老桥下部结构UHPC加固施工技术研究

陈越

摘 要：超高性能混凝土简称UHPC，是一种超高强度、高耐久性、高韧性的特制工程材料。它在一些修补和加固工程中已有较多应用案例，可代替一些钢材等补强材料使用，不仅能保证良好补强效果，还可以降低施工成本，非常适合用于老桥盖梁及桥墩的加固施工。以南昌市沿江中北大道道路提升改造工程老桥墩柱、盖梁加固施工为案例，从UHPC材料研究、施工工艺、关键环节质量把控、常见问题处理等方面，系统地阐述老桥加固施工工法和质量控制要点。

关键词：UHPC超高性能；施工技术；质量控制

中图分类号：U445                                   文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2023）07-0018-03

1 案例工程介绍

1.1 项目背景

南昌市沿江大道是一条城市主干道，向北连接八一大桥、一环线，向南连接南昌大桥、朝阳大桥、生米大桥，同时也是城市重要的对外通道。本次项目主要在远期方案的分析基础上，以提出适应沿江北大道交通需求特征和增长要求、满足不同交通参与者通行诉求的合理设计，并做好对远期方案的充分预留，从而确保沿江大道整体快速功能的实现。

1.2 项目环境

南昌市沿江中北大道道路提升改造工程临近赣江，且处于赣江下游。既有滨江宾馆桥的桥体常年被赣江江水冲刷，出现严重的腐蚀、加固保护混凝土脱落等现象。赣江河面宽约 3 000 m，施工期间最高水位标高约17 m，流速约5.60 m/s，断面流量约 2 092 m?/s。洪水期水量约平时的 4～5 倍，流量约为10 000 m?/s，历年最高洪水位为24.80 m。

1.3 项目概况

沿江北大道位于南昌市旧城城北地区，位于赣江东侧大堤上，依堤而建。本次道路改造范围起于八一大桥，止于京九铁路。该老桥始建于1997年，运营已有20余年时間，部分盖梁和桥墩破损、露筋锈蚀，盖梁外表渗水严重且长了青苔。依据现场情况，桥墩已经维修加固过一次，加固层部分已碳化较严重，出现了裂缝、脱落、起皮、剥蚀等现象。

2 老桥改造加固方案

依据初步设计批复方案，以及2021年2月8 日由业主组织召开的关于滨江宾馆桥改造方案的技术咨询会，进一步明确了老桥改造和加固的方案，最终决定拆除滨江宾馆桥老桥上部并更换主梁，并对老桥下部结构进行UHPC加固处理。具体加固方案如下。

2.1 老桥盖梁加固方案

顶底缘布置10根Ф22的HRB400钢筋， 侧面设置9根Ф12的HRB400钢筋，纵向钢筋外设置全断面箍筋，箍筋采用Ф12的HRB400钢筋，纵向间距150 mm。外包一层150 mm厚UHPC层，断面尺寸由原来的1.6 m×1.8 m（高×宽）增加至1.9 m×2.1 m（高×宽），增加截面采用UHPC（C120）材料[1]。

2.2 老桥墩柱加固方案

墩柱表面先采用Ф22的HRB400钢筋进行植筋，再用Ф12的钢筋网片与其焊接。网片竖横向间距0.3 m，植筋长度400 mm，伸入桥墩内部不少于10 d，UHPC（C120）加固层包裹范围未桥墩顶部至桩基顶部向下延伸1.5 m，该范围均需进行表面植筋。

3 施工工艺控制

3.1 施工工艺流程

施工准备→打磨凿毛→缺陷修补→打孔植筋（打孔完成后用压缩空气吹3遍直至干净后再植筋）→钢筋制安→模板安装→硂浇筑→拆模→养护。

3.2 施工准备

第一，完成图纸会审工作。第二，完成施工方案编制及审批。第三，对进场钢筋、植筋胶等原材料按规范要求进行见证取样送检，需经检测合格方可用于工程使用。第四，通过对多家厂商生产的UHPC原材进行取样送检，并根据检测报告情况及设计要求选定UHPC材料，而后完成试配工作（明确配合比）。第五，做好施工前的技术及安全交底工作等[2]。

3.3 打磨凿毛

采用冲击钻及角磨机等工具，将墩柱表面的劣化层、碳化的剥离层、腐蚀而产生的水泥翻沫、表面残留浮浆、松散的碎屑、老桥盖梁浇筑时遗留的发泡剂及亮化灯具等清理干净。为确保新老的结合，要求对原墩柱及盖梁表面进行梅花点凿毛处理（凿毛深度约5 mm，间距约5 cm），且凿毛率不低于90%。用鼓风机吹或用高压水枪冲洗，直至露出干净、坚实的基面。

3.4 缺陷修补

对裸露锈蚀的钢筋要处理到位，如局部钢筋损伤严重或断裂情况，需进一步将钢筋凿出，并进行焊接处理。钢筋处理完成后，需对清理后的结构表面涂刷一层界面剂，再用高强砂浆进行找平。

