采用UHPC濕接頭連接方式的裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

1、采用 UHPC 濕接頭連接方式的裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究摘要：作為材料科學(xué)的最大進步之一，超高性能混凝土（UHPC）相對于普通混凝土而言具有更好的耐久性與更好的受力性能，在預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)中，將超高性能混凝土應(yīng)用于預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)接縫處的連接，有利于提高接縫的質(zhì)量，減輕在振動作用下的橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。因此以寧波機場快速路南延工程建設(shè)項目為背景，結(jié)合 UHPC 材料的性能優(yōu)勢，引入了 UHPC 濕接縫概念，將 UHPC 濕接縫應(yīng)用于蓋梁與墩柱、墩柱與承臺的拼裝，驗證了多項技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，介紹了 UHPC 濕接頭連接方式的裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)施工的工藝流程，墩柱施工過程中的預(yù)制構(gòu)件拼裝準(zhǔn)備工作、預(yù)制構(gòu)

2、件拼裝、吊點的安裝、吊裝區(qū)域的地基處理、承臺面的坐漿的施工工藝、以及蓋梁偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)、超高性能混凝土的灌注。說明了 UHPC連接技術(shù)的城市高架橋梁預(yù)制裝配技術(shù)的可行性和高效性。關(guān)鍵詞：預(yù)制拼裝，濕接縫，超高性能混凝土，施工1.引 言隨著預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)在我國基建方面的迅速崛起，尤其是在橋梁建設(shè)方面得到了廣泛的應(yīng)用，在振動作用下接縫處及其容易發(fā)生破壞，嚴(yán)重影響橋梁的安全運營。一定程度上削弱了預(yù)制拼裝橋梁的優(yōu)勢。超高性能混凝土( UHPC ) 是一種新型纖維增強水泥基復(fù)合材料，比普通混凝土具有更高的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量，耐久性更好 。以其優(yōu)越的力1學(xué)性能和耐久性在土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

3、結(jié)合施工技術(shù)和材料工藝，采用 UHPC 材料的預(yù)制拼裝橋梁，不僅能滿足預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)快速、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，還能進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸，提高耐久性，進一步增加橋梁結(jié)構(gòu)壽命 。2我國 UHPC 濕接縫在預(yù)制拼裝橋梁的應(yīng)用剛剛處于起步階段，隨著橋梁建設(shè)需求的持續(xù)增加，以及 UHPC 材料的發(fā)展和商業(yè)化推廣，UHPC 濕接縫會有更廣闊的前景?；诖?，結(jié)合實際工程背景，對 UHPC 濕接縫的設(shè)計和施工開展研究3。1.工程概況寧波市機場快速路南延工程是寧波首次應(yīng)用橋梁全預(yù)制拼裝技術(shù)的項目，選取施工 V 標(biāo)段平行匝道 P12-03P12-06 共 4 個墩和施工 VIII 標(biāo)段平行匝道 P17-05P17-08、P1

4、8-03P18-06 共 8 個墩進行試點。平行匝道采用獨柱橋墩，柱底設(shè)置鋼筋砼承臺，群樁基礎(chǔ)，柱頂設(shè)置鋼筋砼蓋梁。樁基和承臺現(xiàn)澆，立柱和蓋梁預(yù)制后現(xiàn)場拼裝。蓋梁、立柱、承臺之間通過現(xiàn)澆 UHPC 超高性能混凝土（以下簡稱 UHPC）濕接縫連接。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制小箱梁，先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，頂板現(xiàn)澆段采用 UHPC 澆筑。1.構(gòu)件拼裝施工運輸、現(xiàn)場吊機起吊、立柱頂墊層坐漿、吊裝就位、垂直度調(diào)節(jié)、偏轉(zhuǎn)度調(diào)節(jié)、墊層坐漿料養(yǎng)護及最后的套筒灌漿等步驟，完成預(yù)制構(gòu)件的現(xiàn)場安裝。1.1.蓋梁吊裝預(yù)制構(gòu)件運輸至指定位置后，吊裝就位，立柱頂預(yù)留鋼筋應(yīng)對準(zhǔn)蓋梁底部套筒，緩緩下落就位，避免損壞鋼筋，就位之前應(yīng)及時在立

