采用UHPC湿接头连接方式的装配式桥梁下部结构施工关键技术研究

褚新法 郭康

宁波交通工程建设集团有限公司 浙江省 315033

摘要：作为材料科学的最大进步之一，超高性能混凝土（UHPC）相对于普通混凝土而言具有更好的耐久性与更好的受力性能，在预制拼装结构中，将超高性能混凝土应用于预制拼装结构接缝处的连接，有利于提高接缝的质量，减轻在振动作用下的桥梁结构的破坏。因此以宁波机场快速路南延工程建设项目为背景，结合UHPC 材料的性能优势，引入了UHPC 湿接缝概念，将UHPC湿接缝应用于盖梁与墩柱、墩柱与承台的拼装，验证了多项技术指标达标，介绍了UHPC湿接头连接方式的装配式桥梁下部结构施工的工艺流程，墩柱施工过程中的预制构件拼装准备工作、预制构件拼装、吊点的安装、吊装区域的地基处理、承台面的坐浆的施工工艺、以及盖梁偏转角度的调节、超高性能混凝土的灌注。说明了UHPC连接技术的城市高架桥梁预制装配技术的可行性和高效性。

关键词：预制拼装，湿接缝，超高性能混凝土，施工

1. 引 言

随着预制拼装结构在我国基建方面的迅速崛起，尤其是在桥梁建设方面得到了广泛的应用，在振动作用下接缝处及其容易发生破坏，严重影响桥梁的安全运营。一定程度上削弱了预制拼装桥梁的优势。

超高性能混凝土( UHPC ) 是一种新型纤维增强水泥基复合材料，比普通混凝土具有更高的抗压强度、抗拉强度、弹性模量，耐久性更好^[1]。以其优越的力学性能和耐久性在土木工程中得到了广泛的应用。结合施工技术和材料工艺，采用 UHPC 材料的预制拼装桥梁，不仅能满足预制拼装结构快速、标准化生产，还能进一步优化结构尺寸，提高耐久性，进一步增加桥梁结构寿命^[2]。

我国UHPC 湿接缝在预制拼装桥梁的应用刚刚处于起步阶段，随着桥梁建设需求的持续增加，以及UHPC材料的发展和商业化推广，UHPC 湿接缝会有更广阔的前景。基于此，结合实际工程背景，对UHPC湿接缝的设计和施工开展研究^[3]。

2. 工程概况

宁波市机场快速路南延工程是宁波首次应用桥梁全预制拼装技术的项目，选取施工V标段平行匝道P12-03~P12-06共4个墩和施工VIII标段平行匝道P17-05~P17-08、P18-03~P18-06共8个墩进行试点。平行匝道采用独柱桥墩，柱底设置钢筋砼承台，群桩基础，柱顶设置钢筋砼盖梁。桩基和承台现浇，立柱和盖梁预制后现场拼装。盖梁、立柱、承台之间通过现浇UHPC超高性能混凝土（以下简称UHPC）湿接缝连接。上部结构采用预制小箱梁，先简支后连续结构，顶板现浇段采用UHPC浇筑。

3. 构件拼装施工

运输、现场吊机起吊、立柱顶垫层坐浆、吊装就位、垂直度调节、偏转度调节、垫层坐浆料养护及最后的套筒灌浆等步骤，完成预制构件的现场安装。

1. 1. 盖梁吊装

预制构件运输至指定位置后，吊装就位，立柱顶预留钢筋应对准盖梁底部套筒，缓缓下落就位，避免损坏钢筋，就位之前应及时在立柱顶面进行垫层坐浆料的铺设。盖梁垂直度通过立柱顶部调节垫块控制，水平面偏转采用双向经纬仪或者激光垂准仪进行观测，并通过吊机控制。待垫层坐浆料达到规定强度后，方可进行套筒灌浆。灌浆采用套筒底部注浆口压浆、顶部出浆口冒浆的方法。通过上述步骤可以方便快速地完成预制盖梁的现场安装，从而缩短施工周期，提升施工质量和安全性。

图3.1 盖梁吊装

预制构件拼装吊机选用及性能、吊锁具选用：立柱顶面清理→安装挡浆模板→柱顶垫层坐浆→盖梁吊装就位→盖梁垂直度调节→盖梁偏转度调节→垫层坐浆料养护→灌浆设备调试→灌浆料拌制→灌浆。

