）剔除粗骨料，提高了骨料的均勻性。

2）優(yōu)化細(xì)骨料的級(jí)配，使其密布整個(gè)顆?？臻g，增大了骨料的密實(shí)度。

3）摻入硅粉、玻璃粉等超細(xì)活性礦物摻和料，使其具有很好的微粉填充效應(yīng)，并通過化學(xué)反應(yīng)降低孔隙率，優(yōu)化了內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。

4）添加纖維改善材料延性。

2 超大面積 UHPC 橋面鋪裝層施工技術(shù)研究

2.1 工程背景

2.1.1 工程概況

平申線航道（上海段）整治工程（葉新公路泖港大橋）位于上海市松江區(qū)泖港鎮(zhèn)、葉新公路與平申線航道（黃浦江上游泖港）交匯處；工程西起葉新公路中興路以西，連續(xù)上跨中南路、平申線航道、泖新東支路后落地，總長(zhǎng)約 1 765 m。

新建主橋工程設(shè)計(jì)為L(zhǎng)=110+225+110=445 m 平行單索面鋼塔鋼箱梁斜拉橋結(jié)構(gòu)形式，塔梁固接、塔墩分離體系。為了便于運(yùn)輸和吊裝，鋼箱梁采用工廠分段加工，現(xiàn)場(chǎng)節(jié)段拼裝，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng) 10.5 m，具體分段情況如表 2 所示。主橋立面示意圖如圖 2 所示。

表2 主梁分段及 UHPC 分段澆筑統(tǒng)計(jì)表

圖2 主橋立面示意圖

主橋中跨布置雙向六車道及兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道和人行道，如圖 3 所示，具體布置為：［2.25 m（人行道含欄桿）+2.5 m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（防撞護(hù)欄）+12.25 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（防撞欄桿）］×2+2.5 m（索塔區(qū)）=38.5m（主橋中跨總寬）。

圖3 主橋中跨斷面圖（單位：mm）

主橋邊跨布置雙向六車道及兩側(cè)非機(jī)動(dòng)車道，不設(shè)人行道，如圖 4 所示，具體布置為：［0.25 m（欄桿）+2.5 m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（防撞護(hù)欄）+12.25 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（防撞欄桿）］×2+2.5 m（索塔區(qū)）=34.5 m（主橋邊跨總寬）。

圖4 主橋邊跨斷面圖（單位：mm）

2.1.2 主橋橋面鋪裝概況

橋面鋪裝標(biāo)準(zhǔn)厚度 6 0 m m，鋪裝層內(nèi)配置Φ16@100鋼筋網(wǎng)片，通過剪力釘與鋼主梁頂板進(jìn)行連接，如圖 5 所示?；炷敛捎?HSH 型 UHPC 混凝土，下部保護(hù)層厚度 16 mm，上部保護(hù)層厚度 12 mm。機(jī)動(dòng)車道橋面鋪裝凈寬 12.25×2=24.5 m，非機(jī)動(dòng)車道橋面鋪裝凈寬 2.5×2=5 m，長(zhǎng)度共計(jì) 445 m（人行道無橋面鋪裝）。

圖5 橋面結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 UHPC 橋面鋪裝施工方法

2.2.1 施工工藝概述

本工程主橋橋面鋪裝分工廠預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)澆筑兩種，根據(jù)鋼梁架設(shè)順序、現(xiàn)場(chǎng)施工條件和 UHPC 混凝土性能特點(diǎn)，具體施工工藝如下。

1）主橋邊跨 10# 段～主跨 2# 段鋼梁現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)焊接涂裝完成驗(yàn)收合格后進(jìn)行 UHPC 橋面鋪裝層施工。因橋面不具備材料運(yùn)輸條件，澆筑擬采用 UHPC 自動(dòng)拌合機(jī)在橋下施工便道上拌合、吊車配合料斗輸送至施工地點(diǎn)。為確?；炷翝仓俣龋乐挂蚬┝喜蛔阍斐苫炷翝仓贿B續(xù)，形成冷縫，每次澆筑長(zhǎng)度控制在 10 m 以內(nèi)（每節(jié)段），各段間按照設(shè)計(jì)預(yù)留濕接縫。