5、柱頂面進行墊層坐漿料的鋪設(shè)。蓋梁垂直度通過立柱頂部調(diào)節(jié)墊塊控制，水平面偏轉(zhuǎn)采用雙向經(jīng)緯儀或者激光垂準(zhǔn)儀進行觀測，并通過吊機控制。待墊層坐漿料達(dá)到規(guī)定強度后，方可進行套筒灌漿。灌漿采用套筒底部注漿口壓漿、頂部出漿口冒漿的方法。通過上述步驟可以方便快速地完成預(yù)制蓋梁的現(xiàn)場安裝，從而縮短施工周期，提升施工質(zhì)量和安全性。圖 3.1 蓋梁吊裝預(yù)制構(gòu)件拼裝吊機選用及性能、吊鎖具選用：立柱頂面清理安裝擋漿模板柱頂墊層坐漿蓋梁吊裝就位蓋梁垂直度調(diào)節(jié)蓋梁偏轉(zhuǎn)度調(diào)節(jié)墊層坐漿料養(yǎng)護灌漿設(shè)備調(diào)試灌漿料拌制灌漿。1.1.蓋梁偏轉(zhuǎn)度調(diào)節(jié)對于蓋梁吊裝就位及安裝精度而言，其水平方向的偏轉(zhuǎn)是主要的控制重點，由于鋼筋與套筒之間存

6、在著一定的間隙，蓋梁在水平面上是可以略微轉(zhuǎn)動的，而這個轉(zhuǎn)動對應(yīng)到蓋梁端部，其偏差數(shù)值是比較大的，因此需要重點控制?？刂频姆椒ㄖ饕遣捎?2 臺經(jīng)緯儀在蓋梁兩端同時觀測，觀察蓋梁中線控制線與立柱側(cè)面控制線是否重合，如果在夜間等照明條件有限的情況下施工，可以采用激光垂準(zhǔn)儀，直接觀測蓋梁與立柱中心線標(biāo)記的偏差，并通過吊機扒桿的變幅來進行蓋梁的糾偏。當(dāng)蓋梁垂直度及水平偏轉(zhuǎn)符合要求后，吊機方可松鉤，完成蓋梁安裝就位。圖 3.2 蓋梁拼裝圖1.1.墩柱拼裝（1）承臺面清理、濕潤:先采用高壓水槍將承臺鑿毛面進行清塵及濕潤；再采用高壓氣管將表面多余水清除；最后確保承臺面不留水跡。圖 3.3 承臺面清洗、潤濕（

7、2）安裝擋漿模板:在承臺面上彈出立柱邊線，根據(jù)邊線位置安裝擋漿模板。擋漿模板采用 5cm 角鋼制作，擋漿模板與承臺采用膨脹螺栓固定，接觸面采用雙面膠止?jié){。圖 3.4 擋漿模板（3）水泥砂漿座漿:立柱與承臺接觸面采用 1020mm 厚的 M40 水泥砂漿座漿，并在砂漿初凝前將立柱吊裝就位，從而起到密封作用，防止后澆 UHPC 超高性能混凝土滲漏。（4）立柱拼裝:按照鋼筋較差布置圖紙，進行對接拼裝。采用定型的模板、模具定位固定，確保接縫鋼筋位置準(zhǔn)確，其允許偏差控制在 2mm 以內(nèi)。（5）立柱精調(diào):采用液壓千斤頂進行微調(diào)，確保安裝位置精準(zhǔn)。圖 3.5 立柱精調(diào)在構(gòu)件吊裝就位前應(yīng)做好前期準(zhǔn)備工作，在立

