装配式桥梁预制混凝土构件UHPC连接安装关键施工工艺

文/华天怡

1 工程概况

本工程新建立交匝道是在既有桥梁的基础上增设往临港主城区及科技城方向的两根匝道，分别为T3、T6 匝道。T6 匝道分为两段，总长约1.8km；桥梁标准宽度为9m。本方案主要针对T3、T6 匝道桥梁预制混凝土构件的安装，包括预制立柱、预制盖梁。预制立柱1570m3；预制盖梁约1072m3。其中承台与立柱、立柱与盖梁之间采用超高强度混凝土UHPC 进行连接。

2 UHPC 优点、特点

UHPC 的主要成分包括：母材（核心技术）、细砂、石英、粉煤灰、水泥、高效减水剂、速凝剂、特制钢纤维等，与普通混凝土的差异在于有更低的含水量，更少的粗骨料以及特定的颗粒级配，其强度可达至180MPa。其优点如下：采用UHPC 接缝，钢筋搭接长度≥10d，在标准组合内力和承载能力组合内力作用下基本处于弹性阶段；UHPC 连接段的性能高于预制段，结构破坏位于预制立柱部分，UHPC 连接段的性能满足要求；钢筋间距对构件承载能力影响较小，钢筋搭接施工误差对构件影响较小；UHPC 连接预制拼装具有良好的滞回耗能性能和抗震性能；经200 万次疲劳试验后，在UHPC 与母材结合面处产生细微裂缝，但裂缝并未随着疲劳次数的增加而发展；疲劳试验后的纯弯静载试验结果表明，构件在破坏阶段的变形能力和极限承载力并未降低。特点：钢筋不焊接，搭接连接，施工快速、钢筋定位要求低、适用于束筋布置（搭接长度适当加长）。使用部位：墩柱与承台连接处（空腔注浆、环缝连接）、墩柱与盖梁连接处（空腔注浆、环缝连接）。

3 预制构件安装施工工艺

3.1 立柱安装

立柱翻转、起身,由于立柱为竖向浇筑和养生，水平运输，待养生14d 且混凝土强度达到90%后，在立柱顶安装吊架，立柱即可翻转和起身。在翻转与起身过程中，杯口处需垫防护垫。立柱安装调整采用两种工艺，一种为安装牛腿千斤顶调整法，另一种为承台平整度补偿调整法[1]。

立柱运输至吊装现场并翻转起身后，在立柱的4个面各焊接1 个钢牛腿，作为千斤顶精调时的支撑点。每个钢牛腿由1 块40cm×13cm×2cm 预埋钢板（立柱浇筑时预埋）、2 块13cm×11cm×12cm 三角顶铁、1 块底座钢板40cm×13cm×2cm 组成。承台平整补偿调整法,采用全站仪对承台平面度进行测量，取立柱四个角点为测量控制点，使用不同规格的钢垫片对承台平整度补偿找平找正，承台平整度≤1mm；在下部工序试吊时，然后复测立柱垂直度，复核承台平整度补偿成果，直至立柱垂直度满足要求。

3.2 立柱试吊

试吊前需在承台面上弹出立柱边线，根据边线位置安装挡浆板，与承台临时固定不锁死，并在杯口下安装1cm 厚橡胶调节垫块。挡浆模板采用10#槽钢制作，挡浆模板与承台采用膨胀螺栓固定，接触面采用双面胶止浆。立柱翻身后拎起立柱后缓慢水平旋转至桥墩处进行立柱临时拼装。在牛腿下安装手动液压千斤顶，通过精调千斤顶来校正立柱垂直度，挡浆板位置也做相应的调整。垂直度满足要求后将立柱拎起，锁死挡浆板，测量和记录立柱4 个面的坐浆厚度。垂直度由二台全站仪或经纬仪在纵、横面同时观测进行控制，允许偏差详见验收要求表。

3.3 立柱吊装施工

预制立柱的吊装，对于立柱高度高，重量大（T62匝道圆弧段和标准段），选用350t 履带吊吊装；其他立柱吊装选用200t 履带吊或200t 汽车吊吊装。预制盖梁的吊装，预制盖梁重量均不大，选用200t 履带吊或350t 汽车吊吊装。吊装时在履带吊履带下或汽车吊支腿下铺设2×5m 厚20cm 的路基箱。

3.4 立柱与承台的拼接

承台与墩柱结合面处理,承台浇筑完成，混凝土强度达到要求后，还要对承台交接面进行凿毛处理。原则上所有UHPC 交接面都要进行凿毛处理，凿毛时注意对杯口保护，凿毛粗糙面凹凸深度不小于6mm。墩柱腔内凿毛标准：凿毛不宜过深，以不超过2mm 为宜。构件预制后，腔内有错台的混凝土，高低混凝土需顺坡凿除。在腔内部分注浆导管，割成与混凝土表面平顺。预留钢筋上混凝土过多的地方，需采用钢丝刷进行表面处理。