2）主跨 3#段-合龍段鋼梁節(jié)段上方橋面鋪裝在鋼梁加工廠內(nèi)澆筑，采用 UHPC 自動(dòng)拌合機(jī)攪拌，料斗吊運(yùn)至橋面板上方澆筑，濕接縫現(xiàn)場(chǎng)滯后一節(jié)澆筑。

工廠內(nèi)施工部分，采用 2 臺(tái) 0.5 m3UHPC 拌合機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拌合后用料斗吊運(yùn)至橋面板上方布料澆筑，整節(jié)段同步施工，以節(jié)段為單位進(jìn)行澆筑。廠內(nèi)施工工藝流程如圖 6 所示。

圖6 橋面鋪裝施工工藝流程圖（廠內(nèi)施工）

現(xiàn)場(chǎng)施工部分，根據(jù)運(yùn)距和拌合能力，工廠采用 2 臺(tái) 1 m3UHPC 拌合機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拌合后用料斗吊運(yùn)至橋面板上方澆筑。按照設(shè)計(jì)要求預(yù)留濕接縫?，F(xiàn)場(chǎng)施工工藝流程如圖 7 所示。

圖7 橋面鋪裝施工工藝流程圖（現(xiàn)場(chǎng)施工）

2.2.2 橋面處理及鋼筋施工

為了保證鋼箱梁頂面與鋪裝層保持良好的接觸和咬合，需要對(duì)鋼梁頂板進(jìn)行除銹清理以及表面磨毛處理，處理后的鋼梁表面粗糙度Rz=30～75μm，方為合格，鋼梁表面粗糙度檢測(cè)如圖 8 所示。經(jīng)技術(shù)質(zhì)量部門及監(jiān)理驗(yàn)收，鋼梁表面除銹結(jié)果良好，粗糙度經(jīng)檢測(cè)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。除銹合格的鋼梁表面如圖 9 所示。

圖8 粗糙度檢測(cè)

圖9 鋼梁表面除銹

本工程鋼筋網(wǎng)片采用 D16 型 HR B400E 熱軋帶肋鋼筋網(wǎng)（縱橫向間距均為 100 mm），網(wǎng)片的鋪裝注意搭接的長(zhǎng)度必須滿足設(shè)計(jì)圖紙要求和GB/T 1499.3－2010《鋼筋混凝土用鋼筋網(wǎng)》規(guī)范要求 ，并且留有足夠的鋼筋保護(hù)層。鋼筋網(wǎng)片順橋向在鋼結(jié)構(gòu)橫橋向焊縫位置處處理方式如圖 10、圖 11 所示。

圖10 UHPC 接縫（鋼筋）平面布置圖（單位：mm）

圖11 UHPC 接縫（鋼筋）斷面構(gòu)造圖（1∶10）（單位：mm）

鋼筋采用綁扎施工，在綁扎過程中，注意同向鋼筋接頭按照 50 % 比例錯(cuò)開，搭接長(zhǎng)度滿足 JTG/T 3650－2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)要求。

2.2.3 振搗梁軌道及模板安裝

振搗梁軌道采用一根Φ25mm 鋼筋，以Φ16 mm 鋼筋做軌道支撐，即每個(gè)振搗梁使用兩根軌道。振搗梁軌道布置如圖 12 所示。

圖12 振搗梁軌道鋼筋布置示意圖

1）將軌道鋼筋放置在橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)片上，根據(jù)標(biāo)高控制線調(diào)整鋼筋高度，要求軌道鋼筋頂面標(biāo)高與橋面鋪裝標(biāo)高保持一致。

2）將軌道支撐鋼筋焊接在軌道鋼筋上，每個(gè)支撐點(diǎn)設(shè)置兩根支撐鋼筋，支撐呈三角形布置，以保證軌道鋼筋的穩(wěn)定。

2.2.4 UHPC 攪拌及運(yùn)輸

1）UHPC 攪拌。①攪拌材料添加順序：?jiǎn)?dòng)攪拌機(jī)→投入粉料（攪拌 60 s）→加水和→攪拌 240 s（物料達(dá)到流化狀態(tài)）→投入纖維、繼續(xù)攪拌（攪拌 180 s 以上）→出料。卸料做擴(kuò)展度試驗(yàn)，試驗(yàn)合格卸料澆筑；攪拌過程中，每小時(shí)對(duì) 3 臺(tái)攪拌機(jī)的擴(kuò)展度檢測(cè)一次。