8、柱及蓋梁上彈出測量控制線，做好測量標(biāo)記，在立柱頂安裝擋漿模板；立柱頂面鑿毛面的清塵及潤濕，既要保持濕潤又不能有多余的積水，確保與坐漿料的黏合；漿料拌漿設(shè)備的準(zhǔn)備與調(diào)試，而后按照要求進行漿料的拌制及鋪設(shè)，并用鐵板刮平墊層漿料至指定標(biāo)高；鋪漿完成后，在每根立柱預(yù)留鋼筋上套上止?jié){墊，止?jié){墊略高于漿液面。1.UHPC 制備與灌注施工UHPC 濕接縫與傳統(tǒng)接縫施工最大差別在于灌漿料的不同，因此接縫施工關(guān)鍵工序也在于 UHPC 的拌制、澆筑與養(yǎng)護。UHPC 是一種新型材料，具有較高的抗拉、抗壓強度，具有類金屬的應(yīng)變強化特性，且材料自身流動性能好，與鋼筋的粘結(jié)力強 。采用 UHPC 作為接縫灌漿材料后，由于

9、 UHPC 力學(xué)性能優(yōu)勢，可以明顯簡4化 UHPC 接縫構(gòu)造。1.1.原材料UHPC 原材料包括預(yù)拌干混粉料（簡稱粉料）、纖維及水，粉料、纖維為袋裝，包裝規(guī)格根據(jù)實際需要確定；攪拌用水應(yīng)為自來水，廢水不得使用。預(yù)拌干混粉料應(yīng)避免受潮、結(jié)塊及污染，應(yīng)存放在具有防雨、防潮措施的倉庫內(nèi)。噸袋包裝（900kg）儲存期不得超過 3 個月。材料進場時，總包單位應(yīng)對超高性能混凝土（UHPC）材料進行外觀檢查，并作出相應(yīng)要求 。31.1.超高性能混凝土的制備（1）UHPC 拌合推薦采用立軸行星式強制攪拌機，在現(xiàn)場進行攪拌?？偟母刹牧象w積約為攪拌完成后成品體積的兩倍。通常每次攪拌體積量一般為攪拌罐的體積的一半左

10、右，最大不得超過其幾何體積的 2/3。（2）拌合前，應(yīng)檢查攪拌設(shè)備是否運行正常，攪拌機內(nèi)壁應(yīng)濕潤且不得留有明水；應(yīng)嚴(yán)格按廠家確定的施工配合比進行拌合。（3）攪拌過程中不可擅自停機，攪拌程序為：啟動攪拌機投入粉料（攪拌 60s）加水和外加劑攪拌 240s（物料達(dá)到流化狀態(tài)）投入纖維、繼續(xù)攪拌（攪拌 180s）出料。每盤投料時間為 2 分鐘，攪拌時間為 8 分鐘，卸料 2 分鐘，每盤從投料攪拌到卸料合計為 12 分鐘。待混凝土整體攪拌均勻后方可出料，拌合物中不得出現(xiàn)粉料和纖維成團現(xiàn)象。攪拌完成后，不得往拌合物中添加任何水或外加劑。圖 4.1 投料與攪拌制度攪拌加料過程，由試驗工程師全程進行指導(dǎo)和監(jiān)

11、控，嚴(yán)格控制每個步驟的操作，確保按照要求進行作業(yè)；與攪拌機操作員密切配合，操作員必須服從試驗工程師的指揮，不得私自更改用水量；1.1.灌注施工（1）在開始泵送前，應(yīng)采用砂漿潤管，確保不會出現(xiàn)堵管現(xiàn)象發(fā)生，同時不得將潤管砂漿灌注至施工部位，應(yīng)排放到指定部位。（2）在進行灌注之前，應(yīng)檢查出料的擴展度，確保擴展度在 700-750 之間，觀察材料的和易性，確保無離析等狀況，符合材料性能要求。（3）將泵送管道插入灌注孔，開始灌注作業(yè)。（4）在灌注過程中應(yīng)時刻灌注狀況，檢查墩柱與承臺連接部位的漏漿情況，當(dāng)出現(xiàn)漏漿情況時，應(yīng)立即停止施工，通知總包施工單位進行處理；在漏漿部位有效填堵后方可繼續(xù)作業(yè)。（5）施