安装挡浆模板，凿毛完成后，在承台上先安装挡浆模板，挡浆模板比墩身尺寸大1cm。

坐浆，在模板内抹M40 水泥砂浆找平层，找平层宽度为预制墩柱底混凝土宽度，保证M40 水泥砂浆层四面水平高差不大于2mm。待找平层强度达到要求后，方可进行墩柱安装施工。坐浆料的强度要求：砂浆垫层拌浆时制取试件，每个拼接部位不少于3 组。立柱与承台接缝间的砂浆垫层，应采用高强度低收缩砂浆，28d 抗压强度应不小于47.4MPa。砂浆垫层宜选用质地坚硬、级配良好的中砂，系度模数应不小于2.6，含泥量应不大于1%，且不应有泥块存在。砂浆垫层初凝时间宜大于2h。

UHPC 混凝土灌浆工艺，拌制工艺流程：试搅拌：试机完毕后根据材料配合比进行试拌，根据搅拌出料的表观、和易性、扩展度试验等，确认施工搅拌流程标准。

正式搅拌：每盘搅拌出料均需要进行扩展度实验、对于扩展度不符要求的材料严禁使用，采用调整现场配合比的方法进行调整，如果仍然无法达到使用要求，做废料处理；严禁使用不合格的搅拌料进行浇筑施工。扩展度不符合要求，现场配合比的调整方法，根据材料扩展度，试验技术员通过调整液剂的添加量来进行调整。配合比中各种材料的允许偏差为±1%。

搅拌流程：超高性能混凝土（UHPC）拌和采用立轴行星式快速搅拌机；项目经理负责组织定期对搅拌设备进行检修、保养、调试。粉料、钢纤维材料、水准备到位，空转设备检查设备运转是否正常。拌和前，应根据当日天气、温度、湿度、风速适当调整拌和用水，并做好记录。每日拌和前应对搅拌机水计量装置进行校准，搅拌机内壁应湿润且无明水残留。搅拌应按试验规定的搅拌程序进行，搅拌程序为：A 启动搅拌机—B 投入粉料（搅拌30s）—C 加水—D 搅拌240s（观察物料状态）—E 投入纤维、搅拌180s（观察物料状态）—F 出料。每盘投料时间为1.5min，搅拌时间为7.5min，卸料2min，每盘从投料搅拌到卸料合计为11min。搅拌加料过程，试验员必须对粉料、钢纤维、水的添加量、钢纤维投料时间和速度严格控制。搅拌完成后，不得往成品UHPC 湿料中添加任何水或者外加剂。混凝土从搅拌时间起至浇筑结束，一般要求在1h内完成[2]。

灌浆前强度要求：试验检测，扩展度检测要求是在搅拌完成时进行第一次扩展度检测，需大于设计值700mm；一小时后(第二次)扩展度检测，大于设计值600mm 才符合指标要求，达到灌注条件。注浆方式，根据施工进度提供2 种泵送方式。

试验段施工，桥墩高度低，采用固定式细石混凝土泵进行泵送灌浆。存在问题是，泵管按照需要搭设支架固定，泵管拆卸清洗困难，注浆时间长。

正式大规模施工，考虑到墩柱高度较高、泵管拆接困难，拟采用吊斗进行注浆，吊斗为自落式料斗。具体做法为用叉车将吊斗运至灌注桥墩位置，再用吊车将吊斗吊至注浆孔附近（承台位置注浆的，吊斗放置在地面；承台顶注浆的，吊斗放置在承台顶面），然后吊车撤离。利用吊斗内UHPC 良好的流动性，通过重力作用自动灌浆。大规模施工期间，可通过多配置料斗缩短施工时间。

UHPC 灌浆，选取1 个为灌浆孔，旁边2 个为观察孔，对面一个为冒浆孔。注浆时，采用插入式振捣棒振捣密实。4 个灌浆孔均应进行插入振捣，插入深度约90cm；每个灌浆孔插入振捣时间为60～90s。振捣分两次，第一次振捣时间为灌浆高度到达25cm 时；第二次为灌浆高度到达45cm 时。当观察到浆液基本充满观察孔时，封闭可采用土工布堵塞观察口、用多层塑料膜进行封口。用6L 小桶在冒浆孔位置收浆。收浆时注意控制泵速。接料完毕后，进行扩展度测试。采用灌浆方量和冒浆双重控制标准。当灌浆方量（首件用、试验用、损耗）达到，冒浆孔接收浆料完成后，可停止注浆。

养护，UHPC 浇筑完成后，应立即封闭注浆孔及冒浆孔进行保湿养护。保湿养护持续时间不得少于7d。其中前3d 需要静置养护；至少3d 后方可进行下道工序施工。

3.5 立柱与盖梁拼接

盖梁与墩柱结合面处理，盖梁与墩柱结合面处理和墩柱与承台结合面处理一样，不再赘述。

坐浆，与承台面坐浆一致。

UHPC 混凝土灌浆工艺，与立柱与承台连接一致。

4 结语

随着桥梁拼装施工技术的普及和大量预制构件的出现，桥梁施工逐步走向产业化、标准化、模块化和规模化。对于预制柱的现场安装，上述施工工艺可以方便快捷地完成预制柱的现场安装，相较于上一代灌浆套筒连接技术，不仅提高了预制柱的安装效率，缩短了施工周期，而且提高了安装质量，降低了安全风险，对促进城市高架桥建设产业化具有良好的推广应用价值。