②攪拌加料過程，試驗(yàn)員嚴(yán)格控制每個(gè)步驟的操作，確保按照要求進(jìn)行作業(yè)；試驗(yàn)員必須對(duì)粉料、鋼纖維、水的添加量嚴(yán)格控制，與攪拌機(jī)操作員密切配合，操作員必須服從試驗(yàn)員的指揮，不得私自更改加水量。

2）UHPC 拌合物的運(yùn)輸。運(yùn)輸 UHPC 拌合物的料斗接料前應(yīng)對(duì)斗內(nèi)部清洗干凈。

接料后，按照既定的路線吊運(yùn)至澆筑現(xiàn)場(chǎng)，預(yù)計(jì)用時(shí) 12～15 min，其間要求料斗慢速勻速移動(dòng)。

2.2.5 UHPC 澆筑

1）澆筑方向。原則上由低往高施工，如果現(xiàn)場(chǎng)條件不允許，由遠(yuǎn)及近施工時(shí)是由高往低澆筑，控制好澆筑的速度，根據(jù)材料的流動(dòng)性，推算澆筑覆蓋距離，確保澆筑后的面達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2）澆筑。UHPC 拌合物由料斗吊運(yùn)至橋面鋪裝模板內(nèi)，自卸自密實(shí)澆筑成型，其間控制放料速度，人工配合均勻布料，保證拌合物均勻連續(xù)入模，以不溢滿出橋板平面為宜。

UHPC 拌合物澆筑時(shí)需保證均勻澆筑，且澆筑需連續(xù)進(jìn)行，澆筑間歇期不得超過 20 min。如遇澆筑停滯，應(yīng)對(duì)前次澆筑的 UHPC 面進(jìn)行插搗破壞。宜在兩次澆筑期間對(duì)表面進(jìn)行噴霧保水養(yǎng)護(hù)。禁止雨天露天澆筑施工。

橋面鋪裝表面采用振平尺、平板振搗器進(jìn)行振搗，輕型振搗梁整平。如拌合物入模后流動(dòng)性較大，隨橋面橫、縱坡流淌無法造坡時(shí)，可等待 20～30 min，待拌合物靜置損失后，采用振平尺刮抹的方式造坡。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)對(duì)已澆筑部位進(jìn)行標(biāo)高控制，完成部分立即用塑料薄膜覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)。

澆筑期間，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)時(shí)刻觀察模板、鋼筋和預(yù)埋件等的穩(wěn)固情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有漏漿、松動(dòng)、變形、移位時(shí)，應(yīng)安排及時(shí)處理。

2.2.6 混凝土養(yǎng)護(hù)

采用薄膜、土工布覆蓋養(yǎng)護(hù)，在抹面完成立即灑水覆蓋薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。期間灑水保持濕潤(rùn)，封閉作業(yè)面，加強(qiáng)巡查，確保養(yǎng)護(hù)到位，嚴(yán)禁人員、機(jī)械進(jìn)入踩踏、碾壓和其他物件的堆放，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于 5 d。

2.3 表面及交界面處理

接縫采用企口縫，如圖 13 所示。UHPC 層界面涂緩凝劑，待 UHPC 初凝后立刻用高壓水槍沖洗，漏出鋼纖維并形成粗糙表面。接縫混凝土澆筑前，需清除接縫內(nèi)雜物，并對(duì)混凝土結(jié)合面用水涂刷濕潤(rùn)。

圖13 UHPC 接縫平面布置圖（單位：mm）

組合板混凝土表面在澆筑瀝青鋪裝前，需進(jìn)行拋丸處理，粗糙度應(yīng)符合橋面鋪裝層的粘結(jié)要求。拋丸及防水層在 UHPC 全部完成且養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后?；炷两唤缑骅徝珣?yīng)全斷面均勻進(jìn)行，鑿毛應(yīng)以高壓水槍鑿毛設(shè)備進(jìn)行，不得采用風(fēng)鎬等機(jī)械設(shè)備。合格的鑿毛應(yīng)為全斷面鋼纖維均勻外露，全斷面 1/2 纖維外漏長(zhǎng)度不小于纖維長(zhǎng)度 1/3，并噴灑阻銹劑等防護(hù)材料對(duì)外露鋼纖維進(jìn)行防銹保護(hù)。