12、工期間每盤攪拌料均應(yīng)進行擴展度試驗，對擴展度不符合要求的材料，嚴(yán)禁進行灌注；嚴(yán)格按照攪拌施工工藝進行相應(yīng)的調(diào)整。圖 4.2 灌注施工當(dāng)墊層坐漿料達(dá)到規(guī)定強度后方可進行灌漿，灌漿應(yīng)采用從柱側(cè)空洞處注入。灌漿前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，包括內(nèi)部的清理及潤濕、灌漿設(shè)備的安裝及調(diào)試，操作工具、計量儀器及檢測設(shè)備的準(zhǔn)備到位。在實際操作過程中應(yīng)做到快速施工，從而確保施工質(zhì)量。1.1.確認(rèn)灌注飽滿度（1）根據(jù)墩柱承臺圖紙灌注方量，結(jié)合施工攪拌的方量和施工部位觀察孔的情況，綜合確定承臺灌注的飽滿度；（2）以施工灌注方量大于設(shè)計方量且觀察孔材料均溢出的情況，確認(rèn)為灌注飽滿；（3）當(dāng)施工灌注方量小于設(shè)計方量，但觀察孔材料已

13、溢出，可采用從觀察孔、灌注孔插搗的方法、采用中空管道（插入前封閉前段）插搗的方法排出腔體內(nèi)的空氣，確保灌注密實；當(dāng)灌注方量小于設(shè)計方量不大的情況下，經(jīng)過插搗材料用量仍未太大變化，可判定為灌注飽滿；（4）當(dāng)施工灌注方量遠(yuǎn)小于設(shè)計方量、材料溢出時，應(yīng)停止施工，采用插搗法疏通觀察孔、灌注孔，讓內(nèi)部空氣排出，利用材料自流平的特性，待腔體內(nèi)材料流動均勻后在進行灌注施工；此時應(yīng)控制灌注速度，檢查材料的和易性、擴展度等，確認(rèn)材料性能符合設(shè)計施工要求。當(dāng)以上情況均無法解決時，應(yīng)通知總包單位、監(jiān)理單位協(xié)商解決辦法，不得繼續(xù)施工，以免造成質(zhì)量事故。1.結(jié)論本文針對寧波機場快速路南延段建設(shè)項目，針對傳統(tǒng)接縫問題，結(jié)

14、合背景工程，明確了 UHPC 接縫的構(gòu)造設(shè)計，并對 UHPC 濕接縫的施工方法做出具體說明。得到如下結(jié)論：（1）結(jié)合工程項目，給出了預(yù)制拼裝橋梁 UHPC 濕接縫的施工流程，明確了施工過程關(guān)鍵工藝，并對關(guān)鍵施工工藝做出詳細(xì)說明，為以后 UHPC 接縫施工提供借鑒和參考。通過 UHPC 濕接頭連接方式的裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)的施工，提出一種新型的裝配式橋梁下部結(jié)構(gòu)施工濕接頭連接的關(guān)鍵技術(shù)。（2）通過對施工工藝及過程控制進行研究，確保構(gòu)件在起吊過程中對縱、橫面的垂直度、平面位置的精度，已達(dá)到施工質(zhì)量的要求。（3）底部座漿性能指標(biāo)參數(shù)研究。預(yù)制構(gòu)件拼裝前需采取底部座漿工藝，座漿時間需要嚴(yán)格把控，座漿完成后需要在砂漿初凝前吊裝就位，從而起到密封、調(diào)平作用，防止后澆 UHPC 滲漏。（4）通過本項目試點工程深入研究基于 UHPC 連接技術(shù)的城市高架橋梁預(yù)制裝配技術(shù)，研究整理出一套全預(yù)制裝配化施工工藝和驗收標(biāo)準(zhǔn)，為今后寧波及浙江地區(qū)，乃至全國類似預(yù)制裝配化施工提供可靠的借鑒經(jīng)驗。參考文獻(xiàn)1 張哲, 邵旭東, 李文光, 朱平, et al. 超高性能混凝土軸拉性能試驗J.