3.5 打孔植筋

简易施工工艺流程：测量定位→钻孔→清孔→钢筋处置→注胶→植筋→固结养护。

清孔是用长杆毛刷伸至孔底，来回旋转抽动，把混凝土渣带出，再用鼓风机吹出浮沉，吹完后直接用高压水枪冲洗干净，待自然风干。

要植入的钢筋表面不得有锈迹及其他油渍、污物等，要及时清理干净。如有必要，可采用手持钻头固定钢丝刷盘对其表面进行打磨处理。

施工前，要对植筋胶进行取样送检，合格后方能使用。注胶时，要将注胶枪嘴伸入孔内适当位置，并保证胶水连续、均匀、饱满地注入孔内。

植筋是将钢筋缓慢地插入已注好胶孔内，顺时针旋转钢筋，使胶水慢慢溢出孔口。钢筋外露部分长度要满足设计及规范要求，且植筋胶在未完全固化前避免扰动（至少为24 h）。植筋完成后，要按规范要求对所植钢筋进行拉拔试验检测。植筋完成后注意保护，确保植筋胶正常固化。

3.6 钢筋制安

待植筋固结后，按照设计及规范要求完成其余钢筋的绑扎及焊接工作。钢筋网采用Ф12的HRB400钢筋，间距为300 mm，竖向钢筋与已植好的钢筋焊接连接，焊縫需满足规范要求（单面焊10 d，d为钢筋直径），且加固钢筋需从墩柱底部（桩顶）下延1.5 m范围。污染及锈蚀的钢筋必须清理干净，必要时需进行打磨或更换。

3.7 模板安装

现场施工模板均采用10 cm厚的定型竹胶板进行拼装，为确保工程进度，墩柱模板至少需定制共3套，模板规格分别为长1.42 m×宽2 m和长1.42 m×宽3 m。模板外围采用每侧4排钢管，墩柱外模采用钢板抱箍的形式进行加固，抱箍间距按15 cm布置，因UHPC收缩性过大，所必须在底部加强设立抱箍（要求间距10 cm），防止浇筑过程中出现炸模现象。确保混凝土的外观质量，关键是控制好保护层的厚度，故需严格按照设计及规范要求设置垫块。模板之间采用企口对接，并在相邻模板间缝隙处采用填缝胶进行封闭，以防漏浆。

3.8 UHPC混凝土浇筑

3.8.1UHPC超高性能搅拌质量控制

UHPC拌和之前，需严格通过称重方式对施工配合比进行控制，其质量允许误差应满足以下要求：胶凝材料应≤±1%，减水剂应≤±1%，石料应≤±2%，清水应≤±1%。应选用卧轴式、行星式或倒流式强制型搅拌机搅拌，选用电子计量设备计量原料。应选用搅拌设备及资质等满足要求的商品搅拌站进行拌制。

UHPC拌制时应先投干粉料及钢纤维，干拌3 min，然后加入水机液体添加剂等，再搅拌不少于3 min。根据天气气温情况，采取必要措施对原料溫度进行控制，以确保混凝土的入模温度符合要求。

3.8.2UHPC超高性能运输质量控制

运输过程中，应尽量控制车辆进行匀速行驶，并要求料罐以2 r/min的速度进行旋转搅拌，确保混凝土在运输过程中保持良好的匀称性，防止离析及混凝土其他性能指标改变。罐体需采用保温安全措施，避免混凝土受冷（冬天）。采用相应的封闭措施，避免水份进到运送储罐或蒸发。

3.8.3UHPC超高性能浇筑过程控制

浇筑前，应对UHPC混凝土的坍落扩展度、含气量、入模温度等性能指标进行检查，不合格混凝土严禁浇筑。UHPC混凝土浇筑要连续进行，过程中采用附着式振动器进行振捣密实，并采用橡胶锤捶打配合，尽可能的排出混凝土内气体，确保其密实度满足要求。

混凝土浇筑时，送料高度不得超过2 m。当超过2 m时，应采用串筒等辅助措施进行送料，防止混凝土出现离析现象。新浇与临接的构筑物浇筑时，温度差不可超过15℃。UHPC流动性好，容易发生漏浆，须加强现场守模工作，一旦发现渗漏，应及时采用土工布塞堵等方式进行处理。浇筑过程中，随机监制抗压（折）试块，每次应至少留置两组试件。每超过50 m3，需新增两组试件[3]。

3.9 拆模

UHPC浇筑完成后，一般情况应在24 h后（具体视天气情况适当进行调整）拆除所有模板。

3.10 养护

UHPC混凝土早期抗压强度上升很快，一般在2 d左右就能达到设计强度的50%以上，7 d左右甚至可达到设计强度的80%，故早期养护很关键。在混凝土浇筑结束后要及时做好保温养护工作。拆模后要及时采用土工布或棉布对其进行包裹，并洒水浸透。有条件需增设喷淋，确保混凝土表层潮湿。养护时间延长，至少要10 d以上[4]。

4 UHPC混凝土常见缺陷原因分析及预防措施

4.1 表面气泡、麻面的形成原因和预防措施

在混凝土浇筑振捣密实过程中，混凝土内空气会不断涌出，当空气排放不及时、不够彻底时，空气就会占据混凝土的一定空间，气泡也就由此形成。在气泡过多且分布的较为密集时，麻面也就形成。