2.3.1 接縫端施工

混凝土通過兩臺(tái) 0.5 m3UHPC 專用攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拌合，使用兩臺(tái)小型混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸至澆筑點(diǎn)。

機(jī)動(dòng)車道 UHPC 拌合物由小型運(yùn)輸車溜槽至橋面鋪裝模板內(nèi)，自卸自密實(shí)澆筑成型，非機(jī)動(dòng)車道采用手推車倒入，其間控制放料速度及車緩慢勻速行走速度，保證拌合物均勻連續(xù)入模，以不溢滿出橋板平面為宜。手推小車預(yù)先接料，輔助運(yùn)輸車溜槽到達(dá)不了的位置和欠料的位置澆筑。

因接縫位置寬度較窄，橋面鋪裝表面采用小型振平尺進(jìn)行振搗及表面整平。其余與現(xiàn)場(chǎng)澆筑部分相同。

3 施工過程中出現(xiàn)的問題及針對(duì)性解決措施

1）鋼箱梁表面除銹完成后，距離 UHPC 澆筑還有一段時(shí)間，這段時(shí)間里，除銹后的鋼梁頂面會(huì)再次氧化生銹，尤其遇到陰雨潮濕的天氣更為嚴(yán)重。

改進(jìn)措施：①在后續(xù)鋼梁頂面除銹施工過程中，加強(qiáng)第一次除銹打磨力度，打磨驗(yàn)收后采用表面刷油隔絕空氣的辦法，阻隔鋼梁與空氣接觸面，若遇陰雨天氣，還需進(jìn)行覆蓋防雨。②加快鋼筋施工速度，縮短與澆筑施工之間的時(shí)間間隔。③UHPC 澆筑前對(duì)鋼梁頂面殘留的建筑垃圾再清理一遍。

2）UHPC 在運(yùn)輸和澆筑過程中有一定的水分損失，在白天有光照和高溫情況下更嚴(yán)重，這樣會(huì)造成攤鋪難度大，攤鋪不均的問題。

改進(jìn)措施：①本次施工由于場(chǎng)地受限，采用一臺(tái) 1 m3攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌速度跟不上澆筑需求，后續(xù)施工時(shí)再增加一臺(tái)攪拌機(jī)，加快攪拌速度。②提前準(zhǔn)備充足的粉料及鋼纖維，且放置于攪拌機(jī)周邊，減少送料時(shí)間。③每隔一段時(shí)間（1 h）對(duì)運(yùn)輸拌合料的翻斗車進(jìn)行清理，清理掉附著的干硬廢料，并根據(jù)實(shí)際情況（光照或風(fēng)力較大）澆水濕潤(rùn)翻斗內(nèi)壁。

3）通過首件 UHPC 施工，發(fā)現(xiàn)預(yù)留的濕接縫容易在澆筑過程中弄臟，交界面位置拆模后后續(xù)處理不到位。

改進(jìn)措施：①UHPC 澆筑前，對(duì)濕接縫部位進(jìn)行覆蓋保護(hù)；②拆模時(shí)間不得超過 12 h，拆模后立即清理濕接縫交界面的填縫泡沫及交界面鑿毛，清理完成后再將濕接縫覆蓋，直至濕接縫施工。

4 結(jié)語

本文主要依托在建的平申線航道（上海段）整治工程（葉新公路泖港大橋）項(xiàng)目主橋工程，為了解決鋼橋面的耐久性以及受力疲勞等方面的缺陷，引進(jìn)鋼橋面＋ UHPC 解決方案。UHPC 橋面鋪裝層施工過程中，鋼橋面的橋面除銹及打磨處理、鋼筋及接縫加密鋼筋制作、UHPC 材料的拌合、UHPC 澆筑控制都是十分重要的環(huán)節(jié)。橋面除銹與打磨要保證 UHPC 與鋼橋面良好接觸和咬合，共同作用。HSH 型 UHPC 混凝土拌合質(zhì)量對(duì)拌合時(shí)間要求極其嚴(yán)格，所以拌合時(shí)需要嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間。Q