1. 2. 盖梁偏转度调节

对于盖梁吊装就位及安装精度而言，其水平方向的偏转是主要的控制重点，由于钢筋与套筒之间存在着一定的间隙，盖梁在水平面上是可以略微转动的，而这个转动对应到盖梁端部，其偏差数值是比较大的，因此需要重点控制。

控制的方法主要是采用2台经纬仪在盖梁两端同时观测，观察盖梁中线控制线与立柱侧面控制线是否重合，如果在夜间等照明条件有限的情况下施工，可以采用激光垂准仪，直接观测盖梁与立柱中心线标记的偏差，并通过吊机扒杆的变幅来进行盖梁的纠偏。当盖梁垂直度及水平偏转符合要求后，吊机方可松钩，完成盖梁安装就位。

图3.2 盖梁拼装图

1. 3. 墩柱拼装

（1）承台面清理、湿润:先采用高压水枪将承台凿毛面进行清尘及湿润；再采用高压气管将表面多余水清除；最后确保承台面不留水迹。

图3.3承台面清洗、润湿

（2）安装挡浆模板:在承台面上弹出立柱边线，根据边线位置安装挡浆模板。挡浆模板采用5cm角钢制作，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。

图3.4挡浆模板

（3）水泥砂浆座浆:立柱与承台接触面采用10～20mm厚的M40水泥砂浆座浆，并在砂浆初凝前将立柱吊装就位，从而起到密封作用，防止后浇UHPC超高性能混凝土渗漏。

（4）立柱拼装:按照钢筋较差布置图纸，进行对接拼装。采用定型的模板、模具定位固定，确保接缝钢筋位置准确，其允许偏差控制在2mm以内。

（5）立柱精调:采用液压千斤顶进行微调，确保安装位置精准。

图3.5立柱精调

在构件吊装就位前应做好前期准备工作，在立柱及盖梁上弹出测量控制线，做好测量标记，在立柱顶安装挡浆模板；立柱顶面凿毛面的清尘及润湿，既要保持湿润又不能有多余的积水，确保与坐浆料的黏合；浆料拌浆设备的准备与调试，而后按照要求进行浆料的拌制及铺设，并用铁板刮平垫层浆料至指定标高；铺浆完成后，在每根立柱预留钢筋上套上止浆垫，止浆垫略高于浆液面。

4. UHPC制备与灌注施工

UHPC湿接缝与传统接缝施工最大差别在于灌浆料的不同，因此接缝施工关键工序也在于UHPC 的拌制、浇筑与养护。UHPC 是一种新型材料，具有较高的抗拉、抗压强度，具有类金属的应变强化特性，且材料自身流动性能好，与钢筋的粘结力强^[4]。采用UHPC 作为接缝灌浆材料后，由于UHPC 力学性能优势，可以明显简化UHPC 接缝构造。

1. 1. 原材料

UHPC原材料包括预拌干混粉料（简称粉料）、纤维及水，粉料、纤维为袋装，包装规格根据实际需要确定；搅拌用水应为自来水，废水不得使用。预拌干混粉料应避免受潮、结块及污染，应存放在具有防雨、防潮措施的仓库内。吨袋包装（900kg）储存期不得超过3个月。材料进场时，总包单位应对超高性能混凝土（UHPC）材料进行外观检查，并作出相应要求^[3]。

1. 2. 超高性能混凝土的制备

（1）UHPC拌合推荐采用立轴行星式强制搅拌机，在现场进行搅拌。总的干材料体积约为搅拌完成后成品体积的两倍。通常每次搅拌体积量一般为搅拌罐的体积的一半左右，最大不得超过其几何体积的2/3。

（2）拌合前，应检查搅拌设备是否运行正常，搅拌机内壁应湿润且不得留有明水；应严格按厂家确定的施工配合比进行拌合。

（3）搅拌过程中不可擅自停机，搅拌程序为：

①启动搅拌机→投入粉料（搅拌60s）→加水和外加剂→搅拌240s（物料达到流化状态）→投入纤维、继续搅拌（搅拌180s）→出料。

每盘投料时间为2分钟，搅拌时间为8分钟，卸料2分钟，每盘从投料搅拌到卸料合计为12分钟。

待混凝土整体搅拌均匀后方可出料，拌合物中不得出现粉料和纤维成团现象。搅拌完成后，不得往拌合物中添加任何水或外加剂。

图4.1投料与搅拌制度

②搅拌加料过程，由试验工程师全程进行指导和监控，严格控制每个步骤的操作，确保按照要求进行作业；与搅拌机操作员密切配合，操作员必须服从试验工程师的指挥，不得私自更改用水量；

