超高性能混凝土（UHPC）在桥梁伸缩缝病害处治工程中的应用

徐巍 张碧鸿 程利平

针对既有桥梁伸缩缝混凝土极易开裂破损等质量通病，提出了采用超高性能混凝土（UHPC）予以加固补强，并应用于S343省道上巴河大桥维修加固工程中，验证了方案的可行性，可供类似工程参考借鉴。

桥面伸缩缝在车辆荷载的长期冲击作用下，随着运营时间的推移经常会出现混凝土破损、开裂、坑洞等病害，显著增加了运营维护成本，严重影响行车舒适性并具有较大的安全隐患。桥梁伸缩缝后浇段混凝土病害主要有混凝土断裂、网裂、剥落以及混凝土与桥主体结构、桥面沥青混凝土铺装层发生脱粘分离等几种类型。目前桥梁伸缩缝后浇段普遍采用的材料为普通混凝土、微膨胀高强混凝土和钢纤维混凝土等几种传统材料，针对上述病害，管养单位多采取同等材料予以加固补强，但处理后病害很快反复出现，效果不甚理想，导致管养成本大大增加。本文以S343省道上巴河大桥维修加固工程为案例，将超高性能混凝土（UHPC）应用于桥梁伸缩缝维修改造中，彻底根治伸缩缝混凝土病害。

一、UHPC材料介绍

1.材料性能

UHPC作为一种新型材料，其成分主要由增韧纤维、超强预混料、高效外加剂组成，较之传统混凝土，其配合比具有均质、致密、延展等优点。其材料力学详细参数如下：

表1 UHPC力学参数

通过表1看出，UHPC具有高强度、高韧性的特点，另外，因材料成分不含粗骨料，故其具有高流动性、高致密性，抗碳化、冻融、耐磨损、耐冲击能力极强。

2.UHPC与传统材料对比

UHPC较传统材料不仅具有较高的断裂韧性及抗冲击能力，亦具有较好的耐久性，非常符合伸缩缝后浇段混凝土的受力环境。在伸缩缝后浇段采用UHPC能够充分发挥材料性能，有效杜绝和减缓后浇段混凝土病害的产生。

表2 UHPC与常规材料性能对比

二、应用案例

1.工程简介

上巴河大桥是省道S343上一座重要桥梁，位于黄冈市团风县境内，跨越上巴河，是连接浠水县与团风县的交通要道。大桥全长466m，桥面总宽12.5m，净宽9m，跨径布置为7×20+8×20+8×20m，上部结构采用20m预应力砼空心板，板高0.9m，结构简支、桥面连续。桥面设双向2%横坡，由支座垫石调整。2007年建成通车。2010年桥面系维修：加铺2cm沥青砼、12#墩处增设伸缩缝。桥面伸缩缝主要病害如下：

（1）6个型钢伸缩缝均存在橡胶条破损和堵塞；2处伸缩缝型钢存在变形，变形最大长度1m；2处伸缩缝型钢存在断裂、失效；7处伸缩缝锚固区混凝土存在破损，破损处最大面积1.5m2，其中1处存在钢筋外露；7#墩顶梳齿板伸缩缝梳齿板存在1块松动，3块缺失；

（2）桥面铺装存在6条横向贯穿裂缝，桥面铺装沥青面层破损严重。

2.设计方案

拆除原桥面7条伸缩缝，全部更换为全新D80模数式伸缩缝，考虑到伸缩缝混凝土反复破坏的特点，有针对性的采用UHPC-C120型超高性能混凝土，其相关性能指标如表3。

3.施工工艺

伸缩缝施工工艺流程如下：

（1）既有伸缩缝拆除

表3 UHPC设计参数表

施工时，在原伸缩缝两端混凝土处弹好墨线，之后再用切线机进行切割，切线深度为10cm，最后采取风镐对原伸缩缝砼进行凿除，凿除时注意边角混凝土，清除凿除的混凝土，安排人员用小挖车运送到指定地点。

（2）原伸缩缝拆除及缝内石渣清理

原伸缩缝砼清除完成后，采取氧割将原伸缩缝进行拆除，注意保留原有预埋或种植的钢筋，最后将伸缩缝内的石渣等杂物清理干净。

（3）种植钢筋

根据现场实际情况，若原伸缩缝未预留的钢筋，则按伸缩缝环筋间距进行带线放出植筋钻孔位置，在钻孔时要减小植筋钻孔对原结构的损害，使孔位避开钢筋或钢绞线位置。

（4）新伸缩缝就位安装

新伸缩缝下缝前先将梁端头缝隙用海棉或泡沫板封堵，局部缝隙较大要进行吊模。之后人工或小型吊架将伸缩缝缓缓放入槽内，使缝中心线与实际预定的缝中心线相重合，偏差不得超过10mm，同时使钢梁内边保持垂直。

（5）定位焊接

伸缩缝定位焊接，先点焊部分种植钢筋，临时固定伸缩缝位置。经检查符合质量要求后再将箍筋、种植钢筋及伸缩缝钢板进行焊接牢固，最后将伸缩缝型钢槽内封堵泡沫板防止砼进入型钢槽内。安装时间要根据设定的伸缩间隙宽度，在一天中与设计要求温度合适的时段内进行。沿伸缩装置的一端依次将伸缩装置两侧的配套锚环与锚筋每隔2～3个锚固筋先点焊，点焊完成后全面检验一下伸缩装置的平整度、顺直度、高程等项目，合格后再进行焊接。伸缩缝固定后对其标高再复测一遍，确定在临时固定过程中未出现任何变形、偏差后，把异形钢梁上的锚固钢筋与预埋钢筋在两侧同时焊牢，最好一次焊牢。如有困难，可先将一侧焊牢，待达到预定的安装气温时，再将另一侧全部焊牢。在焊接的同时，随时用3m直尺、塞尺检测异形钢梁的平整度。平整度控制在0～1mm之间，以避免出现跳车现象。焊接人员数量配置要合理，焊接时间要尽量缩短，在全部焊接工序完成后要及时拆除夹具、解除伸缩缝与吊缝装置，放松后再进行一次全面质量检验，如不符合要求则需重新调整。焊接完成后绑扎钢筋。

（6）UHPC浇筑养生

现场配置一台强制式混凝土搅拌机，将UHPC成品按要求比例兑入中水搅拌10min，混合均匀后，采用斗车运输浇筑，辅以人工手持振捣棒振动，收面，初凝后覆盖薄膜养生，连续养生3天后，开放交通。

三、结语

针对伸缩缝混凝土质量通病，传统混凝土材料性能往往难以克服，本文采用UHPC-C120型超高性能混凝土予以替代，具体优势总结如下：

（1）强度高、韧性好

UHPC能很好地满足伸缩缝使用功能，有效杜绝和延缓病害的产生。

（2）流动性好、可操作性强

混凝土浇筑时，其流动性更好，极容易克服伸缩缝预埋件及普通钢筋较多、空隙较小难以浇筑密实等难题。

（3）养生容易、龄期短

UHPC超高性能混凝土无需蒸汽养护，薄膜覆盖即可，3天强度即可达到50MPa，28天强度可达120MPa，即浇筑完成3天后可开放交通，养护龄期短，减少了对交通的影响。