4.1.1 形成原因

原因具体有以下5点：①混凝土的水胶比过大或单位质量的用水量偏多。②模板清理不到位，表面不够干净、光滑。③脱模剂选用的不对，使模板与混凝土之间产生油水混合物，阻碍气泡的排出。④分层浇筑高度过大，不利于气体排出。⑤混凝土振捣不到位，漏振或是振捣的时间不足，使得混凝土的排气效果不理想。

4.1.2 预防措施

严格控制好减水剂的引气数量和质量，严格按照配合比要求进行混凝土拌制，搅拌时间需满足规范要求。浇筑前，需认真对混凝土的各项性能指标进行现场试验检查，确保其满足设计及相关规范要求。要将模板表面处理得光滑整洁，脱模剂应该在混凝土浇筑前的3 h内涂刷，涂刷要均匀，不可漏刷或聚集。

混凝土分层浇筑时，应相应减小分层浇筑的厚度，一般控制在40 cm内为宜。控制好振捣间距及振捣时间（要求间距40 cm左右，振捣时间30 s为宜），严禁出现过振或漏振现象。建议多配备几个木锤或橡胶锤等用来敲击模板，辅助振捣、排气[5]。

4.2 色斑和皱纹的形成原因和预防措施

4.2.1 表面型

拆模后混凝土表面平整光滑，但颜色深浅不一。

形成原因有以下4种：①未能严格对模板进行打磨抛光处理。②模板表面未清理干净，或选用了废弃的机油等材料当脱模剂使用，或是脱模剂涂刷的不够均匀，出现聚集现象，进而造成混凝土表面色泽深浅不一。③钢筋垫块设置欠妥，出现垫块印记。④混凝土水灰比控制不佳，浮动较大。

预防措施有以下4点：①模板须严格清理到位。②做好施工工序搭接，模板安装到位后要及时进行混凝土浇筑施工。③建议采用塑料垫块代替砂浆、混凝土垫块，避免混凝土表面出现垫块痕迹。④要精确控制好混凝土生产质量。

4.2.2 深层型

表面出现凌乱的黑褐色斑块或鱼鳞斑块，同一拌混凝土浇筑出来的结构表面颜色也是深浅不一，且经冲洗、打磨后仍不能消除（有一定深度）。

形成原因有以下5种：①混凝土拌和不到位。②原材料质量参差不齐。③骨料中含有染色物質，如风化严重的泥岩、褐铁矿、铅锌矿等矿物碎屑，浸润在表层，与空气接触后形成氧化物。④外加剂的添加，如减水剂添加过多或拌制不到位导致添加剂分布不均匀等。⑤混凝土坍落度较大，局部过振引起石料相对集中造成。

预防措施有以下4点：①严格按照规范要求进行混凝土搅拌施工。②严把材料质量关。③拌制过程需严格按照规范要求进行。④拌和质量要均匀，外加剂等须严格按照配合比要就进行称重控制。

4.3 模板拼缝处错台、漏浆的形成原因和预防措施

拆模后，发现拼缝位置有明显的错台、漏浆情况。

4.3.1 形成原因

模板加工精度存在较多偏差，拼缝不够严实。混凝土浇筑时出现漏浆。模板与模板间拼接不牢靠，浇筑时出现位移或胀模，从而引起错台。

4.3.2 预防措施

有以下3点：①模板进场后要进行试拼装，错台严重的禁止使用。②尽量采用大块高强度模板，防止胀模及减少拼缝。③模板加固要到位。

4.4 混凝土表面裂缝的形成原因和预防措施

混凝土表面裂缝是指缝宽在0.1 mm左右，缝深2～10 mm，长度从几公分到几十公分不等，且无规律的裂缝。

4.4.1 形成原因

有以下4点：①混凝土配合比控制不当。②使用的水泥质量不当。③振捣后的混凝土面浮浆较多，未能及时进行压紧收浆处理，从而导致混凝土面出现收缩裂缝。④天气气温过高或早晚温差过大，气候干燥导致失水量大，凝结过快等因素，都会导致温度应的力产生，进而出现干缩或裂纹情况。

4.4.2 预防措施

在保证混凝土质量及施工工艺要求的前提下，尽量减少坍落度、降低的水料比（或水胶比）。确定适宜的初、终凝时间，以免早期强度的增长速度过快。严格按照规范要求进行二次收浆，收浆时间根据现场实际情况相应调整。养护工作要到位，要控制好养护湿度及温度，及时对裸露面进行覆盖养护，防止水分蒸发。

参考文献

[1] JTG/TJ22-2008公路桥梁加固设计规范[S].

[2] JTG/TJ23-2008公路桥梁加固施工技术规范[S].

[3] T/CECS10107-2020超高性能（UHPC）技术要求[S].

[4] JTGH11-2004公路桥梁养护规范[S].

[5] GB50550-2010建筑结构加固工程施工质量验收规范[S].