1. 3. 灌注施工

（1）在开始泵送前，应采用砂浆润管，确保不会出现堵管现象发生，同时不得将润管砂浆灌注至施工部位，应排放到指定部位。

（2）在进行灌注之前，应检查出料的扩展度，确保扩展度在700-750之间，观察材料的和易性，确保无离析等状况，符合材料性能要求。

（3）将泵送管道插入灌注孔，开始灌注作业。

（4）在灌注过程中应时刻灌注状况，检查墩柱与承台连接部位的漏浆情况，当出现漏浆情况时，应立即停止施工，通知总包施工单位进行处理；在漏浆部位有效填堵后方可继续作业。

（5）施工期间每盘搅拌料均应进行扩展度试验，对扩展度不符合要求的材料，严禁进行灌注；严格按照搅拌施工工艺进行相应的调整。

图4.2灌注施工

当垫层坐浆料达到规定强度后方可进行灌浆，灌浆应采用从柱侧空洞处注入。灌浆前应做好准备工作，包括内部的清理及润湿、灌浆设备的安装及调试，操作工具、计量仪器及检测设备的准备到位。在实际操作过程中应做到快速施工，从而确保施工质量。

1. 4. 确认灌注饱满度

（1）根据墩柱承台图纸灌注方量，结合施工搅拌的方量和施工部位观察孔的情况，综合确定承台灌注的饱满度；

（2）以施工灌注方量大于设计方量且观察孔材料均溢出的情况，确认为灌注饱满；

（3）当施工灌注方量小于设计方量，但观察孔材料已溢出，可采用从观察孔、灌注孔插捣的方法、采用中空管道（插入前封闭前段）插捣的方法排出腔体内的空气，确保灌注密实；当灌注方量小于设计方量不大的情况下，经过插捣材料用量仍未太大变化，可判定为灌注饱满；

（4）当施工灌注方量远小于设计方量、材料溢出时，应停止施工，采用插捣法疏通观察孔、灌注孔，让内部空气排出，利用材料自流平的特性，待腔体内材料流动均匀后在进行灌注施工；此时应控制灌注速度，检查材料的和易性、扩展度等，确认材料性能符合设计施工要求。当以上情况均无法解决时，应通知总包单位、监理单位协商解决办法，不得继续施工，以免造成质量事故。

5. 结论

本文针对宁波机场快速路南延段建设项目，针对传统接缝问题，结合背景工程，明确了UHPC 接缝的构造设计，并对UHPC 湿接缝的施工方法做出具体说明。得到如下结论：

（1）结合工程项目，给出了预制拼装桥梁UHPC湿接缝的施工流程，明确了施工过程关键工艺，并对关键施工工艺做出详细说明，为以后UHPC 接缝施工提供借鉴和参考。通过UHPC湿接头连接方式的装配式桥梁下部结构的施工，提出一种新型的装配式桥梁下部结构施工湿接头连接的关键技术。

（2）通过对施工工艺及过程控制进行研究，确保构件在起吊过程中对纵、横面的垂直度、平面位置的精度，已达到施工质量的要求。

（3）底部座浆性能指标参数研究。预制构件拼装前需采取底部座浆工艺，座浆时间需要严格把控，座浆完成后需要在砂浆初凝前吊装就位，从而起到密封、调平作用，防止后浇UHPC渗漏。

（4）通过本项目试点工程深入研究基于UHPC连接技术的城市高架桥梁预制装配技术，研究整理出一套全预制装配化施工工艺和验收标准，为今后宁波及浙江地区，乃至全国类似预制装配化施工提供可靠的借鉴经验。

参考文献

[1] 张哲, 邵旭东, 李文光, 朱平, et al. 超高性能混凝土轴拉性能试验[J]. 中国公路学报, 2015, 28(08): 50-58.

[2] 闫泽宇. 节段预制拼装UHPC胶接缝抗剪性能试验及有限元分析[J]. 公路工程, 2019, 44(06): 228-233.

[3] 王祥强. 基于UHPC材料的高架小箱梁接缝设计优化与施工技术研究[J]. 城市道桥与防洪, 2020, (06): 154-157+21.

[4] 马恺泽, 刘亮, 刘伯权. 混合钢纤维活性粉末混凝土力学性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2017, 36(08): 2725-2730.